Thema 7 - Zustandsdiagramme PDF

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Thema 7 - Zustandsdiagramme...

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Hebelgesetz -

Dient zur Ermittlung der jeweiligen Phasenanteile in heterogenen Zustandsfeldern

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Dabei geht man davon aus, dass der Gehalt an z.B. Komponente B im Mischkristallanteil und der verbleibenden Schmelze bei jeder Temperatur im Zweiphasengebiet zusammen genauso groß sein muss wie in der ursprünglichen Schmelze

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Um die Anteile der bei gegebener Ausgangskonzentration C 0 und Temperatur T1 im Gleichgewicht befindlichen Phasen Mischkristall und Schmelze zu bestimmten, wird bei gegebener Temperatur T1 eine Konode (waaggerechte Linie) zwischen Liquidus- und Soliduslinie gezogen

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Die Ausgangskonzentration C0 bestimmt die Lage des Drehpunktes

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Die Konode stößt rechts an das Gebiet der Schmelze, so dass der Hebelarm b mit dem Anteil an Schmelze ms „belastet“ wird, links stößt sie an das Gebiet der Mischkristalle, so dass der Hebelarm a mit dem Anteil an Mischkristallen mk belastet wird

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Damit wie in der Mechanik diese Wippe im Gleichgewicht gehalten wird muss gelten: m k * a = ms * b

mit m = mk + ms = 1 oder 100%

Damit folgt für den Anteil an Mischkristallphase mk =

b a+b

* 100% bzw. Den Anteil an Schmelze ms =

a a+b

* 100%

Da die Hebelarme direkt über die Konzentration abgelesen werden können, folgt letztlich: mk = -

c 2− c 0 c 2−c 1

* 100%

bzw.

ms =

c 0−c 1 c 2−c 1

* 100%

Schnittpunkt Konode- Liquiduslinie ergibt die Zusammensetzung bei der Temperatur T1 vorliegenden restlichen Schmelze c2

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Der Schnittpunkt Konode – Soliduslinie ergibt die bei der Temperatur T1 vorliegende Zusammensetzung des Mischkristalls c1

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Die Zusammensetzung der Schmelze und des Mischkristalls ändert sich mit sinkender Temperatur entlang der Liquidus- bzw. Soliduslinie

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Sinkt die Temperatur so weit, dass man das Zweiphasenfeld verlässt, so liegen nur noch Mischkristalle vor, die die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie am Anfang die Schmelze, nämlich c0

Vollständige Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand Das Schaubild aus Temperatur und Massengehalt besitzt 2 Linien: -

Liquiduslinie: darüber sind alle Phasen flüssig

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Soliduslinie: darunter sind alle Phasen fest Das Eutektikum ist der unmittelbare und vollständige Übergang vom schmelzflüssigen in den festen Zustand. Die Erstarrung führt zu einem feinkörnigen und gleichmäßig Gefüge, das aus zwei Kristallarten besteht

Vollständige Löslichkeit im Flüssigen und Teillöslichkeit im Festen (einseitig)

Vollständige Löslichkeit im flüssigen und Teillöslichkeit im festen Zustand

Peritektisches Zustandsschaubild

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Liegt im Dreiphasengebiet die Schmelztemperatur einer Komponente unterhalb der Temperatur des Dreiphasengleichgewichts, so ergibt sich bei begrenzter Löslichkeit im festen Zustand ein Peritektikum

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Es liegt ein Dreiphasengewicht vor, so dass die Reaktion bei konstanter Temperatur abläuft

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Nach der Unterschreitung der Soliduslinie bei 1186°C liegen heterogene Gefüge aus α- und β- Mischkristallen vor

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Bei Legierungen mit der peritektischen Zusammensetzung werden die αMischkristalle und die Schmelze vollständig in β-Mischkristalle umgewandelt (homogenes Gefüge)

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Am Peritektikum bilden sich β-Mischkristalle an der Oberfläche von primär erstarrten α-Mischkristallen Das Eutektoid ist ein Phasenübergang im festen Zustand. Es bilden sich aus einer festen Phase zwei ineinander verteilte feste Phasen. Beispiel: EisenKohlenstoff-Mischkristalle zu Perlit. In Zweistoffsystemen ist das Peretektoid die Umsetzung zweier fester Phasen in einem Legierungssystem, wobei dann eine neue Phasen entsteht. (Tritt nur im festen Zustand auf) Zustands, auch Phasendiagramme genannt, liefern Aussagen über die bei verschiedenen Temperaturen und chemischen Zusammensetzungen vorliegende Phasen von Legierungen. Man unterscheidet Ein-, Zwei- und Dreistoffsysteme. Betrachtete Größen an den Diagrammachsen im Einstoffsystem

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Druck, Temperatur; Konzentration = const. = 100% des betrachteten Stoffes (also kein Zustandsdiagramm einer Legierung)

Enthalpie und Entropie

Aufstellen von Zustandsschaubildern

Lesen von Zustandsschaubildern

Die wichtigsten Reaktionen im binären Zustandsdiagramm...