Welche Aussage über die konstitutionelle Unterkühlung, die bei der gerichteten Erstarrung einer Legierung eine anfangs ebene Phasengrenze fest–flüssig uneben werden lässt, ist richtig? Betrachtet wird eine Legierung mit k < 1.

Lösung: A. Das abgegebene gelöste Element senkt die Liquidustemperatur an der Grenzfläche, die mit dem Abstand wieder steigt; ist der tatsächliche Temperaturgradient klein, liegt die Schmelze davor unter ihrer Liquidustemperatur

Bei k < 1 staut sich das an der Grenzfläche abgegebene gelöste Element vor ihr auf; die Schmelze an der Grenzfläche ist angereichert und hat eine niedrigere Liquidustemperatur. Mit wachsendem Abstand kehrt die Konzentration zum Ausgangswert C₀ zurück, die Liquidustemperatur steigt also mit dem Abstand. Ist der tatsächliche Temperaturgradient G kleiner als der Gradient dieser Liquidustemperatur, entsteht vor der Grenzfläche eine Schicht Schmelze unterhalb ihrer Liquidustemperatur, also unterkühlte Schmelze. Das ist die konstitutionelle Unterkühlung; kleine Ausbuchtungen der Grenzfläche wachsen in den stärker unterkühlten Bereich hinein, und die ebene Grenzfläche bricht zusammen. Die Schmelze davor verarmt nicht, sondern reichert sich an, und ein größerer Temperaturgradient macht konstitutionelle Unterkühlung unwahrscheinlicher. Thermische Unterkühlung durch einen negativen Temperaturgradienten ist ein anderes Phänomen, das nicht vom gelösten Element abhängt und auch in reinen Metallen auftritt.