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PHASENUMWANDLUNGEN
Pavel LukáčDepartment of Physics of Materials
Charles UniversityP r a h a
Literatur
• P. HAASEN: Physikalische Metallkunde. Springer, 1984.
• G. GOTTSTEIN: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer, 1998.
• E. HORNBOGEN: Werkstoffe. Springer,
Mikrostruktur
Kristalline (metallische) MaterialienMikrostruktur (ein Gefüge) microstructureKörner a) ein homogenes SystemGrain(s) b) ein heterogenes System PhasenKorngrenzen PhasengrenzenGrain boundaries Phase boundaries
Eigenschaften
• Kristallstruktur
• Zusammensetzung
• Volumenanteil
• Die Form und Gröβe
Reine Stoffe, Legierungen, Vielphasenstoffe
Grenzflächenenergie
Der Übergang aus dem flüssigen Zustand in den festen Zustand.(Erstarrung einer Schmelze)
Kristallisation aus der Dampfphase.
Rekristallisation
Glühung bei höheren Temperatur
(der Übergang im festen Zustand)
Lokales mechanisches Gleichgewicht
Korngrenzen
E12/sinα3 = E23/sinα1 = E31/sinα2
1
2
3
E12
E23
E31
Kristallbaufehler
Lattice defects
Leerstellen cV = exp(SvF/k)exp(-UF
V/kT)
Vacancies ΔG =
(Aber: Strukturellen Leerstellen)
Unbesetzte normale Gitterplätze
Sie entstehen unter hohen Temperaturen oder bei der Bestrahlung (auch durch Einbau von Fremdatomen).
Zwischengitteratome nicht normale Gitterplätze
d ln CV
dp= V F
Strukturellen Leerstellen
(FeAl, NiAl, TiAl, Fe3Al,…)
Versetzungen nicht im thermodynamischen Gleichgewicht
Dislocations
Stufenversetzungen und Schraubenversetzungen
Burgers-Vektor
Die Versetzungsbewegung = Verformung = Gleitvorgang
Quergleitung (cross slip); Klettern (climb) X Punktfehler
Stapelfehler --- die Aufspaltung einer Versetzung
Stacking fault
Zwillingsgrenze --- Zwillinge twins
Flächendefekte
Oberflächen
Korngrenzen
Phasengrenzen
Kleinwinkelkorngrenzen --- Aufreihung der Stufenversetzungen
Bereiche mit höheren Versetzungsdichten nach der Verformung
Die Zustand des verformtes Materials ist instabil – Inhomogenitäten
Einfluß der Temperatur und Wechselwirkung der Versetzungen miteinander (Interaction)
Verformte Material ist grundsätzlich instabil, weil die durch Verformung erzeugte Versetzungsstruktur ist in keinem thermodynamischen Gleitgewicht.
Niedrige Temperaturen die Versetzungen bleiben nach Beendigung der Verformung auf ihrer Gleitebene im mechanischen Kraftgleitgewicht.
Höhere Temperaturen die Versetzungen können energetisch günstigere Positionen annehmen, sich gegenseitig auslöschen oder den Kristall verlassen.
Erholung führt zu einer Abnahme der Versetzungsdichte und zu ganz speziellen Versetzungsmustern (Kleinwinkelkorngrenzen, Polygonisation)
Die Orientierungsdifferenz der angrenzenden Körner
vd
b
Kleinwinkel-Kippkorngrenze
vv
Zbd
1
Die Zahl der Versetzungen pro m in der KWKG
Phasengrenzenflächen
Nicht nur andere Orientierung
Sondern andere Gitterstruktur
und/oder auch andere Zusammensetzung
Bezeichnung: , , Phase;
Oder auch z.B. Θ, Θ1
Eine kohärente Phasengrenze,
(gleiche Orientierung, verschiedene Gitterkonstante, leichte elastische Verzerrungen sind unvermeindlich)
(Grenze – Stuffenversetzungen)
Eine semikohärente – teilkohärente Phasengrenze,
(der Gitterparameterunterschiede sind groß)
Eine inkohärente Phasengrenze
(verschiedene Gitterstrukturen)
LG
SLSG
Oberflächenspannung
Tropchen auf fester Oberfläche
S (solid); L (liquid); G (Gas)
ist Benetzungswinkel
Grenzflächenspannung (J/m2) oder (N/m)
Das Kraftgleichgewicht
SG = SL+ LGcos
= 0° → Film
= 180° → Kugelform
Verbundwerkstoffe
Composites
Matrix; Faser; Teilchen
matrix; fibres (fibers); particles;
Diffusion