PHASENUMWANDLUNGEN

Pavel LukáčDepartment of Physics of Materials

Charles UniversityP r a h a

lukac@met.mff.cuni.cz

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