Dendrit: Was ist damit gemeint?

Baumartiger Kristall mit Ästen, die regelmäßig von einem Stamm abzweigen. In kubischen Metallen wachsen Stamm und Äste in <100>-Richtung, und die meisten Gussstücke aus Legierungen erstarren in dieser Form.

Japanische Bezeichnung: デンドライト

„Dendrit“ kommt in 8 Übungsfragen aus 4 Themen vor, darunter Erstarrung und Gussgefüge, Zustandsdiagramme und Hebelgesetz, Werkstoffverarbeitung und Fügen.

Fachgebiet: Erstarrung und Gussgefüge

Selbst ausprobieren: Fragen zu Dendrit

Eine Cu-Ni-Legierung wird wie beim realen Gießen schnell abgekühlt und erstarrt. Welche Aussage über die Zusammensetzung im Kern der Dendriten trifft zu?

  1. ASie ist Ni-reicher als die mittlere Zusammensetzung der Legierung
  2. BSie ist Cu-reicher als die mittlere Zusammensetzung, nach außen hin wird es Ni-reicher
  3. CDa die Diffusion im Festkörper schnell genug ist, entspricht sie stets der mittleren Zusammensetzung
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Lösung: A. Sie ist Ni-reicher als die mittlere Zusammensetzung der Legierung

Die zu Beginn der Erstarrung ausgeschiedene feste Phase hat die Zusammensetzung des Konodenendes auf der Hochtemperaturseite und ist daher Ni-reich. Bei schneller Abkühlung kommt die Diffusion im Festkörper nicht nach; nach außen hin lagern sich die später erstarrenden, Cu-reicheren Schichten an, und es bleibt eine Seigerung zurück, bei der sich die Zusammensetzung vom Dendritenkern nach außen ändert (Kristallseigerung, Zonenmischkristalle). Der Kern ist daher Ni-reicher als die mittlere Zusammensetzung. Die Diffusion im Festkörper ist viel langsamer als in der Schmelze, sodass sich nicht unbedingt die Gleichgewichtszusammensetzung einstellt. Die zuletzt erstarrten Bereiche haben einen niedrigeren Schmelzpunkt und können beim Wiedererwärmen örtlich aufschmelzen; durch Diffusionsglühen (Homogenisierungsglühen) wird die Seigerung verringert.

Welche Aussage über die Kristallrichtung, in der Stämme und Äste von Dendriten in kubischen Metallen (kfz oder krz) wachsen, und über ihre Wirkung auf die Stängelkristalle eines Gussstücks ist richtig?

  1. AStämme und Äste wachsen in zueinander senkrechten <100>-Richtungen; Körner, deren <100> nahezu entgegen dem Wärmefluss liegt, überholen die übrigen, daher haben die Stängelkristalle eine <100>-Textur
  2. BStämme und Äste wachsen in der dichtest gepackten Richtung <110>, gleichsinnig mit der Gleitrichtung, daher haben die Stängelkristalle eine leicht verformbare <110>-Textur
  3. CStämme und Äste wachsen in <111>, der Normalen der dichtest gepackten Ebenen, und Körner parallel zur Formwand bleiben bevorzugt übrig, daher haben die Stängelkristalle eine wandparallele <111>-Textur
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Lösung: A. Stämme und Äste wachsen in zueinander senkrechten <100>-Richtungen; Körner, deren <100> nahezu entgegen dem Wärmefluss liegt, überholen die übrigen, daher haben die Stängelkristalle eine <100>-Textur

In kubischen Metallen wachsen Stämme und Äste der Dendriten in <100>-Richtungen, mit rechtwinklig zueinander stehenden Ästen. Eine geringe Anisotropie der Grenzflächenenergie und der Anlagerung von Atomen macht <100> zur am schnellsten wachsenden Richtung. Unter den regellos orientierten Kristallen der feinkörnigen Randzone an der Formwand kommen diejenigen voran, deren <100> nahezu entgegen dem Wärmefluss (senkrecht zur Wand) liegt; sie versperren den schräg liegenden Körnern den Weg und überholen sie. Als Ergebnis dieses Konkurrenzwachstums haben die Stängelkristalle eine Textur mit <100> in Wachstumsrichtung. <110> ist die Gleitrichtung von kfz, <111> die Normale der dichtest gepackten {111}-Ebenen von kfz; keine von beiden ist eine Wachstumsrichtung von Dendriten. In hdP-Metallen sind die Wachstumsrichtungen zum Beispiel Richtungen in der Basisebene.

„Dendrit“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Dendrit“ vorkommt (8)

  1. Eine Cu-Ni-Legierung wird wie beim realen Gießen schnell abgekühlt und erstarrt. Welche Aussage über die Zusammensetzung im Kern der Dendriten trifft zu?
  2. Welche Aussage über die Kristallrichtung, in der Stämme und Äste von Dendriten in kubischen Metallen (kfz oder krz) wachsen, und über ihre Wirkung auf die Stängelkristalle eines Gussstücks ist richtig?
  3. Seigerungen in Gussstücken und Blöcken umfassen die Mikroseigerung im Maßstab der Abstände zwischen Dendritenästen und die Makroseigerung im Maßstab des ganzen Blocks. Welche Aussage über ihren Unterschied ist richtig?
  4. Vergleicht man Bauteile gleicher Form aus Kohlenstoffstahl, die durch Gießen bzw. durch Warmschmieden hergestellt wurden, haben die Schmiedeteile im Allgemeinen eine höhere Zähigkeit und Schwingfestigkeit. Was ist der Grund dafür?
  5. Welche Aussage über die Phasenfeldmethode trifft zu?
  6. Welche Aussage darüber, wie sich die Form der Phasengrenze fest–flüssig und die Feinheit des Gefüges bei der Erstarrung von Legierungen mit dem Temperaturgradienten G und der Wachstumsgeschwindigkeit V ändern, ist richtig?
  7. Eine Al-4,0 wt% Cu-Legierung erstarrt. Es gelte die Scheil-Gleichung (Gleichgewichtsverteilungskoeffizient k = 0,17, konstant), die Konzentration der Restschmelze steige also gemäß CL = C₀(1 − fs)^(k−1). Welcher Wert liegt dem Anteil der Restschmelze am nächsten, wenn diese die eutektische Zusammensetzung von 33,2 wt% Cu erreicht (dieser Anteil wird zu Nichtgleichgewichtseutektikum)? Im Gleichgewichtszustandsdiagramm liegt diese Zusammensetzung innerhalb der maximalen Löslichkeit der α-Phase (5,65 wt%).
  8. Welche Kombination von Maßnahmen verkleinert die Stängelkristallzone eines Blocks, verbreitert die zentrale Globulitzone und verfeinert so das Korn?

Verwandte Begriffe

Stängelkristalle Kubisch-flächenzentriertes Gitter (kfz) Konstitutionelle Unterkühlung Kubisch-raumzentriertes Gitter (krz) Hexagonal dichteste Packung (hdP) Makroseigerung Rekristallisation Lunker Erholung Kaltverfestigung

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