Kristall-Seigerungen | Entstehung von Mikroseigerungen in Mischkristalllegierungen

Summary

Das Video erklärt den Prozess der Kristallseigerung in Kupfer-Nickel-Legierungen während der Erstarrung. Es wird aufgezeigt, wie sich die Nickelkonzentration innerhalb eines Kristallkorns während des Abkühlens verändert, wobei die Mitte des Korns einen höheren Nickelgehalt aufweist als die Randbereiche. Dieser Konzentrationsunterschied führt zu ungleichmäßigen Werkstoffeigenschaften. Das Video beschreibt die Bildung von Seigerungen und zeigt, wie durch langsames Abkühlen und Diffusionsglühen diese teilweise ausgeglichen werden können, um unerwünschte Eigenschaften der Legierung zu vermeiden.

Takeaways

• 😀 Mischkristalllegierungen zeichnen sich durch eine vollständige Löslichkeit der Legierungselemente im festen Zustand aus.
• 😀 Ein Beispiel für eine Mischkristalllegierung ist das Kupfer-Nickel-System, das eine lückenlose Mischkristallreihe aufweist.
• 😀 Kristallseigerungen entstehen durch Konzentrationsunterschiede innerhalb eines Korns, wobei die Kornmitte einen höheren Nickelgehalt als die Randbereiche aufweist.
• 😀 Solche Konzentrationsunterschiede innerhalb eines Korns können zu unvorhersehbaren und unerwünschten Werkstoffeigenschaften führen.
• 😀 Seigerungen entstehen während der Erstarrung von Legierungen und können mit Hilfe des Phasendiagramms besser verstanden werden.
• 😀 Beim Erreichen der Liquiduslinie beginnt die Erstarrung, und die Legierung bildet eine gemeinsame Gitterstruktur.
• 😀 Während der Erstarrung verändert sich die chemische Zusammensetzung des Mischkristalls, was durch das Phasendiagramm bestimmt werden kann.
• 😀 Eine langsame Abkühlung kann Konzentrationsunterschiede im Gefüge durch Diffusion ausgleichen und Seigerungen vermeiden.
• 😀 In der Praxis lässt sich eine langsame Abkühlung jedoch nicht unbegrenzt durchführen, sodass Seigerungen unvermeidlich sind.
• 😀 Diffusionsglühen ist eine nachfolgende Wärmebehandlung, die hilft, entstandene Konzentrationsunterschiede zu vermindern und die Legierung zu homogenisieren.

Q & A

Was sind Mischkristalllegierungen?

Mischkristalllegierungen sind Legierungen, in denen die Legierungselemente im festen Zustand vollständig im Grundmetall löslich sind. Ein Beispiel hierfür ist das Kupfer-Nickel-System.

Warum kann man bei Mischkristalllegierungen annehmen, dass sich die Legierungselemente homogen im Gefüge verteilen?

Man könnte voreilig annehmen, dass sich die Legierungselemente homogen im Mischkristallgefüge verteilen, weil die Legierungselemente im festen Zustand vollständig löslich sind. In der Praxis zeigen sich jedoch Konzentrationsunterschiede innerhalb eines Korns.

Was versteht man unter Seigerung in Legierungen?

Seigerung bezeichnet die Konzentrationsunterschiede von Legierungselementen innerhalb eines Korns, die auftreten, wenn die chemische Zusammensetzung in der Mitte eines Korns anders ist als an den Rändern. Diese Unterschiede werden als Kristallseigerung oder Mikroseigerung bezeichnet.

Was sind die Auswirkungen von Seigerungen auf die Werkstoffeigenschaften?

Seigerungen führen zu unvorhersehbaren oder unerwünschten Eigenschaften der Legierung, da die unterschiedlichen Konzentrationen der Legierungselemente in den verschiedenen Bereichen des Korns unterschiedliche mechanische Eigenschaften hervorrufen.

Wie entsteht Seigerung während der Erstarrung einer Legierung?

Seigerungen entstehen, weil die Erstarrung einer Legierung nicht gleichmäßig verläuft. In Bereichen, die später erstarren, bildet sich eine Schicht mit geringerer Konzentration des Legierungselements, was zu Konzentrationsunterschieden im Gefüge führt.

Was zeigt das Phasendiagramm des Kupfer-Nickel-Systems?

Das Phasendiagramm des Kupfer-Nickel-Systems zeigt die Zustände der Legierung in Bezug auf Temperatur und Konzentration. Es verdeutlicht die vollständige Löslichkeit von Nickel im Kupfer und den Verlauf der Erstarrung.

Wie wird die chemische Zusammensetzung des Mischkristalls während der Erstarrung bestimmt?

Die chemische Zusammensetzung des Mischkristalls wird mit Hilfe der Soliduslinie im Phasendiagramm bestimmt. Durch Ziehen einer waagrechten Linie von der Temperatur bis zur Soliduslinie kann der Nickelgehalt der bereits erstarrten Phase abgelesen werden.

Was passiert mit der Nickelkonzentration während der Erstarrung einer 30% Nickel-Kupferlegierung?

Während der Erstarrung sinkt die Nickelkonzentration von der Kornmitte zu den Randbereichen. Zu Beginn der Erstarrung ist der Nickelgehalt in der Mitte des Korns höher als an den Rändern, was zu einer allmählichen Abnahme der Konzentration führt.

Warum ist eine langsame Abkühlung notwendig, um Seigerungen zu vermeiden?

Eine langsame Abkühlung gibt den Atomen ausreichend Zeit, sich durch Diffusion neu zu ordnen und die Konzentrationsunterschiede im Gefüge auszugleichen. Schnelles Abkühlen führt zu größeren Konzentrationsunterschieden, die zu Seigerungen führen können.

Was ist das Diffusionsglühen und wie hilft es, Seigerungen zu korrigieren?

Das Diffusionsglühen ist eine Wärmebehandlung, bei der die Legierung auf ausreichend hohe Temperaturen erhitzt wird, um Konzentrationsunterschiede auszugleichen. Durch Diffusion können die Seigerungen teilweise wieder korrigiert werden.