16. Phasenumwandlungen und Ausscheidungen

Question 1

Oberhalb welcher Temp. setzt die α-γ / γ-δ Umwandlung in Reineisen ein ?

Answer 1

911°C

Question 2

Unterhalb welcher Temp. setzt die γ-α / δ-γ Rückumwandlung in Reineisen ein ?

Answer 2

911°C

Question 3

Was geben Phasengrenzlinien an ?

Answer 3

Ob prinzipiell eine Reaktion stattfinden kann.
Ohne Zeitliche Einordnung.

Question 4

Was sind Embryonen ?

Answer 4

Zufällig kristalline Konfigurationen von Metallatomen in der Schmelze

Question 5

Nenne die Formel der Kristallisationswärme ΔG und benenne die Komponenten.

Answer 5

• ΔG = Kristallisationswärme
• D Kantenlänge der Embryonen
• Δg_v = volumenbez.
Kristallisationswärme
• γ = Oberflächenenergie

Question 6

Mögl. Bedingungen für Wachstumsfähigkeit bei Keim ?

Answer 6

• ΔG < 0
• D ≥ 6* γ/Δg_v

Question 7

Formel krit. Oder wachstumsfähige Keimgröße D_k!
Warum ?

Answer 7

• weil ab dΔG/dD=0:
gewonnene
Kristallisationswärme >
aufzuwendende
Oberflächenenenergie

Question 8

Bei welcher Temperatur ist keine Keimbildung möglich ?

Answer 8

Schmelztemperatur,
weil Δg_v ~ T_s - T → ∞

Question 9

Wie hängen Temperatur der Schmelze und der Energieaufwand der Keimbildung zusammen ?

Answer 9

Je stärker die Schmelze unterkühlt ist, desto geringer wird der Energieaufwand zur Keimbildung.

Question 10

Was beschreibt die Rekaleszenz ?

Answer 10

Überschwingen der Temperatur durch freiwerdende Kristallisationswärme über den Plateauwert des Haltepunkts.

Question 11

Welchen zwei Faktoren können die Keimbildungsenergie herabsetzen ?

Answer 11

• Unterkühlung
• Grenzflächenenergie γ

Question 12

Was sind wichtige Faktoren für die Hemmung der Keimbildungsenergie durch die Grenzflächenenergie γ ?

Answer 12

• Grenzflächenenergie γ bei Keimbildung <

Question 13

Was sind wichtige Faktoren für die Hemmung der Keimbildungsenergie durch die Grenzflächenenergie γ ?

Answer 13

• Grenzflächenenergie γ bei
Keimbildung < als GFE γ bei
reinen Werkstoffen unter
Laborbedingungen
• Oberflächenenergie zw. Keim
und Fremdkörper besonders
niedrig

Question 14

Wie erreicht man die gewünschte Feinkörnigkeit bei Kristallen in der Schmelze ?

Answer 14

• Impfen der Schmelze mit
Feststoffpartikelchen, die sich in
der Schmelze nicht auflösen und
gute Voraussetzungen für
Ankristallisieren bieten

Question 15

Beispiele für gute Feststoffpartikel zum Impfen bei EisenWS und Aluminiumlegierungen ?

Answer 15

• Titankarbid
• Bei Al: Zirkon, Kupferphosphid

Question 16

Wie wird die Keimbildung an Fremdkörpern genannt ?

Answer 16

Heterogene Keimbildung

Question 17

Was ist das besondere an der Keimbildung ?

Answer 17

Mechanismen treffen auf jede Art der Keimbildung bei Phasenumwandlung zu

Question 18

Alltagsbeispiele heterogene Keimbildung ?

Answer 18

• Dampfblasen entstehen nur am
Topfboden
• Kohlensäure immer nur am
Rand oder an Störpartikeln
• Raureif an Pflanzen

Question 19

Wie kann man die heterogene Keimbildung aus der Schmelze unterdrücken ?

Answer 19

Fernhalten aller Stoffe die günstiges Ankristallisieren ermöglichen.

Question 20

Wie heißt es, wenn man durch schnelle Abkühlung die Diffusion von Embryonen zu Keimen unterdrückt ?

Answer 20

Röntgenamorphe Erstarrung des Materials

Question 21

Was entsteht durch röntgenamorphe Erstarrung, bei der die Atome eine Anordnung wie in der Schmelze behalten ?

Answer 21

Unterkühlte Flüssigkeit, auch metallisches Glas genannt

Question 22

Wie wandelt sich der WS bei sehr langsamer Abkühlung um ?

Answer 22

Näherungsweise nach den Phasengrenzlinien des ZSD

Question 23

Wie wandelt sich der WS bei schneller Abkühlung um ?

Answer 23

• Erhebliche Unterkühlungen
verlangsamen die Diffusion
• bei so schneller Abkühlung, dass
Diffusion nicht mehr möglich,
bleibt glasiger Zustand der
Schmelze

Question 24

Wozu führt sehr schnelle Abkühlung ?

Answer 24

Röntgenamorphe Erstarrung des Materials

Question 25

Was entsteht bei einer Röntgenamorphen Erstarrung, bei der die Atome ihre Anordnung wie in der Schmelze beibehalten ?

Answer 25

Unterkühlte Flüssigkeit, auch metallisches Glas genannt

Question 26

Wie wandelt sich der WS bei sehr langsamer Abkühlung um ?

Answer 26

Näherungsweise nach den Phasengrenzlinien des ZSD

Question 27

Wie wandelt sich der WS bei schneller Abkühlung um ?

Answer 27

• Unterkühlungen verlangsamen die Diffusion • Bei so schneller Abkühlung, dass Diffusion nicht mehr klappt, bleibt der glasige Zustand der Schmelze erhalten

Question 28

Zeichne das Zeit-Temperatur-Kristallisationsschaubild bzw. Glasbildung

Answer 28

Question 29

Wie heißen metallische Gläser mit großer Dicke ?

Answer 29

• massive metallische Gläser • (bulk metal glasses)

Question 30

Besonderheiten Metallischer Gläser ?

Answer 30

• teure Legierungselemente • keine Versetzungen → nicht plastisch verformbar • weichmagnetische Eig. • exzellente Korrosionsbest. • hohe Härte

Question 31

Was entspricht der kürzesten Umwandlungszeit ?

Answer 31

Temperatur maximaler Umwandlungsgeschwindigkeit

Question 32

In welchen Bereichen kann schnellere Diffusion ablaufen ?

Answer 32

• Grenzflächen wie Korngrenzen, Einschlüsse • Gitterverzerrung um Stufenversetzungen

Question 33

Wie beeinflusst eine niedrige Temperatur der Auslagerung den WS ?

Answer 33

• Ausscheidungen sind klein und zahlreich • dadurch wirksam gegen Versetzungsbewegungen • Festigkeitssteigerung

Question 34

Verfestigungsmechanismus bzw. Hörteverfahren bei räumlichen (3D) Gitterbaufehlern ?

Answer 34

Ausscheidungshärten

Question 35

Was wirkt sich beim Ausscheidugshärten Festigkeitssteigerung aus ?

Answer 35

Wechselwirkung zw. Versetzungen und Ausscheidungen

Question 36

Aus welchen beiden Schritten besteht das Ausscheidungshärten und was passiert ?

Answer 36

1) Lösungsglühung 2) Auslagerung Es entstehen viele kleine, feinst verteilte Ausscheidungen (Voraussetzung für Wirksamkeit)

Question 37

Zeichne das ZTA-Diagramm der Fe3P-Keimbildung

Answer 37

Question 38

Benenne die 4 Bereiche der Abbildung

Answer 38

Question 39

Was passiert nach der Versetzungskeimbildung mit übrigen zwangsgelösten Fremdatomen ?

Answer 39

Nach 10-Mal längerer Zeit bilden sich homogene Keime im Korninneren (Matrixkeimbildung)

Question 40

Warum sind Karbidausscheidungen auf Korngrenzen in manchen WS gefürchtet ?

Answer 40

Korrosionsbeständigkeit wird stark beeinträchtigt.

Question 41

Wie werden Ausscheidungen genannt, deren Atome im frühen Stadium noch ihre lokalen Bindungen behalten ?

Answer 41

Kohärent, Ausscheidungsvorgang kontinuierlich

Question 42

Was passiert wenn kohärente Ausscheidungen weiter durch Diffusion wachsen ?

Answer 42

• Lokale Bindung zu Matrix wird gestört • geringer Ausgleich durch Versetzung entlang Korngrenze • Kohärenz geht auf Dauer komplett verloren

Question 43

Wie werden die Zwischenzuständr von Kohärenz und Inkohärenz bezeichnet ?

Answer 43

Teilkohärent

Question 44

Welchen Effekt nutzt man für das Ausscheidungshärten ?

Answer 44

• Viele kleine kohärente Hindernisse behindern Versetzung erheblich mehr als wenige grobe inkohärente Teilchen

Question 45

Voraussetzungen Ausscheidungshärten ?

Answer 45

• mit sinkender Temperatur abnehmende Randlöslichkeit • Möglichkeit, lösungsgeglühten Zustand durch Abschreckung einzufrieren

Question 46

Was ist das Ziel des Auslagerungsglühen nach Lösungsglühen ?

Answer 46

Möglichst viele homogen keimende Ausscheidungen im Korninneren erzeugen

Question 47

Was wird durch das Auslagerungsglühen verbessert ?

Answer 47

Dehngrenze Rp0,2