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Zustandsdiagramme - Herleitung

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Interessant ist auch die Herleitung bzw. die Erstellung von Zustandsdiagrammen für Zweistoffsysteme, da es uns hilft die Diagramme zu verstehen.

Entscheidend ist, dass die Schmelze eines Zweistoffsystems – also einer Legierung – nicht genauso Erstarrt wie ein Einstoffsystem. Beim Einstoffsystem haben wir gelernt, dass die Temperatur bis zum vollständigen Abschluss der Erstarrung konstant bleibt, da das Metall seine gespeicherte Wärme bei diesem Prozess nach außen abgibt.
Bei einer Legierung wird diese latente Wärme beim Erstarren der Schmelze ebenso abgegeben. Hier reicht die Energie jedoch nicht, um die Temperatur konstant zu halten – d.h. die Temperatur des Systems fällt beim Erstarrungsprozess kontinuierlich ab.

Die Abkühlkurve eines Einstoffsystems unterscheidet sich somit deutlich von der einer Legierung. Die Abkühlkurve fällt hier weniger steiler ab. Außerdem ändert sich die Abkühlkurve auch bei unterschiedlicher Konzentration der Komponenten (Masseprozent-Anteile der Komponenten).

Aus diesen verschiedenen Kurven ergibt sich das bereits beschriebene Zustandsdiagrammen eines Zweistoffsystems. Dieses zeigt den Zustand des Systems in Abhängigkeit von der Temperatur und der Konzentration der Komponenten.
In den Extrempunkten liegt einmal die Komponente A zu 100% vor, auf der anderen Seite die Komponente B zu 100%. Im Raum dazwischen ergeben sich unterschiedliche Bereiche, in denen die Legierung flüssig, fest oder flüssig+fest sein kann und sich unterschiedliche Mischkristalle bilden.

Im Folgenden ist ein Beispiel für die Herleitung eines Zustandsdiagramms zu sehen. Das Zustandsdiagramm wird dabei mit Hilfe unterschiedlicher Abkühlkurven des Systems hergeleitet (Kurven 1., 2., 3. und 4.). Für unterschiedliche Legierungen des selben Zweistoffsystems – also für unterschiedliche prozentuale Zusammensetzungen der beiden Komponenten – ergeben sich auch unterschiedliche Abkühlkurven. Die Knickpunkte der Abkühlkurven – das sind die Bereiche in denen die Schmelze erstarrt – werden in das Zustandsdiagramm übertragen und definieren darin die Solidus- und Liquiduslinie.

Herleitung Zustandsdiagramm

Das Bild unten zeigt ein weiteres Beispiel für die Herleitung eines Zustandsdiagramms.

Herleitung Zustandsdiagramm

Die wichtigsten Zustandsdiagramme werden nach der Löslichkeit ihrer Komponenten im festen Zustand unterschieden. Mehr hierzu im folgenden Werkstofftechnik-Skript.

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