Zusammenfassung der Ressource
3.Phasenumwandlungen
- Definition von Phasen
- Stabilität von Phasenzuständen
- Zustände eines thermodynamischen Systems
Anmerkungen:
- Arten von Gleichgewichtes in Legierungssystemen
- Beschreibung
Anmerkungen:
- Die Zustände eines thermodynamischen Systems können durch das thermodynamische Potenzial G in Abhängigkeit von den natürlichen Zustandsgrößen(z.b Temperatur , Druck ,Konzentration) beschrieben werden.
- thermodynamisches Potenzial G
- In Abhängigkeit von: natürliche Zustandsgrößen
- Temperatur
- Druck
- Konzentration ( Stoffmenge)
- Gibbs-Heimholz-Beziehung
- thermodynamisches Gleichgewicht
Anmerkungen:
- Def.: Das thermodynamische Gleichgewicht wird bei gegebener Temperatur und festen Druck durch das Minimum der freien Energie beschrieben
- Arten: analog zu mechanischen Gleichgewichten
- stabil
- metastabil
- labil
- eingefroren
- größte Bedeutung in der Werkstofftechnik
- Phasenumwandlung durch Erstarrung von Schmelzen
- 1) Keimbildung
Anmerkungen:
- - Zur Keimbildung muss Engerie aufgewendet werden(Keimbildungbarriere)
-Die Schmelze muss zum Einsetzen der Keimbildung unterkühlt werden
- homogene Keimbildung
- heterogene keimbildung
- energetisch begünstigt , da bereit Fremdkeime mit einer kritischen keimgröße existieren
- --> geringe Grenzflächenenergie
- 2) Kristallwachstum
Anmerkungen:
- -Abfuhr der freigestzten Erstarrungswärme ist gestalltbestimmend für das Kristallwachstum in der Schmelze
-Die Erstarrungswärme kann über den erstarrten kristall oder die Schmelze abgeführt werden
- Ebenes Kristallwachstum(globulares Gefüge)
- Erstarrungswärme wird über den Kristall abgeführt
- Unebenes Kristallwachstum(dendritisches Gefüge)
- Erstarrungswärme wird über die Schmelze abgeführt
- Phasumwandlungen im festen Zustand
- strukturelle Phasenumwandlung
- Diffusionsbestimmt (Entmischung)
- Kontinuierliche Entmischung
Anmerkungen:
- durch Bildung und Wachstumm individueller Keime im Gefüge
- Diskontinuierliche Entmischung
Anmerkungen:
- durch Bewegung einer Reaktionsfront bei der Entmischung, ausgehend von der Korngrenze
- Difffusionslos ("martensitisch")
Anmerkungen:
- - Die diffusionslose Umwandlung bezeichnet eine gleichgewichtsferne Umwandlung, bei der die Entmischungsvorgänge vollständig behindert sind(keine Diffusion)
- Eintypischer Vertreter dieser Umwandlung ist die sog. " martensitische Umwandlun", bei der es zu einem strukturellen Ohasenübergang zwischen verschiedenen Kristalmodifikationen kommt.
- Ausscheidungsbildung in Legierungen
- Stadien der Ausscheidungsbildung
- 1.Keimbildung
Anmerkungen:
- Für die Keimbildung in festen Phasen von Legierungen muss die Keimbildungsbarriere(Energiebarriere) überwunden werden
- ÜberwindungKeimbildungsbarriere durch Fluktuationen
- thermische
- kristallographische
- chemische
- homogene Ausscheidungsbildung
- heterogene Ausscheidungsbildung
Anmerkungen:
- - Im Gegensatz zur homogenen Ausscheidungsbildung findet die heterogene Ausscheidungsbildung bevorzugt an Gitterfehlstellen und Fremdkeimen statt.
- Die hetereogene Ausscheidungsbildung ist energetisch begünstigt , da bereits Fremdkeime mit einer kritischen Keimgröße existieren, d.h. es ist nur ein geringerer Beitrag zur Grenzflächenenergie erforderlich
- 2.Wachstumskinetik
Anmerkungen:
- Abbau der Matrix-Übersättigung
- treibende Kraft für das Wachstum ?
Anmerkungen:
- Diei treibende Kraft für das Wachstum der Ausscheidungen ist die Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts zwischen Auscheidungen und Matrix
- Wie lange wächst eine Ausscheidung?
Anmerkungen:
- Das Wachstum der Asuscheidungen erfolgt solange bis die Gleichgewichts-Konzentration zwischen Ausscheidungen und Matrix erreicht ist
- Welcher kinetische Mechanismus ist maßgebend?
Anmerkungen:
- Für das Wachstum von Ausscheidungen ist die Diffusion der ausscheidungsbildenden Atome maßgeblich
- Nach welchem Gesetz findet zeitliches Wachstum statt?
Anmerkungen:
- Das Wachstum der Asuscheidungen erfolgt nach einem parabolischen Wachstumsgesetzt für den Radius der Ausscheidung
- 3.Vergröberung
Anmerkungen:
- Umlösung von Teilchen, d.h. große Teilchen wachsen auf Kosten der kleineren Teilchen( Umlösungsprozess)
- Was versteht man unter Vergröberung in festen Phasen?
Anmerkungen:
- Unter dem Begriff Vergröberung versteht man das Wachstum von großen Teichen/Körnern auf Kosten von kleinen, d.h. die kleinen Teilchen/ Körner lösen sich auf (Umlösungsprozess)
- Was ist die treibende Kraft bei der Vergröberung?
Anmerkungen:
- Die treibende Kraft bei der Vergröberung ist die Minimierung der gesamten Phasengrenzfläche
- LSW-Theorie
- Was beschreibt die LSW- Theorie?
Anmerkungen:
- Die LSW-Theorie beschreibt die diffusionsgesteuerte Vergröberung von kugelförmigen Teilchen in einer homogenen Matrix
- Zu welchem Ergebnis kommt sie?
Anmerkungen:
- Nach der LSw-Theorie führt der Vergröberungsprozess stets zu einer stationären Größenverteilung der Teilchen, d.h. die Verteilung der Teilchengröße( Verteilungsform) ändert sich zeitlich nicht mehr
- Was ist charakteristisch bei der LSW-Verteilung hinsichtlich der Teilchengrößenverteilung?
Anmerkungen:
- In späten Stadien der Vergröberung entstehen "selbstähnliche" Teilchengrößenverteilungen
- Ausscheidung
Anmerkungen:
- Ausscheidungen in Metallen sind Cluster von Atomen, die sich in der Kristallstruktur und / oder der chemischen Zusammensetzung von der umgebenden Matrix unterscheiden.
- Arten der Grenzflächen
Anmerkungen:
- hinsichtlich des kristallografischen Überganges zwischen Ausscheidung und der einbettenden Matrix
- kohärent
- inkohärent
- semi-kohärent
- thermodynamisches Ungleichgewicht
- Kinetik von Phasenumwandlungen
- Keimbildungstheorie
- atomistische Sichtweise
- kontinuums-mechnanische Sichtweise
- Erläuterung mit Skizze
- Gesamtenergie der Keimbildung
- Freie Oberflächenenergie
Anmerkungen:
- Bei der Bildung eines Keimes ensteh eine Grenzfläche, wofür eine bestimmte Grenzflächen energie aufgebracht werden muss(positiver Beitrag)
- Frei Volumenenergie
Anmerkungen:
- Die Volumenenergie der neu gebildeten Phase ist temperaturabhängig, woduch bei einer Abkühlung immer Wärme freigesetzt wird(negativer Beitrag)
- durch Extremwerbildung aus dem Verlauf der Freien Gesamt-Energie
- "kritischer Keimbildungsradius"
- "kritische Keimbildungsenergie"
- Keimbildungrate
Anmerkungen:
- Die Keimbildungsrate J beschreibt , wie viele neue Keime pro Volumen- und Zeiteinheit gebildet werden.
- Abhängig von:
- exponentiell von der krit. Keimbildungernergie
- Temperatur ( Unterkühlung)
- Einfluss auf keimbildungsprozess
- Fall 1: geringe Unterkühlung
Anmerkungen:
- Bei geringer Treibkraft werden wenige, weit voneinander entfernte keime gebildet--> es ein grobkörniges Gefüge
- Fall 2: deutlich größere Unterkühlung
Anmerkungen:
- Bei hoher Treibkraft werden viele, eng beieinander liegende Keime gebildet --> es entsteht ein feinkörniges Gefüge