Zustandsdiagramme und Hebelgesetz
Gibbssche Phasenregel, Zustandsdiagramme mit vollständiger Mischbarkeit, eutektische und peritektische Systeme, Phasen- und Gefügeanteile nach dem Hebelgesetz sowie die Kernpunkte des Fe-C-Diagramms mit Multiple-Choice-Fragen prüfen. Die Berechnung der Anteile üben Sie mit Erläuterungen.
Zustandsdiagramme und Hebelgesetz: das Wichtigste
Ein Zustandsdiagramm zeigt, welche Phasen in Abhängigkeit von Temperatur und Zusammensetzung im Gleichgewicht vorliegen. Für ein binäres System bei konstantem Druck lautet die Phasenregel F = C − P + 1; der eutektische und der eutektoide Punkt, an denen drei Phasen koexistieren, sind daher invariante Punkte mit null Freiheitsgraden. Die Grundtypen sollten Sie lesen können: Systeme mit vollständiger Mischbarkeit im festen Zustand wie Cu-Ni, eutektische Systeme wie Pb-Sn und peritektische Systeme, in denen Schmelze und feste Phase miteinander reagieren.
Im Zweiphasengebiet geben die Endpunkte der Konode die Zusammensetzung der beiden Phasen an, und das Hebelgesetz liefert ihre Mengenanteile. Im System Fe-Fe₃C entsteht durch die eutektoide Reaktion bei 0,76 Massen-% C und 727 °C Perlit; in untereutektoiden Stählen tritt voreutektoider Ferrit, in übereutektoiden Stählen voreutektoider Zementit auf. Entscheidend ist, bei der Berechnung der Anteile zwischen Phasen und Gefügebestandteilen zu unterscheiden.
Alle Fragen zum Thema „Zustandsdiagramme und Hebelgesetz“ (12)
- Wie groß ist bei konstantem Druck die Zahl der Freiheitsgrade im eutektischen Punkt eines binären Systems (dem Punkt, an dem die Schmelze und zwei feste Phasen koexistieren)?
- Welches binäre System ist ein typisches Beispiel für ein Zustandsdiagramm mit vollständiger Mischbarkeit im flüssigen wie im festen Zustand über alle Zusammensetzungen?
- Eine Legierung des Cu-Ni-Systems mit 35 Massen-% Ni wird bei einer Temperatur gehalten, bei der zwei Phasen koexistieren: Schmelze (31,5 Massen-% Ni) und feste Phase α (42,5 Massen-% Ni). Welcher Wert kommt dem Massenanteil der Schmelze am nächsten?
- Im Pb-Sn-System seien die eutektische Temperatur 183 °C und die eutektische Zusammensetzung 61,9 Massen-% Sn; bei dieser Temperatur habe die α-Phase 18,3 Massen-% Sn und die β-Phase 97,8 Massen-% Sn. Eine Legierung mit 30 Massen-% Sn wird im Gleichgewicht bis knapp unter die eutektische Temperatur abgekühlt. Welcher Wert kommt dem Massenanteil des Eutektikums am Gefüge am nächsten?
- Welche Gleichung beschreibt die peritektische Reaktion? Angegeben ist jeweils die Richtung beim Abkühlen.
- Welche Aussage über den eutektoiden Punkt im Zustandsdiagramm Fe-Fe₃C trifft zu?
- Ein untereutektoider Stahl mit 0,40 Massen-% C wird im Gleichgewicht bis knapp unter 727 °C abgekühlt. Welcher Wert kommt dem Massenanteil des voreutektoiden Ferrits am nächsten? Die eutektoide Zusammensetzung sei 0,76 Massen-% C, der Kohlenstoffgehalt des Ferrits bei 727 °C 0,022 Massen-% C und der des Zementits 6,70 Massen-% C.
- Ein übereutektoider Stahl mit 1,2 Massen-% C wird aus dem Austenitgebiet langsam abgekühlt. Welches Gefüge liegt bei Raumtemperatur vor?
- Was ist der Hauptgrund dafür, dass die maximale Löslichkeit von Kohlenstoff in γ-Eisen (etwa 2,14 Massen-%) viel größer ist als in α-Eisen (etwa 0,022 Massen-%)?
- Eine Legierung des Cu-Ni-Systems wird im Temperaturbereich, in dem Schmelze und feste Phase koexistieren, unter Einhaltung des Gleichgewichts abgekühlt. Wie ändern sich dabei die Zusammensetzungen von Schmelze und fester Phase?
- Eine Cu-Ni-Legierung wird wie beim realen Gießen schnell abgekühlt und erstarrt. Welche Aussage über die Zusammensetzung im Kern der Dendriten trifft zu?
- Das Al-Si-System habe einen eutektischen Punkt bei 577 °C und 12,6 Massen-% Si; die Löslichkeitsgrenze von Si in der α(Al)-Phase betrage bei dieser Temperatur 1,65 Massen-%, und die Si-Phase sei nahezu reines Si (100 Massen-%). Eine übereutektische Legierung mit 18 Massen-% Si wird im Gleichgewicht bis knapp über die eutektische Temperatur abgekühlt. Welcher Wert kommt dem Massenanteil des primären Si am nächsten?