5.4.5 Merkpunkte zu Kapitel 5.4: Phasengleichgewichte und Phasendiagramme

Ein Phasendiagramm gibt für jeden Punkt im Temperatur - Zusammensetzungsdiagramm an, welche Phase oder Phasen im Gleichgewicht vorliegen
Phasendiagramm Pb Sn
Zwischen der Zahl der Komponenten C (hier Pb und Sn), die Zahl der Phasen P die vorliegen, und der Zahl F der Freiheitsgrade (hier Temperatur und Komposition) die möglich sind besteht eine fundamentale Beziehung, die Gibbsche Phasenregel
 
F  =  C  –  P  +  1
 
Für ein binäres Phasendiagramm (d.h. C = 2) und zwei Freiheitsgrade f = 2 gibt es dann nur eine mögliche Phase.  
       
Zwei-Phasen Gebiete oder Mischphasen im Phasendiagramm bestehen deshalb immer aus Phasen fester Komposition: a + b, L + a, oder L + b).  
Zweiphasengebiet
Die beiden Kompositionen ergeben sich aus den Schnittpunkten der Isotherme mit den das Mischphasengebiet begrenzenden Linien.
Der jeweilige Anteil fa und fb der beiden Phasen ergibt sich aus dem Hebelgesetz  
 
fa
fL
 =  c0cL
cac0
   
Phasendiagramme erhält man durch Vergleich der freien Enthalpien möglicher konkurrierende Phasen.  
Konstruktion Phasendiagramm
Qualitativ relativ einfach, quantitativ aber schwer.  
Unmittelbare Konsequenz: Es gibt keine einfachen Phasendiagramme - Mischphasen sind häufig.  
Bei Eutektika gibt es einen Punkt (T, C, d.h. f = 0), in dem drei Phasen (L = flüssig + feste a und b) im Gleichgewicht stehen  
Im obersten Bild gibt der Punkt "E" die eutektische Komposition, die waagrechte Linie die eutektische Temperatur.  
Die zugehörige invariante Reaktion (invariant = keineFreiheitsgrade) lautet  
 
L   ®    a  +  b
 
   
Weiter invariante Reaktionen führen zu peritektischen, eutektoiden und peritektoiden Typen von Phasendiagrammen.  
     
Bei gegebener Komposition und Phasendiagramm lassen sich weitreichende Schlüsse auf das zu erwartende Gefüge ziehen.
Vorgänge beim Erstarren
Insbesondere wird unmittelbar klar, daß eine homogene einphasige Schmelze nach dem Erstarren i.a. keine homogene Zusammensetzung mehr haben wird.  
Ausnahme: Invariante Reaktion, d.h. eutektische Komposition.  
Bei vermeintlich einfachen Techniken wie Gießen, Schweißen oder Kristallziehen, laufen in Wahrheit komplexe Vorgänge ab.  
Die unmittlbare Anwendungen dieser Verfahren ist oft nicht möglich oder bedarf erheblicher "Tricks".  

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© H. Föll (MaWi 1 Skript)