Eigenschaften der Metalle

Eigenschaften der Metalle hohe Festigkeit, gute plastische Verformbarkeit gute elektrische Leiter geringer Paramagnetismus oder Ferromagnetismus gute thermische Leiter metallischer Glanz, hohe Reflektivität hinlänglich Temperatur- und Korrosionsresistent

Struktur der Werkstoffe www.webelements.com

Daltonoide Verbindungen und Feste Lösungen T-x Phasendiagramm Natrium (Na) Chlor (Cl) T-x Phasendiagramm Silber (Ag) Gold (Au) Na +1 Cl -1

Bertholloide Verbindungen Intermetallische Phasen T-x Phasendiagramm Niob (Nb) Chrom (Cr) Kristallstruktur von C15-NbCr 2

Phasendiagramme Phasendiagramme - auch Zustandsdiagramme genannt sind graphische Darstellungen zur Beschreibung thermodynamischer Gleichgewichtsbeziehungen in chemischen Systemen. Sie geben keinerlei Informationen zu Reaktionsgeschwindigkeiten zur morphologischen Verteilung von Phasen berücksichtigen keine Oberflächeneffekte

Übersicht Die Phasenregel Isomorphe Systeme Eutektische Systeme Systeme mit intermetallischen Verbindungen Ideale und Reguläre Lösungen Peritektische Systeme Eutektoide Systeme Peritektoide Systeme Monotektische Systeme Phasenumwandlungen Unmögliche Phasendiagramme

Systeme und Phasen Ein System ist ein Teil des Universums, welcher zur Untersuchung ausgewählt wurde. Der verbleibende Teil heisst Umgebung. Es gibt: - heterogene Systeme - homogene Systeme Eine Phase ist ein physikalisch homogener und durch eine Oberfläche begrenzter Teil eines Systems. Dieser ist somit vom Rest des Systems mechanisch separierbar.

Heterogene Systeme Legierung: Mg-Pd Intermetallische Phasen MgPd Mg 5 Pd 2

Homogene Systeme Si Luft Mg 75 Pd 25

Metallischer Glanz

Metallographische Arbeitstechniken 1 2 Trennen: Brechen, Sägen, Trennschleifen Einbetten: Kalteinbetten, Warmeinbetten

Metallographische Arbeitstechniken

Metallographische Arbeitstechniken 3 4 Schleifen Polieren

Metallographische Arbeitstechniken 5 6 Ätzen: Naßätzen, Trockenätzen Lichtmikroskopische Untersuchung

Metallographische Arbeitstechniken Wahrscheinlichkeit Polarisiertes Licht Größenverteilung Kristallite Mikrostruktur -Eu 8 Ge 16 Ga 30 Ätzlösung: H 2 O / H 2 O 2 / HF Größe (μm)

Metallographische Arbeitstechniken (Zn 0.9543 Mg 0.0457 ) 17 Gd 2

Komponenten Komponenten eines Systems Die kleinste Anzahl von unabhängig variablen chemischen Konstituenten, die notwendig und ausreichend sind, die Zusammensetzung jeder Phase des Systems in jedem Gleichgewichtszustand zu beschreiben. - unär eine Komponente - binär zwei Komponenten - ternär drei Komponenten - quaternär vier Komponenten - quinternär fünf Komponenten

Phasendiagramme Phasendiagramm Eine geometrische Darstellung der Orte thermodynamischer Parameter eines Gleichgewichtszustands unterschiedlicher Phasen unter festgelegten Bedingungen heißt Phasendiagram. Intensive Variable Temperatur, T Druck, p Extensive Variable Entropie, S Volumen, V Chemisches Potential, i Anzahl der Mole von i, n i

Phasenregel Phasenregel Für ein System im thermodynamischen Gleichgewicht ist die Summe aus der Anzahl der Phasen (P) und der Anzahl der Freiheitsgrade gleich der Anzahl der Komponenten (C) plus zwei: P + F = C + 2 Josuah Willard Gibbs Professor of mathematical physics, Yale University ( 1839-1903) On the Equilibrium of Heterogeneous Systems, Transactions of the Connecticut Academy of Sciences, 1876

Phasendiagramm von Kohlendioxid 76.3 bar CO 2 (l) Krit. Punkt CO 2 (s) Druck 5.03 bar Triplepunkt und Schmelzpunkt 1.013 bar Sublimation CO 2 (g) Temperatur -78.5 C -56.7 C 31 C

Unäre Systeme Beispiel: System mit CO 2 als einziger Komponente P + F = C + 2 F = 3 - P F = 0: Invariantes Gleichgewicht Tripelpunkt F = 1: Univariantes Gleichgewicht Linie F = 2: Bivariantes Gleichgewicht Einphasenfeld Anzahl der Komponenten 1 (CO 2 ) Anzahl der Phasen im Gleichgewicht 3: (s), (l), (g) 2: (s + l), (s + g), (l + g) 1: (s + l + g)

Binäre Systeme Beispiel: System mit zwei Komponenten (binär) P + F = C + 2 F = 4 - P F = 0: Invariantes Gleichgewicht Invarianter Punkt F = 1: Univariant Gleichgewicht Linie F = 2: Bivariant Gleichgewicht Zweiphasenfeld F = 3: Trivariant Gleichgewicht Einphasenfeld Isobare Schnitte (p = const.) F = 3 - P

Temperatur Zusammensetzung T - x diagramm A B T ( C) x 0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91 Molenbruch A B T ( C) w 0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91 Massenbruch A B B A B B n n n x x B A B B m m m w w B A A B A M w M w 1 1 x A B B A B M w M w 1 1 x B B A A B M x M x 1 1 w A A B B A M x M x 1 1 w Binäre Systeme

Binäres System Cu-Ni 1H 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs 87Fr 4Be 12Mg 20Ca 38Sr 56Ba 88Ra 21Sc 39Y La-Lu Ac-Lr 22Ti 40Zr 72Hf 23V 41Nb 73Ta 24Cr 42Mo 74W 25Mn 43Tc 75Re 26Fe 44Ru 76Os 27Co 45Rh 77Ir 28Ni 46Pd 78Pt 29Cu 47Ag 79Au 30Zn 48Cd 80Hg 5B 13Al 31Ga 49In 81Tl 6C 14Si 32Ge 50Sn 82Pb 7N 15P 33As 51Sb 83Bi 8O 16S 34Se 52Te 84Po 9F 17Cl 35Br 53I 85At 2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn 57La 89Ac 58Ce 90Th 59Pr 91Pa 60Nd 92U 61Pm 93Np 62Sm 94Pu 63Eu 95Am 64Gd 96Cm 65Tb 97Bk 66Dy 98Cf 67Ho 99Es 68Er 100Fm 69Tm 101Md 70Yb 102No 71Lu 103Lr Cu, fcc, a = 3.615 Å Ni, fcc, a = 3.524 Å

Darken-Gurry Map 2 Electronegativity êatomic Radius 1.8 Atomic R adiu sêå 1.6 1.4 Al Cu 1.2 Ni 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 Electronegativity

Binäres System Cu-Ni Festkörper (Mischkristall) Vollständige Mischbarkeit von Cu und Ni Substitutionsfehlordnung Zufällige Besetzung der kristallographischen Positionen Flüssigkeit Kristallstruktur des Mischkristalls (feste Lösung) Cu 1-x Ni x Vollständige Mischbarkeit von Cu und Ni Monomere

Binäres System Cu-Ni 1500 1450 1400 L Isotherme Linie Konode 1453 C T 2 : Cu 40 Ni 60 T ( C) 1350 T 2 1300 1250 1200 T 1 L 1 1150 1100 L + 1 L 2 2 1083 C 1050 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 L 2 (0,56) α 2 (0,68) T 1 : Cu 80 Ni 20 L 1 (0,17) α 1 (0,25) Cu x Ni

Binäres System Cu-Ni 1500 1450 1400 1350 Schmelze L Liqiduslinie 1453 C T ( C) 1300 1250 L + a 1200 1150 Soliduslinie a Mischkristall 1100 1083 C 1050 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni Cu 80 Ni 20 Leitungsrohre im Schiffsbau

Phasendiagramme Liquiduslinie Orte (x,t) im Phasendiagramm, die die maximale Löslichkeit (Sättigung) des Festkörpers im Gleichgewicht mit der flüssigen Phase darstellen. Oberhalb der Liquiduslinie ist das System vollständig flüssig. Soliduslinie Orte (x,t) im Phasendiagramm wo der Festkörper im Gleichgewicht mit der Schmelze vorliegt. Unterhalb der Soliduslinie ist das System vollständig fest. Mischkristall Eine kristalline Phase, die in ihrer Zusammensetzung innerhalb bestimmter Grenzen variieren kann ohne das eine weitere Phase erscheint. Konode Für eine bestimmte Temperatur ist die Konode die gerade Linie, die die beiden miteinander im Gleichgewicht vorliegenden Phasen verbindet.

Thermische Analyse Temperatur Abkühlkurve ohne Phasenumwandlung Abkühl- und Aufheizkurve eines reinen Elements Temperatur Zeit Ideale Abkühlkurve mit Erstarrung eines reinen Elements Temperatu r Unterkühlung Aufheizkurve Schmelztemperatur im Gleichgewicht Abkühlkurve Zeit Zeit

Thermische Analyse T 0 Temperatur L Liquidustemperatur Solidustemperatur Zusammensetzung Zeit

Isomorphe Systeme Ein binäres isomorphes System ist eins in dem zwei Metalle sich vollständig im festen und flüssigem (gasförmigen) Zustand mischen. Hume-Rothery Regeln 15% Regel Ist die Differenz der Größe der Atome der Elemente als Komponenten größer als 15% ist die Mischbarkeit eingeschränkt. Elektronegativität Die Bildung einer stabilen intermediären Verbindung (intermetallische Phase) wird die Mischbarkeit der Komponenten beschränken. Die Wahrscheinlichkeit der Bildung einer intermetallischen Verbindung ist korreliert mit der chemischen Affinität der beteiligten Elemente und wird mit der Elektronegativitätsdifferenz zunehmen. Struktur-Regel Isomorphe Systeme Vollständige Mischbarkeit ist möglich nur in Fällen gleicher Strukturtypen der Komponenten.

Hebelregel % L 1 36 T ( C) L x T 0 0 1350 1250 L 1 1 1453 C T 1 % α1 64 0 Cu 1083 C 0.32 0.4 x 0.45 1 Ni %L x L 0 1 1 1 1 100 % L1x L 0 1 1 1 100

Hebelregel Hebelregel Separieren sich zwei Phasen in einem System bei einer bestimmten Zusammensetzung ist diese und die Zusammensetzung der beiden Phasen zueinander kollinear. Weiterhin ist der Anteil beider Phasen invers proportional zu ihrem Abstand entlang der Konode zur vorgegebenen Zusammensetzung. X (x 2 -x 0 ) = (1-X) (x 0 -x 1 ) (x 0 -x 1 ) (x 2 -x 0 ) Anteil der Atome in der Phase: X Anteil der Atome in der phase: (1- X) A x 1 x 0 x 2 B

Gleichgewichtserstarrung x 0 T 0 L Temperatur T 1 T 2 T 3 L 1 L 2 L 3 T 4 L + L 4 A x B

Nicht-Gleichgewichts Erstarrung x 0 T 0 L Temperatur T 1 T 2 T 3 T 4 L 1 L 3 L 2 L + L 4 L 5 A x B

Al-Co System: Erstarrung von Al 46 Co 54 Coring CoAl: Al 46 Co 54

Nicht-Gleichgewichts Erstarrung Dunkle Flächen: Al-reiche Kerne Optisch (Hellfeld) SEM (BSE) AlCo - as cast 54 at.% Co

Übersicht Die Phasenregel Isomorphe Systeme Eutektische Systeme Systeme mit intermetallischen Verbindungen Ideale und Reguläre Lösungen Peritektische Systeme Eutektoide Systeme Peritektoide Systeme Monotektische Systeme Phasenumwandlungen Unmögliche Phasendiagramme

Binäres System Cu-Ni 1500 1450 1400 L Isotherme Linie Konode 1453 C T 2 : Cu 40 Ni 60 T ( C) 1350 T 2 1300 1250 1200 T 1 L 1 1150 1100 1 L + 1083 C 1050 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x L 2 2 Ni L 2 0.56 2 0.68 T 1 : Cu 80 Ni 20 L 1 0.17 1 0.25

Ideale Lösungen Ideale Lösungsphase Die anziehende Wechselwirkung zwischen Atomen unterschiedlicher Art ist gleich der Wechselwirkung zwischen Atomen derselben Art A B 1 2 A A B B V ideal x A V A x B V B H ideal x A H A x B H B ΔH mix H ideal H ΔHideal mix 0 ΔSideal mix Rx A lnx A x B lnx B ΔGideal mix RTx A lnx A xlnx B

Ideale Lösungen 1500 1450 1400 L 1453 C Berechnet im Modell idealer Lösungen für Schmelze und Mischkristall -Cu 1-x Ni x T ( C) 1350 1300 1250 Beobachtet für Schmelze und Mischkristall -Cu 1-x Ni x 1200 1150 1100 1083 C 1050 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu Ni

Mischungslücken 1500 1200 L L + 1453 C Cu - Ni Abweichungen vom Modell idealer Lösungen verursacht eine Mischunglücke T( C) 900 1083 C 600 Kritischer Punkt 370 C 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Nicht-ideale Lösungen Die anziehende Wechselwirkung zwischen ungleichen Atomen ist größer als die Wechselwirkung zwischen Atomen gleicher Sorte. A B 1 2 A A B B ΔH mix 0 Die anziehende Wechselwirkung zwischen ungleichen Atomen ist kleiner als die Wechselwirkung zwischen Atomen gleicher Sorte. A B 1 2 A A B B ΔH mix 0 In beiden Fällen: ΔS mix Rx A lnx A x B lnx B ΔG mix RTx A lnx A xlnx B

Reguläre Lösungen Reguläre Lösungen Einfaches Modell zur Beschreibung nicht-idealer Lösungen mit folgenden Annahmen: Wechselwirkungsparameter ΔH regular mix x A x B ΔHideal mix 0 ΔH regular mix 0 if 0 ΔH regular mix 0 if 0 ΔS regular mix ΔSideal mix ΔSideal mix Rx A lnx A x B lnx B

Reguläre Lösungen 0-0 1500 1200 T( C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Reguläre Lösungen 0-10 1500 1200 T(C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Reguläre Lösungen 0-15 1500 1200 T(C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Reguläre Lösungen 0-20 1500 1200 T(C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Reguläre Lösungen 0-25 1500 1200 T(C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Reguläre Lösungen 0-30 1500 1200 T(C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Reguläre Lösungen Line compounds 1500 1200 T(C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu x Ni

Nicht-ideale Lösungen ΔH mix ΔHL mix 0 ΔH mix ΔHL mix 0 Ideale Lösungen Zunehmend positiv ΔH mix,δhl mix

Eutektisches System Ag-Cu 1100 1000 962 C 900 T ( C) 800 700 600 Solidus Solvus L Eutektischer Punkt Liquidus L + Eutektikale Liquidus L + Solidus Solvus 1083 C 500 400 300 + Mischungslücke 200 100 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Ag x Cu

Eutektische Reaktion Eutektische Linie Die Konode durch den eutektischen Punkt. Eutektische Reaktion Die Phasenreaktion am eutektischen Punkt. Heterogenes Gleichgewicht: L cooling heating L

Al - Si 1H 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs 87Fr 4Be 12Mg 20Ca 38Sr 56Ba 88Ra 21Sc 39Y La-Lu Ac-Lr 22Ti 40Zr 72Hf 23V 41Nb 73Ta 24Cr 42Mo 74W 25Mn 43Tc 75Re 26Fe 44Ru 76Os 27Co 45Rh 77Ir 28Ni 46Pd 78Pt 29Cu 47Ag 79Au 30Zn 48Cd 80Hg 5B 13Al 31Ga 49In 81Tl 6C 14Si 32Ge 50Sn 82Pb 7N 15P 33As 51Sb 83Bi 8O 16S 34Se 52Te 84Po 9F 17Cl 35Br 53I 85At 2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn 57La 89Ac 58Ce 90Th 59Pr 91Pa 60Nd 92U 61Pm 93Np 62Sm 94Pu 63Eu 95Am 64Gd 96Cm 65Tb 97Bk 66Dy 98Cf 67Ho 99Es 68Er 100Fm 69Tm 101Md 70Yb 102No 71Lu 103Lr Al, fcc, a = 4.0496 Å Si, Diamond Typ, a = 5.431 Å

Darken-Gurry Map Al - Si 2 Electronegativity êatomic Radius 1.8 Atomic R adiu s êå 1.6 1.4 Al Si 1.2 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 Electronegativity

Eutektisches System Al-Si T( C) 660 C 1500 1200 900 600 L + Si L 0.12 580 C Si 1414 C Al Si Eutektisches System Keine Löslichkeit von Al in Si. Geringe Löslichkeit von Si in Al (2.2 at.%). Die Mikrostruktur für ein eutektisches System Al 12 Si 88 as-cast ist acicular, d.h. es bilden sich Si Plättchen in Matrix. 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Al x Si

Al - Sn 1H 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs 87Fr 4Be 12Mg 20Ca 38Sr 56Ba 88Ra 21Sc 39Y La-Lu Ac-Lr 22Ti 40Zr 72Hf 23V 41Nb 73Ta 24Cr 42Mo 74W 25Mn 43Tc 75Re 26Fe 44Ru 76Os 27Co 45Rh 77Ir 28Ni 46Pd 78Pt 29Cu 47Ag 79Au 30Zn 48Cd 80Hg 5B 13Al 31Ga 49In 81Tl 6C 14Si 32Ge 50Sn 82Pb 7N 15P 33As 51Sb 83Bi 8O 16S 34Se 52Te 84Po 9F 17Cl 35Br 53I 85At 2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn 57La 89Ac 58Ce 90Th 59Pr 91Pa 60Nd 92U 61Pm 93Np 62Sm 94Pu 63Eu 95Am 64Gd 96Cm 65Tb 97Bk 66Dy 98Cf 67Ho 99Es 68Er 100Fm 69Tm 101Md 70Yb 102No 71Lu 103Lr Al, fcc, a = 4.0496 Å -Sn, tetragonal, a = 5.832 Å, c = 3.181 Å

Darken-Gurry Plot Al - Sn 2 Electronegativity êatomic Radius 1.8 Atomic R adiu s êå 1.6 1.4 Al Sn 1.2 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 Electronegativity

Eutektisches System Al-Sn 700 600 660 C Al Sn Grenzfall eines eutektischen Systems 500 keine Randlöslichkeit T( C) 400 Sn ist dominant in der eutektischen Struktur Al 2 Sn 98 300 200 227 C 232 C 0.98 Mikrostruktur ist spherodial, d.h., Al Teilchen erscheinen rund. 100 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Al x Sn

Mg - Si 1H 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs 87Fr 4Be 12Mg 20Ca 38Sr 56Ba 88Ra 21Sc 39Y La-Lu Ac-Lr 22Ti 40Zr 72Hf 23V 41Nb 73Ta 24Cr 42Mo 74W 25Mn 43Tc 75Re 26Fe 44Ru 76Os 27Co 45Rh 77Ir 28Ni 46Pd 78Pt 29Cu 47Ag 79Au 30Zn 48Cd 80Hg 5B 13Al 31Ga 49In 81Tl 6C 14Si 32Ge 50Sn 82Pb 7N 15P 33As 51Sb 83Bi 8O 16S 34Se 52Te 84Po 9F 17Cl 35Br 53I 85At 2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn 57La 89Ac 58Ce 90Th 59Pr 91Pa 60Nd 92U 61Pm 93Np 62Sm 94Pu 63Eu 95Am 64Gd 96Cm 65Tb 97Bk 66Dy 98Cf 67Ho 99Es 68Er 100Fm 69Tm 101Md 70Yb 102No 71Lu 103Lr Mg, hcp, a = 3.209 Å, c = 5.210Å Si, diamond type, a = 5.431 Å

Darken-Gurry Plot Mg - Si 2 Electronegativity êatomic Radius 1.8 Atomic R adiu s êå 1.6 1.4 1.2 Mg Si 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 Electronegativity

Intermetallische Phasen 1500 1250 1085 C L Mg 2 Si Kongruent schmelzend (F p 1085 C) Geringe Dichte (1.98 g/cm³) Brüchig 1000 T ( C) 750 Eutektikum 500 Eutektikum Mg + Mg 2 Si Mg 2 Si Mg 2 Si + Si 250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Mg x Si

Intermetallische Phasen + Mg Mg 2 Si Mg 2 Si Si Einfach eutektisch + Einfach eutektisch

Intermetallische Phasen 1200 1085 C Cu Mg System Cu(Mg) Mischkristall T ( C) 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Cu 725 C MgCu 2 797 C x 552 C Mg 2 Cu 568 C 650 C 485 C Mg MgCu 2 Intermetallische Phase mit Homogenitätsbereich und kongruent schmelzend Mg 2 Cu Intermetallische Phase ohne Homogenitätsbereich und kongruent schmelzend Mg Element

Schmelzpunkterniedrigung 1500 1250 Tx 1 T Mg R ΔH Mg ln1 x 1 T emperature H CL 1000 750 500 T E = 602 C, x E = 0.122 250 Tx 1 T Pd R ΔH Pd lnx 1 Mg 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x Pd

Schmelzpunkterniedrigung Nahe T A: ln x B s x B l ΔH B R 1 T 1 T B ln1 x B l ΔH A R 1 T A 1 T Schröder van Laar Gleichung x B s Inverse Steigung Soliduslinie l T x B ΔH A T TT A RT A 2 Inverse Steigung Liquiduslinie T x B l TT A RT 2 A ΔH A Steigung der Liquiduslinie entsprechend der Schmelzpunkterniedrigung Temperature L + L Temperature L A x B B A x B B

Schmelzpunkterniedrigung 800 836 C/100 at.% 650 C 600 540 C ~7.8 400 0 x 0.1 Mg Pd

Gleichgewichtserstarrung T 0 Temperature T 1 T 2 + L L + L T 3 A x B

Eutektische Strukturen

Eutektische Strukturen 1200 T ( C) 900 Lamellare Eutektische Struktur as cast Cu 17.1 Al 82.9 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Al x Cu

Eutektische Strukturen as cast Eutektisches Cu 17.1 Al 82.9 wärmebehandelt

Gleichgewichtserstarrung Hypoeutetisch Hypereutektisch T 0 Temperatur T 1 T 2 T 3 T 4 + L L L 1 L 2 L 3 L 4 + L A B x

Hypo-, Hypereutektische Strukturen 1200 as cast as cast Hypoeutektisch Cu 10 Al 90 Hypereutektisch Cu 25 Al 90 900 T ( C) 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Al wärmebehandelt x wärmebehandelt Cu

Primäre Phase PrimärePhase ist eine Phase die im Gleichgewicht mit einer Schmelze gegebener Zusammensetzung vorliegt. Sie ist die erste feste Phase die sich beim Abkühlen bildet. Primäres Phasefeld von L T ( C) L +

Primäre Phase Dendritische Struktur der primären Phase Al 1-x Mg x () in einer Legierung Mg 30 Al 70 Links: BSE, geätzt Unten: Optisch Hellfeld etched

Peritektische Reaktion Peritektische Reaktion Die Phasenreaktion am peritektischen Punkt, d.h. ein invarianter Punkt an dem die Zusammensetzung der Schmelze nicht als positive Mengenanteile der festen Phase ausgedrückt werden kann. Am peritektischen Punkt schneiden sich zwei Bereiche der Liquiduskurve ohne ein Schmelzpunktminimum zu erzeugen. Peritektische Linie Die Konode durch den peritektischen Punkt. Heterogenes Gleichgewicht: L cooling heating L

Peritektisches System Ag-Pt L Inkongruenter Schmelzpunkt Liquidus Solidus Peritektischer Punkt L + Liquidus Peritektische Line Solidus A Ag - Pt L + Solvus x Solvus + B Temperatur

Kongruente und Inkongruente Schmelzpunkte Kongruenter Schmelzpunkt Bei gegebenen Druck die Temperatur bei der die feste Substanz sich zu einer Schmelze gleicher Zusammensetzung verflüssigt. Inkongruenter Schmelzpunkt Bei gegebenen Druck die Temperatur bei der eine feste Phase sich in eine andere feste Phase plus einer Schmelze umwandelt. Beide sind unterschiedlich zusammengesetzt im Vergleich zur ursprünglichen Substanz.

Gleichgewichtserstarrung T ( C) 1800 1500 1200 900 600 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Pd L L + x + x 1 x 2 x 0 : und L werden x 0 L + Mg vollständig verbraucht und bilden bei T 0 x 1 : und L bilden wobei L bei T 0 vollständig verbraucht ist und restliches bleibt. x 2 : und L bilden wobei vollständig bei T 0 verbraucht ist und restliches L dann bildet

Erstarrung im peritektischem Fall 1800 L bildet sich als primäre Phase T ( C) 1500 1200 L + x 0 bildet sich durch Reaktion von und L an der Phasengrenzfläche unter Bildung einer Schicht aus um 900 L + L 600 + 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 A B Pd x Mg

Gleichgewichtserstarrung Peritektische Bildung L + AlCo = Al 5 Co 2

Peritektische Strukturen Primäre Phase AlCo Primäre Phase AlCo Al 5 Co 2 Al 5 Co 2 Optisch (Hellfeld) SEM (BSE) Al 60 Co 40

Intermetallische Phasen L cooling heating Temperature + L L + L + L Eutektische Reaktion L cooling heating + + Phase bildet sich peritektisch mit ohne Homogenitätsbereich A x B

Intermetallische Phasen L cooling heating Temperatur + L L + L + L Eutektische Reaktion L cooling heating + + Phase bildet sich peritektisch mit Homogenitätsbereich A x B

Peritektoide Systeme L + L Solvus Zersetzungspunkt Temperatur Solvus Peritetoide Line + Peritektoider Punkt + Solvus Solvus + Solvus Solvus A x B

Peritektoide Systeme Liquidus L Solidus Liquidus Peritektoider Punkt L + Peritektoide Line cooling heating Solidus Upper Solvus Upper Solvus Lower Solvus Lower Solvus A Zusammensetzung B Temperature

Intermetallische Phasen, Mischkristalle peritektische Bildung Temperature + L L + L + L + peritektoide Bildung + + + A x B

Eutektoide Systeme L L + cooling heating Temperatur Eutetoider Punkt Eutektoide Linie A Zusammensetzung B

C - Fe System Metastabiles C Fe System Eutektoide Reaktion cooling heating Fe 3 C Eutektoide Mikrostruktur Pearlit

Heterogene Gleichgewichte Einphasenfeld (trivariant) sind Felder jedweder Gestalt, die alle Felder im Phasendiagramm füllen, die nicht durch Zweiphasenfelder belegt sind. Zweiphasenfelder (divariant) werden beschrieben durch Paare konjugierter Grenzlinien, deren Punkte jeweils verbunden sind durch die isothermen Konoden. Beide Grenzlinen müssen denselben Temperaturbereich abdecken. Die Grenzlinie können sich an Punkten kongruenter Transformationen treffen, sogenannten kritischen Punkten.

Heterogene Gleichgewichte Drei-Phasen Gleichgewicht (univariant) wird durch eine horizontale Linie beschrieben, welche an Punkten jeweils benachbart zu Einphasenfeldern beginnt bzw. endet sowie einem intermediären Punkt aufweist, der ebenfalls in Kontakt zu einem weiterem Einphasenfeld ist. Allgemeine eutektische Reaktion Allgemeine peritektische Reaktion 1 cooling 2 3 heating 1 2 Eutektisch: L cooling heating 3 1 2 cooling 3 heating 1 2 3 Peritektisch: L cooling heating Eutektoid: cooling Peritektoid: cooling heating heating Monotektisch cooling L 1 heating L 2 Syntektisch: cooling L 1 L 2 heating

Heterogene Gleichgewichte

Thermodynamisch nicht erlaubte Phasendiagramme Drei Phasen im Gleichgewicht (univariant) bei unterschiedlichen Temperaturen!

Thermodynamisch nicht erlaubte Phasendiagramme Vier Phasen können nicht am Gleichgewicht beteiligt sein außer am invarianten Punkt (sehr unwahrscheinlich).

Thermodynamisch nicht erlaubte Phasendiagramme Drei Phasen im Gleichgewicht sind nicht kompatibel mit zwei unterschiedlichen Zusammensetzungen einer Phase.

Thermodynamisch nicht erlaubte Phasendiagramme Projektionsregel von Grenzlinien ist verletzt.

Was ist wichtig? T-x Phasendiagramm Komponente Phase Liquiduskurve Soliduskurve Konode Ein- und Zweiphasenfelder Eutektische Reaktion Peritektische Reaktion Kongruentes und inkongruentes Schmelzen Stoffe Legierung Mischkristall Intermetallische Phase (Verbindung) 15%-, Elektronegativitäts- und Strukturregel