MMC_WT1_Legierungsbildung
Werkstofftechnik - WT1, bei G. Peikert, Maschinentechnik an der ZHAW
Werkstofftechnik - WT1, bei G. Peikert, Maschinentechnik an der ZHAW
Was sind die Ziele der Legierungsbildung?
Erhöhung der Festigkeit
Steigerung des Korrosionswiderstandes
Steigerung des Verschleisswiderstandes
Beispiel Stahl: Zulegieren von Cr, Mo, V, Ni, Mn
Aus was bestehen Legierungen?
Material aus mindestens zwei Elementen, eines davon metallisch.
Basismetall (metallisch)
Legierungselement LE (metallisch oder nicht-metallisch)
Zum Beispiel Bronze, Messing, Aluminiumlegierungen, Stahl, Lote, ...
Was zeichnet eine Phase einer Legierung aus?
kristallographisch einheitliche Struktur
chemisch homogener Bereich
Zum Beislpiel Schmelze, Kristallsorte, Mischkristall, intermetallische Verbindung
Was ist der unterschied zwischen einer homogenen und einer heterogenen Legierung?
homogene Legierung: nur eine Phase (Kristallart), z.B. 100% ferritisches Gefüge
heterogene Legierung: mehrere Phasen, z.B. ferritisch-austenitisches Gefüge
Auf welche zwei Arten können sich Atome in einem Mischkristall lösen?
Substitution anderer Atomen (Substitutionsmischkristall)
Einlagerung zwischen Atomen (Einlagerungsmischkristall)
Was sind die Vorraussetzungen für eine vollkommene Löslichkeit eines Substitutionsmischkristalls?
beide Komponenten haben den gleichen Gittertyp
Atomdurchmesser sind etwa gleich gross, D1/D2 = 0.86 ... 1.0
Im Regelfall liegt beschränkte Löslichkeit vor. Anordnung der Fremdatome meist unregelmässig.
Beispiele: Cu - Au, alpha-Fe - Cr, delta-Fe - Ni
Was ist die Vorraussetzung für ein Einlagerungsmischkristall?
Atome einer Komponente sitzen auf Zwischengitterplätzen
eingelagerte Atome sind sehr viel kleiner als die Wirtsgitteratome: D1/D2 < 0.58
Wie ist die Löslichkeit im festen und flüssigen Zustand im diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen unlöslich
fest: vollkommen unlöslich
Beispiel: Fe-Pb
Wie ist die Löslichkeit im festen und im flüssigen Zustand in diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen löslich
fest: vollkommen löslich
Beispiel: Cu-Ni
Wie ist die Löslichkeit im festen und im flüssige Zustand in diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen löslich
fest: vollkommen unlöslich
Beispiel: Bi-Cd (Wismut-Cadmium)
Wie ist die Löslichkeit im festen und im flüssigen Zustand diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen löslich
fest: teilweise löslich
Beispiele: Fe-C, Pb-Sn, Al-Cu
Was ist ein Mischkristall?
Ein Mischkristall besteht aus einer Phase, die wiederum aus einem Substitutionsmischkristall oder einem Einlagerungsmischkristall besteht. Die Komponenten in einem Mischkristall sind löslich.
Beispiele: alpha-Fe, delta-Fe
Was ist ein Kristallgemisch?
Ein Kristallgemisch setzt sich aus mehreren Kristallen zusammen, die untereinander nicht löslich sind.
Beispiel: Fe-Pb
Was sind die Eigenschaften eines Eutektikums?
Niedrigst schmelzender Gefügeanteil
An dieser Stelle gibt es ein Schmelzpunkt und kein Schmelzbereich
Es ist der Übergang von flüssig zu fest
Das Eutektikum ist ein Kristallgemisch
Beispiel: Ledeburit im Fe-C-Diagramm
Was ist ein Eutektoid?
Ein Mischkristall, der entsteht, wenn sich der Gittertyp ändert. Der umschlag geschiet bei einem Temperaturpunkt, nicht in einem Temperaturbereich.
Ein Eutektoid entsteht beim Übergang fest zu fest.
Beispiel: Perlit im Fe-C-Diagramm
Was ist der eutektische Punkt?
Schnittpunkt von Liquidus- und Soliduslinie.
Was ist eine eutektische Reaktion?
eine Schmelze geht beim Schmelzpunkt in zwei feste Phasen über.
Was sind die Vorteile vom Eutektikum?
Gute Giessbarkeit:
+ kein Erstarrungsintervall
+ feinkörnig
+ tiefer Schmelzpunkt
Verwendungen: Weichlot (PbSn60), Aluminiumgusslegierung (AlSi12), Gusseinsen (Fe mit 3...4% C), Silberlot (CuAg45)
Was ist Perlit? Wo im Fe-C-Diagramm entsteht es? Wie sieht sein Gefüge aus?
Was: Eutektoid, setzt sich zusammen aus Fe und Fe3C (Zementit)
Wo: bei 0.8 % C und 723 °C (100% Perlit im Gefügebild)
0.02% bis 4.3% C und von 0 bis 723 °C sind Perlitphasen vorhanden.
Gefüge: Fe und Fe3C sind feinlamelar angeordnet
Was ist eine intermetallische Phase?
Eine Kristallsorte, die bei bestimmten Metall-Gemischen auftreten. Sie stelllt eine Verbindung der Komponenten dar. Die Verbindungen sind ungefähr stöchiometrisch.
Beispliele: CuZn, Cu5Zn8, Al2Cu, Mg2Si, Fe3C (Zementit)
Was sind die Eigenschaften von intermetallischen Phasen und für was werden sie verwendet?
Eigenschaften: spröd und hart
Verwendung: Festigkeitssteigerung in Legierungen, z.B. aushärtbares Aluminium: AlCuMg2 (2024), AlMgSi1 (6082)
Beispiel Cu-Zn-Diagramm (Messinge):
Geringer Zn-Gehalt: gut verformbar
hoher Zn-Gehalt: hohe Festigkeit dank intermetallischer Phasen
zu hoher Zn-Gehalt: zu spröd, nicht mehr brauchbar
Wie unterschieden sich ein Eutektikum und ein Eutektoid?
Eutektikum: beim Abkühlen entstehen aus einer Schmelze zwei feste Phasen
Eutektoid: beim Abkühlen entstehen aus einer festen Phase zwei feste Phasen
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Was sind die Ziele der Legierungsbildung?
Erhöhung der Festigkeit
Steigerung des Korrosionswiderstandes
Steigerung des Verschleisswiderstandes
Beispiel Stahl: Zulegieren von Cr, Mo, V, Ni, Mn
Aus was bestehen Legierungen?
Material aus mindestens zwei Elementen, eines davon metallisch.
Basismetall (metallisch)
Legierungselement LE (metallisch oder nicht-metallisch)
Zum Beispiel Bronze, Messing, Aluminiumlegierungen, Stahl, Lote, ...
Was zeichnet eine Phase einer Legierung aus?
kristallographisch einheitliche Struktur
chemisch homogener Bereich
Zum Beislpiel Schmelze, Kristallsorte, Mischkristall, intermetallische Verbindung
Was ist der unterschied zwischen einer homogenen und einer heterogenen Legierung?
homogene Legierung: nur eine Phase (Kristallart), z.B. 100% ferritisches Gefüge
heterogene Legierung: mehrere Phasen, z.B. ferritisch-austenitisches Gefüge
Auf welche zwei Arten können sich Atome in einem Mischkristall lösen?
Substitution anderer Atomen (Substitutionsmischkristall)
Einlagerung zwischen Atomen (Einlagerungsmischkristall)
Was sind die Vorraussetzungen für eine vollkommene Löslichkeit eines Substitutionsmischkristalls?
beide Komponenten haben den gleichen Gittertyp
Atomdurchmesser sind etwa gleich gross, D1/D2 = 0.86 ... 1.0
Im Regelfall liegt beschränkte Löslichkeit vor. Anordnung der Fremdatome meist unregelmässig.
Beispiele: Cu - Au, alpha-Fe - Cr, delta-Fe - Ni
Was ist die Vorraussetzung für ein Einlagerungsmischkristall?
Atome einer Komponente sitzen auf Zwischengitterplätzen
eingelagerte Atome sind sehr viel kleiner als die Wirtsgitteratome: D1/D2 < 0.58
Wie ist die Löslichkeit im festen und flüssigen Zustand im diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen unlöslich
fest: vollkommen unlöslich
Beispiel: Fe-Pb
Wie ist die Löslichkeit im festen und im flüssigen Zustand in diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen löslich
fest: vollkommen löslich
Beispiel: Cu-Ni
Wie ist die Löslichkeit im festen und im flüssige Zustand in diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen löslich
fest: vollkommen unlöslich
Beispiel: Bi-Cd (Wismut-Cadmium)
Wie ist die Löslichkeit im festen und im flüssigen Zustand diesem Diagramm?
flüssig: vollkommen löslich
fest: teilweise löslich
Beispiele: Fe-C, Pb-Sn, Al-Cu
Was ist ein Mischkristall?
Ein Mischkristall besteht aus einer Phase, die wiederum aus einem Substitutionsmischkristall oder einem Einlagerungsmischkristall besteht. Die Komponenten in einem Mischkristall sind löslich.
Beispiele: alpha-Fe, delta-Fe
Was ist ein Kristallgemisch?
Ein Kristallgemisch setzt sich aus mehreren Kristallen zusammen, die untereinander nicht löslich sind.
Beispiel: Fe-Pb
Was sind die Eigenschaften eines Eutektikums?
Niedrigst schmelzender Gefügeanteil
An dieser Stelle gibt es ein Schmelzpunkt und kein Schmelzbereich
Es ist der Übergang von flüssig zu fest
Das Eutektikum ist ein Kristallgemisch
Beispiel: Ledeburit im Fe-C-Diagramm
Was ist ein Eutektoid?
Ein Mischkristall, der entsteht, wenn sich der Gittertyp ändert. Der umschlag geschiet bei einem Temperaturpunkt, nicht in einem Temperaturbereich.
Ein Eutektoid entsteht beim Übergang fest zu fest.
Beispiel: Perlit im Fe-C-Diagramm
Was ist der eutektische Punkt?
Schnittpunkt von Liquidus- und Soliduslinie.
Was ist eine eutektische Reaktion?
eine Schmelze geht beim Schmelzpunkt in zwei feste Phasen über.
Was sind die Vorteile vom Eutektikum?
Gute Giessbarkeit:
+ kein Erstarrungsintervall
+ feinkörnig
+ tiefer Schmelzpunkt
Verwendungen: Weichlot (PbSn60), Aluminiumgusslegierung (AlSi12), Gusseinsen (Fe mit 3...4% C), Silberlot (CuAg45)
Was ist Perlit? Wo im Fe-C-Diagramm entsteht es? Wie sieht sein Gefüge aus?
Was: Eutektoid, setzt sich zusammen aus Fe und Fe3C (Zementit)
Wo: bei 0.8 % C und 723 °C (100% Perlit im Gefügebild)
0.02% bis 4.3% C und von 0 bis 723 °C sind Perlitphasen vorhanden.
Gefüge: Fe und Fe3C sind feinlamelar angeordnet
Was ist eine intermetallische Phase?
Eine Kristallsorte, die bei bestimmten Metall-Gemischen auftreten. Sie stelllt eine Verbindung der Komponenten dar. Die Verbindungen sind ungefähr stöchiometrisch.
Beispliele: CuZn, Cu5Zn8, Al2Cu, Mg2Si, Fe3C (Zementit)
Was sind die Eigenschaften von intermetallischen Phasen und für was werden sie verwendet?
Eigenschaften: spröd und hart
Verwendung: Festigkeitssteigerung in Legierungen, z.B. aushärtbares Aluminium: AlCuMg2 (2024), AlMgSi1 (6082)
Beispiel Cu-Zn-Diagramm (Messinge):
Geringer Zn-Gehalt: gut verformbar
hoher Zn-Gehalt: hohe Festigkeit dank intermetallischer Phasen
zu hoher Zn-Gehalt: zu spröd, nicht mehr brauchbar
Wie unterschieden sich ein Eutektikum und ein Eutektoid?
Eutektikum: beim Abkühlen entstehen aus einer Schmelze zwei feste Phasen
Eutektoid: beim Abkühlen entstehen aus einer festen Phase zwei feste Phasen
