 Page 2
Die Phasenumwandlungen in Stählen lassen sich mit denen von Mischkristall-Legierungen (völlig löslich) und Kristallgemisch-Legierungen (völlig unlöslich) vergleichen. Die untere Abbildung zeigt die Stahlecke des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms des metastabilen Systems. Bei genauer der Betrachtung der Umwandlungslinien unterhalb der Soliduslinie, zeigt sich das für Kristallgemischlegierungen typisch liegende „K“. Und tatsächlich können die Phasenumwandlungen des erstarrten Stahls in Analogie zu einer Kristallgemischlegierung betrachtet werden, bei der die beteiligten Komponenten im festen Zustand unlöslich sind. Schließlich ist bei Raumtemperatur der Kohlenstoff im Eisengitter ja ebenfalls (nahezu) unlöslich und es handelt sich somit im Prinzip um eine Kristallgemischlegierung. Auf die Analogie beider Phasendiagramme sowie deren Unterschiede wird im Folgenden näher eingegangen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Phasendiagrammen besteht darin, dass sich die Umwandlungsprozesse im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm nicht im flüssigen Zustand, sondern im festen Zustand vollziehen. Aus diesem Grund unterscheidet man auch die Begrifflichkeiten Eutektikum („aus der Schmelze entstehend“) und Eutektoid („aus dem festen Zustand entstehend“). Während die A/B-Kristallgemischlegierung zunächst als homogene Schmelze (\(Sm\)) vorliegt, liegt der Stahl zunächst ebenfalls einphasig in Form des homogenen Mischkristalls Austenit (\(Au\)) vor. Es handelt sich dabei jeweils um Einphasengebiete, da lediglich die Phase Schmelze bzw. Austenit vorliegt. Schließlich scheiden sich bei untereutektischen A/B-Legierungen nach Unterschreiten der entsprechenden Phasenlinie A-Primärkristalle aus (\(A_{Pk}\)), während sich bei untereutektoiden Stählen Ferrit (\(Fe\)) ausscheidet. Es handelt sich dabei jeweils um Zweiphasengebiete. Beachte, dass sich jeweils diejenigen Komponenten ausscheiden, die ganz links der Konzentrationsachse aufgetragen sind, d.h. der Reinstoff \(A\) bzw. Reineisen \(Fe\). Umgekehrt scheiden sich bei übereutektischen Legierungen B-Primärkristalle (\(B_{Pk}\)) aus und bei übereutektoiden Stählen Zementit (\(Ze\)). Auch dabei handelt es sich letztlich wiederum um jene Komponenten die entsprechend ganz rechts der Konzentrationsachse aufgetragen sind. Beachte, dass das Phasendiagramm des Stahls bei 2,06 % Kohlenstoff abgebrochen wurde. Normalerweise endet das Phasendiagramm auf der rechten Seite mit 100 % Zementit (im Abschnitt hier mehr dazu). Für untereutektische Legierungen reichert sich die Restschmelze durch die Ausscheidung der A-Primärkristalle mit B-Atomen an, bis schließlich die eutektische Zusammensetzung erreicht ist. Auf die analoge Weise wird durch die Ausscheidung von Ferrit der Restaustenit bis zur eutektoiden Zusammensetzung mit C-Atomen angereichert. Umgekehrt führt bei übereutektischen Legierungen die Ausscheidung von B-Primärkristallen in der Restschmelze zur Senkung der B-Konzentration bis auf die eutektische Zusammensetzung. In Analogie hierzu scheidet sich bei übereutektoiden Stählen solange Zementit an den Korngrenzen aus, bis der Kohlenstoffgehalt im Restaustenit auf die eutektoide Zusammensetzung gesunken ist. Sowohl bei der A/B-Kristallgemischlegierung als auch bei Stählen vollziehen sich diese Ausscheidungsprozesse innerhalb des Zweiphasengebietes in einem Knickpunkt. Bei Erreichen der eutektischen Zusammensetzung in der Restschmelze wandelt sich diese schließlich bei konstanter Temperatur zum Eutektikum, d.h. zu einem fein verteilten Gemisch aus den ineinander unlöslichen Komponenten A und B). Auf analoge Weise wandelt sich der Restaustenit bei Stählen nach Erreichen der eutektoiden Zusammensetzung zum Eutektoid Perlit, d.h. zu einem fein verteilten Gemisch aus den ineinander unlöslichen Komponenten Ferrit und Zementit. Im erstarrten Zustand bestehen untereutektische Legierungen schließlich aus den ausgeschiedenen A-Primärkristallen und aus Eutektikum, das sich aus der Restschmelze gebildet hat. Bei übereutektischen Legierungen weist das Gefüge hingegen die ausgeschiedenen B-Primärkristalle auf, zwischen denen sich auch dabei wieder das Eutektikum befindet. In Analogie hierzu besteht das Gefüge von untereutektoiden Stählen aus den ausgeschiedenen Ferritkristallen und dem Eutektoid Perlit, das sich aus dem Restaustenit gebildet hat. Bei übereutektoiden Stählen weist das Gefüge neben dem Eutektoid hingegen der ausgeschiedene Zementit an den Korngrenzen auf. Zustandsschaubild (Phasendiagramm) eines eutektischen Systems Eutektikum (griechisch εὐ eu- gut, τήκω teko schmelzen) ist ein Phasengleichgewicht, das sich dadurch auszeichnet, dass sich die Umgebungsbedingungen (Freiheitsgrade) nur in einem sehr kleinen Bereich frei wählen lassen. Häufigste Darstellung eines Eutektikums ist in einem Phasendiagramm mit nur zwei Freiheitsgraden, nämlich Temperatur und Konzentration der beteiligten Komponenten, siehe Abbildung. Im Eutektischen Punkt (wo sich Solidus- und Liquiduslinie berühren) sind drei Phasen des Systems im Gleichgewicht (in diesem Beispiel Schmelze, A & B), diese Erscheinung nennt man das Eutektikum. Es gibt auch andere Erscheinungsformen mit ähnlichen Namen, z. B. sobald die beteiligten Phasen alle im festen Aggregatzustand vorliegen nennt man das Eutektoid. Das grundlegende Prinzip ändert sich dabei nicht. Eutektische LegierungenEigenschaftenEutektische Legierungen haben einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt. Andere Mischungsverhältnisse mit denselben Bestandteilen weisen dagegen einen Schmelz- bzw. Erstarrungsbereich auf, in dem neben der Schmelze auch eine feste Phase vorliegt. Ihr Schmelzpunkt ist zudem der niedrigste aller Mischungen aus denselben Bestandteilen. Aufgrund der Tatsache, dass alle Bestandteile gleichzeitig erstarren und dies bei einer viel niedrigeren Temperatur geschieht als dies bei den reinen Komponenten der Fall wäre, entsteht ein feines und gleichmäßiges Gefüge, das in der Regel charakteristische lamellare Struktur aufweist. Ursache dafür ist die bei dieser Temperatur niedrige Bewegungsenergie der Atome, die nur kurze Wege und damit nur die Bildung sehr kleiner Kristalle (auch Kristallite genannt) zulässt. VerwendungEin technisch häufig genutztes Eutektikum ist z. B. der Ledeburit des Fe-C Systems (4,3 % C/1147 °C) das zum Gießen von Grauguß genutzt wird. Ein technisch häufig genutzter Eutektoid ist z. B. der Perlit des Fe-C Systems (0,80 % C/723 °C). Da der Schmelzpunkt einer eutektischen Legierung deutlich unter dem der reinen Metalle liegt, werden solche Legierungen bevorzugt zum Löten verwendet. Dies hat den Vorteil, dass man relativ wenig Wärme einbringen muss und bei der Wahl des Lotes die Materialverwandtschaft von Lot und Fügepartner nutzen kann. Weiterhin nutzt man den herabgesetzten Schmelzpunkt zum Erstellen von Legierungen, bei denen die Schmelzpunkte der beiden Komponenten weit auseinander liegen. Dies ist zum Beispiel bei Aluminium (Schmelzpunkt 660 °C) und Wolfram (Schmelzpunkt 3422 °C) der Fall. Versuchte man, eine Aluminium-Wolfram-Legierung direkt herzustellen, indem man beide Bestandteile einfach „in einen Topf wirft“ und erhitzt, so wäre das Aluminium bereits verdampft, ehe das Wolfram geschmolzen ist. Fertigt man jedoch erst eine Vorlegierung aus Wolfram und einem Metall mit hohem Schmelzpunkt an, ist die Herstellung möglich. Bedingt durch die Vorbehandlung entstehen so natürlich keine reinen Legierungen. Beispiele für Eutektika sind das System Sn-Pb („Lötzinn“) z. B. mit einer Zusammensetzung von 62/38, das System Ag-Cu (Silber-Kupfer-Legierung) mit einer Zusammensetzung von 72/28, Roses Metall, das Woodsche Metall, bestimmte Quarzporphyre oder eine Lösung von 30,9 g Kochsalz auf 100 g Wasser (Kryohydrat). Verwendung finden diese gut schmelzenden Legierungen in Sprinkleranlagen, als Lötlegierungen oder in Scherzartikeln. Einen besonders niedrigen Schmelzpunkt weist die als Galinstan bekannte eutektische Legierung aus 68 bis 69 % Gallium, 21 bis 22 % Indium und 9,5 bis 10,5 % Zinn auf, die erst bei −19,5 °C kristallisiert und in quecksilberfreien, analogen Fieberthermometern verwendet wird. Siehe auchLiteratur
WeblinksVorlage:Commonscat/WikiData/Difference |
Was ist der unterschied zwischen eutektischem und eutektoiden punkt
zusammenhängende Posts
Urheberrechte © © 2024 frojeostern Inc.
