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Übung 3 Lösung...

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Lehrstuhl für Werkstoffkunde Prof. Dr.-Ing. habil. Mirko Schaper

Werkstoffkunde 1 Übung 3 – Phasenlehre

SoSe 2017

Studentische Veranstaltungskritik

Link:

https://svk.upb.de/evasys/online.php?p=U2XU1

Losung:

U2XU1

2

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabenblatt

3

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 1: Zustandsdiagramm mit vollständiger Löslichkeit Aufgabe 1 Gegeben ist in Bild 1 ein Zustandsdiagramm mit vollständiger Löslichkeit der Elemente A und B im flüssigen wie auch im festen Zustand. a) Tragen Sie die entsprechenden Phasen in die Phasenfelder ein. b) Kennzeichnen Sie die Liquidus- und die Soliduslinie. c) Ermitteln Sie für die Legierungszusammensetzung c1 die Temperatur und die Konzentration der ersten sich aus der Schmelze bildenden Mischkristalle. d) Bestimmen Sie die Massenanteile der Phasen der Legierung c2 bei der Temperatur T2. e) Um welche Art von Mischkristall kann es sich bei diesem Diagramm nur handeln?

4

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 1: Zustandsdiagramm Teil c)

T

T

Schmelze T2

T1

S+α-Mischkristall α-Mischkristall 77 Ma-% B 0

A

10

20

30 C1

40

50

60

70 C2

80

90

100

B 5

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 1: Zustandsdiagramm Teil d)

T

T

Schmelze T2

lS

lα

S+α-Mischkristall

T1

α-Mischkristall 77

35 Ma-% B 0

A

10

20

30 C1

40

50

60

70 C2

80

85 Ma-% B 90

100

B 6

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 1: Zustandsdiagramm Teil d) Berechnung der Massenanteile: 2 Phasen:

S mit 35 Ma-% B

} im GGW

α – MK mit 85 Ma-% B l

Massenanteil mα:

m 

35 lS 70  35 100%   100%  70%  50 l 85  35

Massenanteil mS:

mS 

l 15  100%  30% l 50

mS  1  m Teil e) Es kann sich hierbei nur um einen Substitutions-MK handeln (vollständig löslich) 7

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 2: Abkühlkurve Aufgabe 2 Zeichnen Sie die Abkühlkurve (p=const.) aus dem flüssigen Zustand für: a) eine Legierung mit 50 Ma.-% B aus dem Zustandsdiagramm der Aufgabe 1 b) ein reines Metall ohne Umwandlung im festen Zustand c) ein Stoffgemisch aus zwei Elementen, die sich weder im flüssigen noch im festen Zustand mischen lassen Geben Sie jeweils für jeden Teilabschnitt der Abkühlkurven die Anzahl der Freiheitsgrade an.

8

Übung 3 – Phasenlehre

Hinweise zum Zeichnen von Abkühlkurven bzw. Zustandsdiagrammen; Gibbsche Regel

Zeichnen von Abkühlkurven aus Zustandsdiagrammen • Phasengrenzlinien ergeben Knickpunkte (wenn sich F um 1 ändert, aber nicht 0 wird) • Haltelinien ergeben Haltepunkte (wenn F 0 wird) Zeichnen von Zustandsdiagrammen aus Abkühlkurven • Knickpunkte ergeben Phasengrenzlinien • Haltepunkte ergeben Haltelinien Gibbsche Regel: F=K+2-P F*=K+1-P für p = const.

9

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 2: Abkühlkurve a) K=2 50 Ma-% B

Legierung

T

T Schmelze

T TLi

S+α

TSol

α

50

A

Gibbsche Regel:

B

P=1 F*=2 P=2 F*=1

P=1 F*=2

t

F=K+2-P F*=K+1-P für p = const. 10

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 2: Abkühlkurve b) K=1

reines Metall

T

T S+B

Schmelze

F*=1 F*=0

S+α F*=1

α

B

50

A

Gibbsche Regel:

t

F=K+2-P F*=K+1-P für p = const. 11

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 2: Abkühlkurve c) K=2

T

Im flüssigen + festen Zustand nicht mischbar

T

SA+SB

TS;B

F*=1 F*=0

Liquiduslinie

SA+B

F*=1

Soliduslinie F*=1

A+B

TS;A

A

Gibbsche Regel:

B

t

F=K+2-P F*=K+1-P für p = const. 12

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn Aufgabe 3 Erstellen Sie in Abbildung 3 mit Hilfe der in Abbildung 2 gegebenen Abkühlkurven das Zustandsdiagramm für das Legierungssystem Mg-Sn. Tragen Sie die entsprechenden Phasen in die Phasenfelder ein. Hinweis: Mg und Sn sind im flüssigen Zustand vollkommen ineinander löslich. Im festen Zustand ist Sn in Mg beschränkt löslich (maximal 14,9 Ma.-% Sn). Unterhalb von 100°C ist die Löslichkeit von Sn in Mg kleiner als 0,1 Ma.-% Sn. Mg ist im festen Zustand in Sn unlöslich. Es treten zwei eutektische Reaktionen auf. Eine eutektische Zusammensetzung liegt bei 36,4 Ma.-% Sn vor. Bei 70,3 Ma.-% Sn entsteht die intermetallische Verbindung Mg2Sn mit einem Schmelzpunkt von 778°C.

13

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 14

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25%

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

700 600 500

650

400 300 200 100 15

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 16

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25%

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

610 700 600 500

650 637

400 300

350

200 100 17

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 18

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

616

700 600 500

650

637

561

400 300

350

200 100 19

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 20

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

616 585

600 500

650

637

561

561

400 300

350

200 100 21

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

10 36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 22

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

616 585

601

600 500

650

637

400 300

561

561

561

350

200 100 23

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 24

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

757

616 585

601

600 500

650

637

400 300

561

561

561

561

350

200 100 25

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 26

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

757

616 585

777

601

600 500

650

637

400 300

561

561

561

561

561

350

200 100 27

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 28

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

757

616 585

777

601

598

600 500

650

637

400 300

561

561

561

561

561

350

200 100

200 29

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 30

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

757

616 585

777

601

598

600 500

650

637

400 300

561

561

561

561

561 321

350

200 100

200 31

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 32

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

757

616 585

777

601

598

600 500

650

637

400 300

561

561

561

561

561 321

360

200 100

200 33

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0

5

14,9

25

36,4 40

60

70,3

85

95 100

700

600 500

400

300

200 0,1 100

Mg

Ma-% Sn

Sn 34

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 800

0%

5%

15% 25% 610

700

40% 60%

70% 85% 95% 98% 100%

757

616 585

777

601

598

600 500

650

637

400 300

561

561

561

561

561 321 232

350

200 100

200 35

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 3: Zustandsdiagramm Mg-Sn 14,9

800

Mg2Sn 36,4

70,3

Schmelze S+α

700

TS,Mg

S+ Mg2Sn

600

α

500

Te,1=561°C

400

α+Mg2Sn

S+Mg2Sn

TS,Sn

300

Te,2=200°C 200

Mg2Sn+Sn

0,1 100

Mg

Ma-% Sn

S+Sn Sn 36

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 4: Gefügebilder Aufgabe 4 Skizzieren Sie die Gefügebilder, die man bei Raumtemperatur unter dem Lichtmikroskop für folgende Legierungszusammensetzungen beobachtet: •

5 Ma.-% Sn / 95 Ma.-% Mg

•

60 Ma.-% Sn / 40 Ma.-% Mg

•

98 Ma.-% Sn / 2 Ma.-% Mg

37

Übung 3 – Phasenlehre Aufgabe 4: Gefügebilder 5% Sn / 95% Mg

α

α

α α α α α α

60% Sn / 40% Mg Eutektikum E1

Mg2Sn-Segregate

α

Bestehend aus Mg2Sn und α

α α

Mg2Sn

98% Sn / 2% Mg 100% Eutektikum E2 Bestehend aus Mg2Sn und Sn

38...