Die Welt der Werkstoffe, Zustandsschaubilder, Teil 2

Summary

In diesem Video erklärt Professor Bonnet die Grundlagen der Zustandsschaubilder und deren Bedeutung für das Verständnis von Legierungen. Er beschreibt, wie Temperatur und Konzentration die Phasenänderungen beeinflussen, und geht auf die thermische Analyse ein, um Haltepunkte und Knickpunkte zu bestimmen. Anhand des Kupfer-Nickel-Systems zeigt er, wie Liquidus- und Soliduslinien die Phasengrenzen definieren und wie das Hebelgesetz zur Berechnung von Mengenanteilen in Mischkristallen und Schmelzen verwendet wird. Professor Bonnet verdeutlicht die Herausforderungen bei der Diffusion und den Einfluss von Gitterverzerrungen auf die Festigkeit von Legierungen, während er auf zukünftige Themen in der Metallkunde hinweist.

Takeaways

• 😀 Der Zustandsschaubild ist eine visuelle Darstellung der Phasenänderungen von Legierungen in Abhängigkeit von Temperatur und Konzentration.
• 📏 Die thermische Analyse misst die Temperatur einer abkühlenden Legierung im Zeitverlauf, wobei charakteristische Unstetigkeiten entstehen.
• 🔍 Knickpunkte und Haltepunkte sind entscheidend für das Verständnis der Kristallisation in Legierungen.
• 🔗 Im Kupfer-Nickel-System gibt es unterschiedliche Knickpunkte, die den Beginn und das Ende der Kristallisation anzeigen.
• 📊 Die Liquiduslinie trennt flüssige Phasen von festen und flüssigen Phasen, während die Soliduslinie feste Phasen von den anderen trennt.
• 🧪 In der Zwei-Phasen-Region kann man die Zusammensetzung der Phasen bei verschiedenen Temperaturen bestimmen.
• ⚖️ Das Hebelgesetz wird verwendet, um die Massenanteile der Phasen im Gleichgewicht zu berechnen.
• 💡 Bei einer Legierung mit 40% B kann man die Zusammensetzung der Schmelze und des Mischkristalls bei 1200°C ermitteln.
• 🌡️ Die Zusammensetzung von Mischkristallen ändert sich während der Abkühlung, was zu inhomogenen Strukturen führt.
• ⚙️ Kenntnisse über Phasendiagramme sind entscheidend für die Materialwissenschaft und deren Anwendungen in der Gießereitechnik.

Q & A

Was sind Zustandsschaubilder und warum sind sie wichtig?

Zustandsschaubilder sind bildliche Darstellungen von Zustandsänderungen von Legierungen, abhängig von Temperatur und Konzentration. Sie sind wichtig, um das Verhalten und die Phasen einer Legierung zu verstehen.

Wie wird die Temperatur in der thermischen Analyse gemessen?

In der thermischen Analyse wird die Temperatur der abkühlenden Legierung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen, um charakteristische Punkte wie Haltepunkte und Knickpunkte in den Temperaturkurven zu identifizieren.

Was sind Haltepunkte und Knickpunkte in der Abkühlkurve?

Haltepunkte sind Temperaturpunkte, an denen eine Kristallisation stattfindet, während Knickpunkte den Beginn und das Ende der Kristallisation anzeigen, die durch eine Energiefreisetzung verursacht werden.

Wie bestimmen wir die Phasengrenzen in einem Zustandsschaubild?

Die Phasengrenzen werden bestimmt, indem die Knick- und Haltepunkte einer Abkühlkurve in das T-C-Diagramm eingetragen werden, was zur Bildung der Liquidus- und Soliduslinien führt.

Was kennzeichnet die Liquidus- und Soliduslinie im Diagramm?

Die Liquiduslinie trennt den Bereich nur flüssiger Phasen von dem Bereich fester und flüssiger Phasen, während die Soliduslinie den Bereich nur fester Phasen von dem Bereich fester und flüssiger Phasen trennt.

Wie können wir die Zusammensetzung der Phasen in einem Zweiphasengebiet bestimmen?

Die Zusammensetzung der Phasen kann durch den Schnittpunkt mit der Liquidus- und Soliduslinie im Zustandsschaubild ermittelt werden.

Was ist das Hebelgesetz und wie wird es angewendet?

Das Hebelgesetz besagt, dass sich ein Hebel im Gleichgewicht befindet, wenn die Summe aller Drehmomente gleich null ist. Es wird verwendet, um die Mengenanteile der vorhandenen Phasen in einem Zweiphasengebiet zu berechnen.

Was sind Seigerungen und wie entstehen sie?

Seigerungen sind ungleichmäßig aufgebaute Mischkristalle, die während der Kristallisation entstehen, wenn die Zusammensetzung der Mischkristalle ungleichmäßig ist, wodurch sich die Verteilung von höher und niedriger schmelzenden Komponenten ändert.

Welche Rolle spielt die Diffusion in Legierungen?

Diffusion ist die Bewegung von Teilchen aufgrund thermischer Energie, die für den Konzentrationsausgleich in der Schmelze und den festen Mischkristallen sorgt. Sie geschieht schneller in der Schmelze als in festen Phasen.

Wie unterscheiden sich die mechanischen Eigenschaften einer Legierung von den ihrer Komponenten?

Die Eigenschaften einer Legierung, wie Zugfestigkeit und Härte, können nicht einfach aus den Eigenschaften der einzelnen Komponenten berechnet werden, da Gitterverzerrungen und Mischkristallhärtung die Festigkeit erhöhen können.