Kapitel 3 Flashcards
Was ist eine Phase?
Eine Phase ist ein homogener Bestandteil eines stöfflichen Systems; Abgegrenzte Volumina mit sich (annähernd) gleichen chemischen und physischen Eigenschaften. (Ein stoffliches System kann auch aus einer Phase bestehen)
Nennen Sie Phasenbeispiele für Fe-Basis Werkstoffe
Vermutung: Flüssig, fest, Verbindungsphasen
Nennen und erläutern Sie Zustände in einem mechanischen/thermodynamischen System
Die Zustände sind Ungleichgewicht, labiles Gleichgewicht, indifferentes GGW, Metastabiles GGW und stabiles GGW. Für das labile Gleichgewicht klappt das System bei der geringsten Störung ins stabile oder metastabile System um. Beim indifferenten GGW ist das Potential überall gleich und bei einer kleinen Störung bleibt das System auf dem selben Potential, aber auf einer neuen Stelle. Beim metastabilen GGW wird durch Zuführen von viel Energie das stabile Gleichgewicht herbeigeführt. Im stabilen GGW passiert im Wesentlichen nichts. Eine kleinere Auslenkung in jede Richtung führt wieder zum stabilen GGW zurück.
Was ist Enthalpie?
Die Enthalpie H ist eine thermodynamische Zustandsgröße. Sie bezeichnet die abgegebene bzw. aufgenommene Wärmeenergie eienr Reaktion in kJ. Zur Beurteilung verschiedener Zustände (und Änderungen) werden die freien Enthalpiedifferenzen betrachtet. Für einen Prozess der von alleine abläuft, also Energie freisetzt, ist die freie Enthalpiedifferenz G < 0.
Was ist Entropie?
Die Entropie S ist als Maß für die innere Stabilität zu verstehen. Je größer der Wert von S, desto stabiler ist das System. Je kleiner der Wert von S, desto eher treten spontane Veränderungen auf. Jede Zustandsänderung ändert auch die Entropie.
Erläutern Sie das “Freie Enthalpie-Temperatur-Diagramm” für zwei Phasen die eine Umwandlung durchführen.
Seite 4, PDF #2.
Für das Ablaufen einer Phasenumwandlung muss gelten: Delta G < 0, also die freie Enthalpiedifferenz muss kleiner als Null sein. Wenn man von Phase 1 in Phase 2 überlaufen will, so muss gelten Delta G = G2 - G1 und das wird dann Null, sobald G1 größer als G2 ist, also ab dem Schnittpunkt. Deswegen ist Phase 1 bzw. Zustand 1 vor dem Schnittpunkt und Phase 2 bzw. Zustand 2 nach dem Schnittpunkt stabil.
Beschreiben Sie die Sequenz einer Phasenneubildung
(Phasenneubildungen sind lokalisierte Ereignisse, die von Keimen ausgehen)
Sequenz:
- Keime: Entstehen über lokalisierte thermische Schwankungen
- Wachstum: Keime sind noch nicht stabil und können wieder aufgelöst werden
- kritische Größe: “Keime”
- Keimwachstum: Leitet Phasenumwandlung ein
Welche Arten von Keimbildung kennen Sie?
Es gibt die homogene Keimbildung, bei der die Keime statistisch im gesamten Volumen verteilt sind und die heterogene Keimbildung, bei der sich Keime an:
Verunreinigungen, Gitterstörungen des Austenits, Versetzungen und Korngrenzen lokalisieren.
Erläutern Sie die Keimbildung auf Basis der Änderung der freien Enthalpie G
Oberhalb der Schmelztemperatur ist der Keim grundsätzlich instabil, das heißt er löst sich schneller wieder auf, als er wachsen kann. (Anmerkung von mir: Macht ja auch Sinn, sonst würde das Material fest werden und schmelzen und festwerden und schmelzen und beides irgendwie gleichzeitig, weil Keimbildung das Erstarren vorantreibt). Bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes gibt es zwar eine treibende Kraft, die ein Wachstum des Keimes forder, aber durch thermische Fluktuationen kommt es auch hier zu Auflöseprozessen, die den Keim verkleinern. Ein Keim gewinnt Volumenenergie aufgrund der Tatsache, dass das Volumen des Keimes eine geringere frei Enthalpie als die umgebende Schmelze aufweist. Die freie Enthalpie des Keimes nimmt aber erst ab einem kritischen Radius ab. Erst größere Keime haben im Vergleich mit der Umgebung eine positive Energiebilanz und wachsen weiter. Dieser Potentialwall, der überwunden werden muss um Keimwachstum zu stabilisieren, nennt man Keimbildungsarbeit. Sie entspricht der Aktivierungsenergie für die Keimbildung, die durch thermische Fluktuationen aufgebracht werden muss. Damit hängen Delta G_K und r* empfindlich von der Überschreitung der Keimbildungsarbeit ab.
