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Zustandsdiagramme - Unterscheidung

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Die wichtigsten Zustandsdiagramme werden nach der Löslichkeit ihrer Komponenten im festen Zustand unterschieden. Es gibt demnach folgende Zustandsdiagramme:

Komponenten sind völlig Löslich

Dies ist der Einfachste Fall für ein Zustandsdiagramm eines Zweikomponenten-Systems. Beide Komponenten der Legierung sind hier im festen als auch im flüssigen Zustand voll löslich.
Die reinen Metalle – also wenn 100% der Komponenten A bzw. B vorliegt – erstarren in einem Haltepunkt bei konstanter Temperatur. Die Legierungen der beiden Komponenten erstarren bei abnehmender Temperatur, was man im Diagramm an einer Zone erkennen kann, in der über einen bestimmten Temperaturbereich sowohl Kristalle als auch Schmelze vorliegen.

Komponenten sind nicht löslich

Bei Komponenten, die im flüssigen Zustand löslich, im festen Zustand jedoch nicht löslich sind, sieht das Zustandsdiagramm völlig anders aus. Hier erstarren die beiden Komponenten nur in einem bestimmten Punkt (= bestimmtes Mischungsverhältnis) zu einem feinkristallinen Kristallgemisch, das man in der Werkstofftechnik als Eutektikum bezeichnet.
Bei anderen Mischungsverhältnissen kristallisiert zunächst die überwiegende Komponente (A bzw. B). Wenn die Schmelze erstarrt ist liegen ausschließlich A- und B-Kristalle vor, also keine Mischkristalle.

Komponenten sind begrenzt löslich

Wenn die Komponenten einer Legierung im festen Zustand nur begrenzt löslich sind, entsteht ein System mit Mischungslücken. Bei diesem System entsteht ein Gebiet, in dem beide Mischkristallarten (α + β) vorliegen. Dieser Bereich wird Mischungslücke genannt. Bei bestimmten Konzentrationen und Temperaturbereichen liegen nur α-Mischkristalle bzw. nur β-Mischkristalle mit bzw. ohne Schmelze vor. Das eutektische Gefüge entsteht bei konstanter Temperatur.

  • α Mischkristalle, sind Mischkristalle, die ein Grundgitter aus A-Atomen haben, mit einer begrenzten Anzahl an B-Atomen
  • β Mischkristalle, sind Mischkristalle, die ein Grundgitter aus B-Atomen haben, mit einer begrenzten Anzahl an A-Atomen

Ein besonderer Effekt setzt ein, wenn die Atombeweglichkeit noch Diffusion ermöglicht. Wenn nun die Temperatur weiter sinkt, scheidet die übersättigte β-Phase A-Atome in Form von α-Mischkristallen aus.

Peritektikum

Das Peritektikum ist ein Art Entmischung, die bei einigen Metall-Legierungen vorkommt. Typisch für peritektische Legierungen ist der Große Unterschied zwischen Schmelz- und Erstarrungstemperaturen.
Die peritektische Reaktion läuft wie folgt ab: Bei sinkender Temperatur bilden sich α-Kristalle, welche bei konstanter Temperatur mit der Schmelze reagieren und dabei β-Kristalle bilden. Die β-Kristalle lagern sich dabei um die α-Kristalle, daher die Bezeichnung Peritektikum (peri = darum herum).

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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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