Legierungslehre Flashcards
Was sind metallische Legierungen?
Werkstoffe bei denen ein metallisches Basiselement (=Komponente A) mit einem oder mehreren gezielt zugegebenen metallischen oder nichtmetallischen Legierungselementen (=Komponente B,C,D…) einen festen Zsm.halt eingeht.
Ziel von metallischen Legierungen?
Veränderung der Eigenschaften der Komponenten und Anpassung an die technischen Anforderungen.
man unterscheidet zwischen?
legierten Metallen und verunreinigten Metallen
Legierte Metalle sind charakterisiert durch…?
bewusst zugesetzte chemische Elemente.
Verunreinigte Metalle?
nicht beseitigte Begleitelemente aus dem Produktionsprozess.
Konzentrationsangaben, Masseprozent berechnen (bei Zweistoffsystemen).
cA =mA / mA + mB * 100 Ma. -%
Vgl. Folie 3
Konzentrationsangaben, Atomprozent (Zweistoffsysteme) berechnen?
cA‘ = nA / nA +nB * 100 At. -%
mit nX = Anzahl Atome (Stoffmenge) von Element X
Vgl. Folie 4
Konzentrationsangaben, Volumenprozent (Bsp. Zweistoffsysteme) berechnen?
cA‘‘ = VA / VA + VB * 100%
mit VX = Volumenanteil Element X
Was versteht man unter einem Mischkristall?
Als Mischkristall (Mk) wird ein Kristall oder Kristallit bezeichnet, der aus mind. 2 vers. chemischen Elementen besteht, wobei die Fremd-Atome oder -Ionen statistisch verteilt sind. (Wiki) —> engl. = solid solution
Praktikum(3) Frage 4
(Je nach dem wie die Legierungsatome im Wirtsgitter verteilt sind,) unters. man zwischen welchen Mischkristallarten ?
- Substitutionsmischkristalle
—> ein Atom des anderen Elements durch Substitution ersetzen - Einlagerungsmischkristalle
—> Fremdatome sind in die Zwischengitterplätze eingelagert
(Wirtsgitter)
Wann liegt ein Kristallgemisch vor?
…, wenn mind. 2 kristalline Phasen nebeneinander in vers. Kristallgittern vorliegen.
Was ist eine intermetallische Phase ?
Verbindung zweier metallischer Elemente zu einer chemischen Verbindung mit neuem Kristallgitter.
Erklären Sie den Begriff Allotropie.
—> Beispiel?
Auftreten eines chemischen Elements in verschiedenen
Modifikationen (festen Zustandsformen)
- Unterscheidung des Kristallgitters
- Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und
Temperaturabhängigkeit)
Beispiel: Kohlenstoff C —> Diamantstruktur oder Graphitstruktur
Erklären Sie den Begriff Polymorphie.
Beispiel?
Auftreten einer Substanz (bestehend aus mind. 2 Komponenten)
in verschiedenen Modifikationen (festen Zustandsformen)
- Unterscheidung des Kristallgitters
- Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und
Temperaturabhängigkeit)
Beispiel: Fe-C-Legierungen: a- und gamma-Phase (Ferrit, Austenit)
Wie unters. sich homogene und heterogene Legierungen?
Welche Auswirkungen auf Anzahl der vorliegenden Phasen?
- homogene Legierungen = homogene Mischkristalle
—> Legierungselemente sind im Wirtsgitter entweder substitutionell (ausgetauscht) oder interstitiell (eingelagert
—> Substitutions- oder Interstitions-Mk (Vgl. Folie 10)
—> einphasig (Mischkristallbildung) - heterogene Legierungen
—> bilden kein chemisch einheitliches Material
—> durch Grenzflächen Werkstoffbereiche voneinander getrennt
—> Wst.bereiche unters. sich in chem. Zsm.setzung und/oder kristallographischen Struktur
—> mehrphasig (Phasenbildung)
Welche Zustandsgrößen beschreiben einen Werkstoffzustand?
- Druck p
- Temperatur T
- chemische Zusammensetzung der Phasen
Def. Komponenten?
die zum Aufbau des Werkstoffs erforderlichen reinen
chemischen Elemente.
Def. Phasen?
Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften, die durch
Grenzflächen voneinander getrennt sind.
Was versteht man unter dem Werkstoffzustand?
die Anzahl und Art der auftretenden Phasen.
thermodynamisches Gleichgewicht =
Zustand mit niedrigster freier Enthalpie
Freiheitsgrade F =
frei und veränderbare Zustandsgrößen eines Systems, ohne dass
sich der Zustand des Systems (hier: Zahl und Art der Phasen)
ändert.
—> T
—> Druck p
—> c der Komponenten in den Phasen
Wie lautet die Gibbs‘sche Phasenregel?
F + P = K + 2
(F = K - P + 2)
F = Anzahl an Freiheitsgraden P = Anzahl an Phasen K = Anzahl an Komponenten
Wie lautet die reduzierte Gibbs´sche Phasenregel?
Wann darf sie angewendet werden?
F* + P = K + 1
Voraussetzung: p = const. = 1,013 bar
—> die meisten werkstoffkundlichen Betrachtungen erfolgen bei
Normaldruck
Freie Enthalpie G = ??
Einstoffsysteme
= H - TS
H —> Enthalpie = innere Energie U + pV Volumenarbeit
S —> Entropie
Zustand des Systems = f(p,T,c)
Reine Metalle ohne Umwandlung im festen Zustand
Wichtige Temperaturen?
Zweiphasengleichgewichte?
Übergang fest
Wichtige Temperaturen
Tm = Schmelztemperatur (relativ wenig druckabhängig)
TEr = Erstarrungstemperatur
TSi = Siedetemperatur (relativ stark druckabhängig)
TK = Kondensationstemperatur
Zweiphasengleichgewichte:
T = Tm = TEr: Übergang fest Å → flüssig
T = TSi = TK : Übergang flüssig Å → dampf-/gasförmig
Typischer Temperatur-Druck-Verlauf für ein reines Metall (= vollst. Zustandsdiagramm)
Siehe Folie 23
—> Zustandsdiagramm mit fest, flüssig, gasförmig
—> Tripelpunkt
Zustand, beschrieben durch Druck und Temperatur, an dem drei Aggregatzustände eines Stoffes im thermodynamischen Gleichgewicht sind (Wiki)
Triplepunkt
Binäre Systeme im festen Zustand:
Wie nennt man die folgenden Zustände?
- vollständig löslich —> ?
- nicht löslich —> ?
- unvollständig löslich —> ?
- vollständig löslich –> Mischkristall
- nicht löslich –> Kristallgemisch (mehrphasig)
- unvollständig löslich –> Mischungslücke (mehrphasig)
Reine Metalle ohne Umwandlung im festen Zustand
Wann ist ein Zustand im Einstoffsystem ein-, zwei- oder dreiphasig?
Einphasig: “Im weißen Bereich”
Zweiphasig: “Im blauen Bereich bzw. zwischen den Linien (nicht Achsen!)”
Dreiphasig: “Schnittpunkt der Linien (nicht Achsen!)” —> Triplep.
vgl. Folie 23,24
Liquiduslinie?
Linie oberhalb derer ist alles flüssig (geschmolzen)
Soliduslinie
Linie unterhalb derer ist alles fest (kristallisiert)?
Wie können wir den Anteil der Phasen in den Zweiphasengebieten
bestimmen?
mit Hebelgesetz
Info‘s die dem Phasendiagramm entnommen werden können? (5)
- Liquidus- und Solidustemp.
- Phasen
- Phasenanteile bei bestimmter T und c
- Zsm.setzung aus den Komponenten bei best. T und c
- Gefüge
Wie viel Schmelze und wie viel Mischkristall (Anteil der Phasen) sind vorhanden?
Wie sind Schmelze und Mischkristall aus A und B zusammengesetzt?
Auf Folie 33 perfekt erklärt !
Ordne die Gefügebilder den Temperaturen auf Folie 34 zu!
Folie 34
Wie nennt man es, wenn alle Körner die gleiche Zsm.setzung haben?
Mischkristall
Nenne einen Nachteil bei einem homogenen Mischkristall-Gefüge.
Das homogene Mischkristall-Gefüge bewirkt unerwünscht lange
Späne —> schlecht zerspanbar
Binäre Systeme mit Mischungslücke und Eutektikum.
—> siehe Folie 37
auswendig!
Zeichne folgende Abkühlkurven:
cb = 0
0 < cb < ceu
c = ceu
zur Kontrolle siehe Folie 38
Worum geht es hier?
Schmelze wandelt sich bei einer Temperatur simultan in zwei Festkörper um L –> A + B (oder alpha, beta oder entsprechende Kombinationen)
Eutektikum
Wie nennt man die Soliduslinie im Binären System mit Mischungslücke und Eutektikum?
Eutektikale
wahr oder falsch?
Im binären System entsteht beim Eutektikum ein sehr feines Kristallgemisch.
Ja!
—> da gegenseitige Behinderung der Kristallisation
Welche Eigenschaften weißt ein eutektisches Kristallgemisch auf?(5)
- hohe Festigkeit (durch die feinen Körner)
- niedriger Schmelzpunkt (im Vgl. mit Reinmetallen)
- dünnflüssig bis zum Erstarren (fließt in jede Ecke)
→ Gusslegierung - im Kristallgemisch brechen die härteren Körner den Span
→ gut zerspanbar
Binäre Systeme mit Mischungslücke, Eutektikum und einseitiger Randlöslichkeit.
—> siehe Folie 44
.
Binäre Systeme mit Mischungslücke, Eutektikum und einseitiger Randlöslichkeit
Wie heißt die Linie unterhalb der der MK der Randlöslichkeit zur Mischungslücke wird?
Segregatlinie
Def. Segregatlinie
ist eine Löslichkeitsgrenze (hier: von B in a)
Binäre Systeme mit Mischungslücke, Eutektikum und
beidseitiger Randlöslichkeit
—> Gefügebilder in Diagramm zuordnen (Folie 47)
.
Binäre Systeme mit Mischungslücke und Peritektikum
—> siehe Folie 61
.
Peritektischer Punkt und die Peritektikale sind immer durch eine Liquiduskurve überdeckt und nie direkt von der Schmelze aus erreichbar.
Wahr oder Falsch?
Wahr
—> weitere Infos zu Peritektikum Folie 62
Eutektoide Phasenumwandlung
—> siehe Folie 75
.
