WK1 L__B17 - Zustandsdiagramme Flashcards
(47 cards)
Wovon hängt der Zustand eines Stoffes i.d.R. ab?
- Druck<div>- Temperatur</div>
Wie sieht das Zustandsdiagramm von reinem Eisen aus und welche Besonderheiten kann man ablesen?
“<div>- Man erkennt deutlich den Übergang ins kfz Gitter bei etwa 900° und den Wechsel zurück zu krz bei ca. 1300°</div><div>- Eisen kann auch als hex-Gitter kristallisieren, dies passiert allerdings erst ab absurd hohen Drücken</div><img></img>”
Wieso verwendet man im Maschinenbau i.d.R. keine Druck-Temperatur-Diagramme und was für einen Diagrammtyp benutzt man stattdessen?
- Technische Werkstoffe werden i.d.R. in einem kleinen Druckbereich eingesetzt<div>- Viel interessanter ist das Verhalten wenn man eeinen Stoff legiert, d.h. kontrolliert Fremdatome einsetzt</div><div>- Man verwendet daher <b>Temperatur-Zusammensetzungs-Diagramme</b></div>
Woraus besteht ein Legierungssystem und welche Vereinfachung wird im Skript getroffen?
- Ein Legierungssystem besteht aus Komponenten, d.h. Elementen oder stöchiometisch zusammengesetzte intermetallischen Phasen (Bsp. Fe-Fe3C)<br></br><div>- Es werden nur Zweistoffsysteme betrachtet</div><div>- Die Dampfphase wird vernachlässigt, da sie bei technisch uninteressant hohen Temperaturen liegt</div>
Welche Angaben sind nötig um eine Phase eindeutig zu definieren?
- Aggregatzustand<div>- Kristallsystem bei Festkörpern (z.B. kfz oder krz)</div>
Wodurch zeichnen sich Phasenumwandlungen aus?
- Stets durch experimentell erfassbare Eigenschaftsänderungen messbar
Was ist die Differentialthermoanalyse?
”- Messung von Knick- und Haltepunkten von Aufheiz und Abkühlkurven<div>- Bei Phasenumwandlungen kommt es zu Reaktionswärme</div><div>- Reinstoffe liefern Haltepunkte mit konstanter Temperatur beim Aufheizen und Abkühlen</div><div>- Mit zunehmender Legierung ändern sich die Kurven</div><div><br></br></div><div><img></img></div><div><img></img></div>”
Was zeichnet Umwandlungen im festen Zustand aus?
”- Es kommt zu massiven Umordnungen des Kristallgitters<div>- Dies verändert die Gitterparameter und die Packungsdichte</div><div>- Beides kann sehr genau vermessen werden:</div><div> - Gitterparameter: Röntenstrahlung</div><div> - Packungsdichte: Wärmeausdehnungskurve</div><div><br></br></div><div>- Umwandlung von krz zu kfz: Elementarzelle wird größer, Packungsdichte steigt d.h. das Volumen sinkt</div><div><br></br></div><div><img></img><img></img></div>”
Welche Anforderung muss die Methode zur Aufstellung eines Zustandsdiagramm erfüllen?
- Anwendbarkeit über den gesamten Messbereich<div>- Gute Auflösung auch bei kleinen Änderungen</div><div><br></br></div><div>–> z.B. die Messung der elektrischen Leitfähigkeit</div>
Welche Methode gibt es noch neben der experimentellen zur Ermittlung von Zustandsdiagrammen und wann wird diese angewandt?
- Berechnung mittels komplexer thermodynamischer Zusammnhänge<div>- Je komplexer das System, desto mehr Sinn macht eine Berechnung</div><div>- Wird für polystoffliche Systeme verwendet</div>
Was für Informationen kann man aus einem Zustandsdiagramm gewinnen?
- Temperatur- und Konzentrationsabhängigkeit der Phasengrenzlinien eines Legierungssystems<div>- Wärmebehandelbarkeit und Temperaturführung im Herstellungsprozess</div><div>- Kristallgitter liefert Hinweise auf Versprödungseffekte unter Betriebsbedingungen</div><div>- Aussage über chem. Zusammensetzung einzelner Phasen und über den Ablauf der Erstarrung aus der Schmelze</div>
Welche drei Varianten der Löslichkeit gibt es?
“1.) Vollständige Löslichkeit, es entsteht eine homogene Lösung (somit 1 Phase)<div><img></img></div><div><br></br></div><div>2.) Begrenzte Löslichkeit, es entsteht eine gesättigte Lösung und eine feste Phase (somit 2 Phasen)</div><div><img></img></div><div>3.) Unlöslichkeit, es entstehen zwei separate Phasen (somit 2 Phasen)</div><div><img></img></div>”
Welche Formen der Löslichkeit gibt es bei Metallen?
- Es gibt alle 3 Varianten, d.h. Vollständige Löslichkeit, Begrenzte Löslichkeit und Unlöslichkeit<div>- Diese gibt es sowohl in der Schmelze, als auch im erstarrten Zustand</div><div>- Metalldämpfe sind immer vollständig ineinander löslich</div>
Welchen Unterschied gibt es beim Schmelzverhalten von einem Reinmetall und einer Legierung?
”- Reinmetall: Während einer Erstarrung wird die Gitterenergie als Wärme frei, während des Schmelzens wird weitere Energie zur Aufhebung der Gitterenergie benötigt; die Temperatur bleibt konstant und es bildet sich ein Haltepunkt im Temperatur-Zeit-Diagramm aus<div><br></br></div><div><div>- Legierung: Aufgrund der unterschiedlichen Stoffe ergibt sich ein Schmelzen über ein Temperaturintervall, die Schmlezwäre wird proportional zum kristallisierenden Feststoffanteil frei und es ergebn sich zwei mehr oder weniger ausgeprägte Knickpunkte im Temperatur-Zeit-Diagramm</div></div><div><br></br></div><div><img></img></div>”
Was ist die Liquidus- bzw. Soliduslinie?
”- Liquiduslinie: Trennt flüssiges gegenüber fest und fest+flüssig<div>- Soliduslinie: Trennt festes gegenüber flüssig und flüssig+fest</div><div><img></img></div>”
Wann nennt man ein System isomorph und welche Systeme neigen zu Isomorphismus?
- Vollständige Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand<div>- Tritt auf wenn:</div><div> - Gleicher Gittertyp</div><div> - Neigung zu Verbindungsbildung</div><div> - Atomradiendifferenz < 15 %</div>
Was muss während eines Schmelzvorganges immer gelten und welche Rechnung lässt sich dadurch aufstellen?
- Die Massenerhaltung<div><br></br></div><div>[$$]c_0 = x \cdot c_1 + (1-x) \cdot c_2[/$$]</div><div><br></br></div><div>[$$]x=\frac{c_0 - c_2}{c_1 -c_2}[/$$]</div><div><br></br></div><div>- x: Menge Schmelze</div><div>- (1-x): Menge an ausgeschiedenen Kristallen</div><div>- c1: Konzentration Schmelze</div><div>- c2: Konzentration Kristalle</div>
Was ist ein eutektisches Gefüge?
Ein meist sehr feines Kristallgemisch, das aus mindestens zwei verschiedenen Kristallen aufgebaut ist. Dies können reine A- und B-Kristalle, aber auch Mischkristalle sein
Woran erkennt man ein eutektische Systeme?
”- Im Zustandsdiagramm ist ein sog. <b>Eutektikum</b> zu finden<div>- Treffpunkt der unstetigen Liquiduslinie mit der waagerechten Soliduslinie (Eutektikalen) im sog. <b>eutektischen Punkt</b><div>- Eutektikum erstarrt in einem Haltepunkt</div></div><div>- Die eutektische Legierung mit der Konzentration cEhat einen besonders niedrigen Schmelzpunkt</div><div><img></img></div>”
Was ist untereutektisch, eutektisch und übereutektisch?
”- Untereutektisch: Es ist mehr A vorhanden, deswegen scheiden sich zuerst große A- oder Mischkristalle aus, bevor der Rest isotherm zu einem eutektischen Gemenge erstarrt (a)<div>- Der eutektische Punkt wird getroffen, sämtliche Schmelze erstarrt in einem Haltepunkt (b)</div><div>- Übereutektisch:Es ist mehr B vorhanden, deswegen scheiden sich zuerst große B- oder Mischkristalle aus, bevor der Rest isotherm zu einem eutektischen Gemenge erstarrt (c)</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”
Wie sieht ein Zustandsdiagramm von zwei Stoffen aus, die begrenzt ineinander löslich sind?
”- Links und rechts entstehen Mischkristalle, sog. Randlöslichkeiten<div>- Mit abnehmender Temperatur sinkt i.d.R. auch die Fähigkeit Fremdatome ins Gitter einzubauen</div><div>- Hier erkennt man ebenfalls den eutektischen Punkt</div><div><img></img></div>”
Was ist die sog. peritektische Reaktion?
”- Schmelze und Mischkristall reagieren beim Abkühlen zu einem anderen Mischkristall<div>- Erkenntlich am sog. peritektischen Punkt, hier Punkt 2</div><div>- Die waagerechte Linie wird auch Peritektikale genannt</div><div><img></img></div><div><br></br></div>”
Welche Stoffkombinationen neigen verstärkt zu peritektischen Reaktionen?
Kombinationen mit großen Schmelztemperaturunterschieden
Was ist der Unterschied zwischen Eutektikum und Peritektikum?
- Eutektische Erstarrung: Schmelze zerfällt in verschiedene Mischkristallarten<div><br></br></div><div>[$$]S \Rightarrow \alpha + \beta[/$$]</div><div><br></br><div>- Peritektische Reaktion: Schmelze und Mischkristall reagieren zu einem anderen Mischkristall</div></div><div><br></br></div><div>[$$]S + \beta \Rightarrow \alpha[/$$]</div>
