Gefügediagramm

Das unten abgebildete Zustandsdiagramm zeigt schematisch die einzelnen Phasen einer typischen Kristallgemischlegierung am Beispiel des Legierungssystems Bismut/Cadmium. Zwar besteht das Gefüge im erstarrten Zustand grundsätzlich aus einem Kristallgemisch aus Cadmium- und Bismutkristallen, jedoch kann das Gefüge je nach Legierungszusammensetzung genauer eingeteilt werden. Bei eutektischen Legierungen besteht das Gefüge ausschließlich aus einem sehr feinen Kristallgemisch der beiden Komponenten. Bei untereutektischen Legierungen treten als Gefügebestandteile zusätzlich noch die zuvor primärausgeschiedenen Kristalle der Basiskomponente auf. Bei übereutektischen Legierungen ergeben sich als weitere Gefügebestandteile neben dem Eutektikum entsprechend die primärausgeschiedenen Kristalle der Legierungskomponente.

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Abbildung: Schematisches Phasendiagramm einer Kristallgemischlegierung (Bismut-Cadmium-Legierung)

Beachte, dass sich mit einer Legierungskonzentration nahe der eutektischen Zusammensetzung die Korngröße der primär ausgeschiedenen Kristalle verringert. Schließlich befindet sich die Legierungskonzentration bereits nahe des eutektischen Punktes. Somit wird nur noch ein geringer Anteil an Primärkristalle ausgeschieden, um die eutektische Zusammensetzung für die vollständige Erstarrung zu erreichen. Dies wird auch rasch anhand des Hebelgesetztes zur Bestimmung der Gefügeanteile im erstarrten Gefüge deutlich (d.h. der Anteil an Primärkristallen und Eutektikum). Dabei verschieben sich die Gefügeanteile linear mit der Änderung des Auflagepunktes der gedachten Balkenwaage und damit der Legierungskonzentration.

So befindet sich bspw. der "Auflagepunkt" einer 20%-igen Cadmiumlegierung genau in der Mitte des Gesamthebels, sodass das erstarrte Gefüge dabei zu gleichen Massenanteilen aus Bi-Primärkristallen und Eutektikum besteht. Während sich nun mit zunehmendem Cadmiumgehalt das Gleichgewicht immer mehr hin zu einem größeren Eutektikumsanteil verschiebt, besteht das Gefüge bei einem Cadmiumgehalt von 40% schließlich zu 100% aus Eutektikum. Umgekehrt führt eine Verringerung des Cadmiumanteils zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes hin zu einem größeren Primärkristallanteil, bis das Gefüge bei 0% Cadmium schließlich kein Eutektikum mehr aufweist sondern zu 100 % aus Bismutkristallen besteht. Es ergibt sich somit ein linearer Zusammenhang zwischen dem Cadmiumgehalt und den entsprechenden Gefügebestandteilen.

Unterhalb des oben abgebildeten Phasendiagramms ist der Verlauf der Gefügeanteile gezeigt. Auf diese Weise kann auch ohne Rechnung anhand der Legierungskonzentration sofort der Anteil der jeweiligen Gefügebestandteile (Primärkristalle und Eutektikum) bestimmt werden [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung]. Für die als Ablesebeispiel gezeigte 30 %-ige Cadmiumlegierung ergibt sich somit ein Gefüge, das zu 75 % aus Eutektikum und zu 25 % aus Bismutprimärkristallen besteht. Umgekehrt kann auch für einen gewünschten Primärkristallanteil die entsprechend erforderliche Legierungskonzentration ermittelt werden. Soll das erstarrte Gefüge bspw. zu 25 % aus Cadmiumprimärkristallen bestehen (entsprechend zu 75 % aus Eutektikum), so ergibt sich aus dem Schaubild eine erforderliche Legierungskonzentration von 55 % Cadmium (siehe gestrichelte Linie).