Phasentransformation: (fest-fest) Von Marcus Bauer und Henrik Petersen
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- Benedict Kneller
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1 Von Marcus Bauer und Henrik Petersen
2 1. Arten von Phasenumwandlungen - Reine Metalle - Legierungen 2. Martensitische Phasenumwandlung am Beispiel von Fe-C 3. Formgedächtnislegierungen - Allgemeine Betrachtung der Vorgänge - Anwendungsbeispiel: Nitinol (Ni-Ti-Legierung)
3 Arten von Phasenumwandlungen: Reine Metalle - Kristallstruktur mit der niedrigsten freien Enthalpie G - allotrope Modifikationen α krz α->γ bei 909 C Eisen (Fe) γ kfz γ->δ bei 1388 C δ krz Calcium (Ca) α kfz α->γ bei 464 C γ krz
4 Arten von Phasenumwandlungen: Legierungen 1. Auflösung oder Ausscheidung einer zweiten Phase - Löslichkeit einer Atomsorte nimmt mit der Temperatur ab - übersättigter Mischkristall 2. Diffusionslose Phasenumwandlungen - Kristallstruktur ändert sich - martensitische Umwandlungen 3. Aus einer Phase entstehen mehrere neue Phasen - eutektoide Umwandlungen - Perlitreaktion
5 Martensitische Phasenumwandlungen am Beispiel am Fe-C hohe Abkühlgeschwindigkeit : keine Diffusion starke Unterkühlung der instabilen Phase Umwandlungskräfte werden größer Abschrecktemperatur, Zeit und Zusammensetzung bestimmen den Martensitanteil
6 Martensitische Phasenumwandlungen am Beispiel am Fe-C Gitterbeziehung zwischen Austenit und Martensit tetragonale Verzerrung durch Anwesenheit des Kohlenstoffs Atome behalten ihre Position Dehnung und Stauchung von Gitterkonstanten
7 Martensitische Phasenumwandlungen am Beispiel am Fe-C Anwendungsbeispiele Härten von Stahl durch Erhöhung des Kohlenstoffgehalts bessere Einstellung von Festigkeit verschiedene Legierungselemente verbessern die Verformbarkeit Anwendungen: Werkzeuge, Wellen und Stähle
8 Formgedächtnislegierungen Allgemeine Betrachtung der Vorgänge Der Formgedächtniseffekt: - Martensitbildung nach Abkühlung und damit verbundene Zwillingsbildungen - diffusionslos, infolge einer Scherbewegung - Variantenwachstum unterhalb von M f einstellbar bei Abkühlung und Verformung - Erwärmung bewirkt Rückbildung zum Austenit
9 Formgedächtnislegierungen Allgemeine Betrachtung der Vorgänge Pseudoelastizität: - Martensitphase entsteht durch angelegte mechanische Spannung - große nichtlineare Dehnung entsteht - Bildung der Martensitphase bewirkt Dämpfung der einwirkenden Spannung - keine Bildung elastischer Wellen - Energie wird aufgezehrt für die martensitische Umwandlung
10 Formgedächtnislegierungen Allgemeine Betrachtung der Vorgänge Hysterese: - Umwandlung und Rückwandlung bei unterschiedlichen Temperaturen - Temperaturbereich durch Modifikation der Legierungszusammensetzung einstellbar Spannungs-Dehnungs-Diagramm: - Martensitplateau mit geringer Verfestigung - Anschließend Verformung über Versetzungsbewegungen
11 Formgedächtnislegierungen Anwendungsbeispiel Nitinol (Ni-Ti) - Ende der 50er vom Naval Ordnance Laboratory entdeckt - Nahezu stöchiometrische Zusammensetzung aus Nickel und Titan - thermisches Formgedächtnis (Shape Memory) - mechanisches Formgedächtnis (Superelastizität) - geordnete kubische Kristallstruktur - bis 650 C verwendbar, korrosionsbeständig, pseudoplastisch verformbar
12 Formgedächtnislegierungen Allgemeine Betrachtung der Vorgänge - Stellelemente: - thermisches Stellelement - Rückstellmechanismus - Kraft der Feder abhängig von der Temperatur - Superelastische Formteile: - unzerbrechliche Brillengestelle - Medizinische Anwendungen
13 Quellenverzeichnis: - Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde, 3. Auflage, Springer Hornbogen, Warlimont: Metallkunde, 3. Auflage, Springer Bargel, Schulze: Werkstoffkunde, 9. Auflage, Springer Michael Kaack: Dissertation, Ruhr-Universität Bochum Stoeckel: Umformung von NiTi-Legierungen Eine Herausforderung,
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