Computergestützte Materialwissenschaft

Mit der CALPHAD-Methode sollen in einer Nickelbasis-Superlegierung oder einem Stahl mit fast zehn Elementen die ausgeschiedenen Phasen und ihre Anteile vorhergesagt werden. Welche Kombination aus Grundgedanke und Einschränkung trifft zu?

  1. ADie Datenbank enthält Messwerte für jede Zusammensetzung des Mehrstoffsystems, daher wird nicht extrapoliert, und die Ergebnisse stimmen stets mit dem realen Gefüge überein
  2. BDie Gibbs-Energie eines Mehrstoffsystems ist allein durch die Werte der reinen Stoffe bestimmt, daher ist keine Optimierung binärer oder ternärer Systeme nötig
  3. CDie Gibbs-Energie des Mehrstoffsystems wird aus vor allem an binären und ternären Systemen optimierten Parametern extrapoliert. Man erhält das Gleichgewicht, und außerhalb des optimierten Bereichs sinkt die Genauigkeit
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Lösung: C. Die Gibbs-Energie des Mehrstoffsystems wird aus vor allem an binären und ternären Systemen optimierten Parametern extrapoliert. Man erhält das Gleichgewicht, und außerhalb des optimierten Bereichs sinkt die Genauigkeit

Alle Zusammensetzungen eines Mehrstoffsystems experimentell zu untersuchen, ist unmöglich; mit Modellen der Gibbs-Energie lassen sich jedoch die an binären und ternären Systemen bestimmten Parameter kombinieren und die Werte des Mehrstoffsystems extrapolieren. Wechselwirkungen in quaternären und höheren Systemen werden meist als klein vernachlässigt. Auf diese Weise lassen sich Liquidustemperatur, Art und Anteil der ausgeschiedenen Phasen, Löslichkeitsgrenzen usw. technischer Legierungen vorhersagen, was das Ausprobieren bei der Legierungsentwicklung stark verringert. Man erhält jedoch den thermodynamischen Gleichgewichtszustand; ob das reale Gefüge das Gleichgewicht erreicht und wie schnell Umwandlungen ablaufen, geht daraus nicht hervor. Für die Kinetik werden Daten zur Diffusionsmobilität und Rechnungen zur Ausscheidungskinetik hinzugenommen. Mit den Werten der reinen Stoffe allein lassen sich die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten nicht beschreiben.

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