Phasenzusammensetzung

Während der Erstarrung einer Legierung, ändert sich sowohl die chemische Zusammensetzung (Phasenzusammensetzung) der Schmelze als auch die der Mischkristalle ständig. Am Beispiel der bereits im Abschnitt zuvor betrachteten CuNi55-Legierung soll dieses Verhalten anhand des Zustandsdiagrammes verdeutlich werden.

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Abbildung: Bestimmung der Phasenzusammensetzung

Bei einer Temperatur von 1300 °C liegen im Zweiphasengebiet Teile der Legierung als Schmelze und als Mischkristall vor. Sowohl die Schmelze als auch die bereits gebildeten Mischkristall weisen dabei unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf. Diese können wie folgt ermittelt werden.

Ausgehend des Zustandspunktes wird auf der Temperaturlinie (schwarze Strichlinie) zunächst jeweils soweit verfahren, bis die jeweilige Phasengrenze erreicht wird (Liquiduslinie bzw. Soliduslinie). Durch Fällen des Lotes auf die Konzentrationsachse kann nun die entsprechende chemische Zusammensetzung der Restschmelze und der Mischkristalle direkt abgelesen werden. Beachte, dass gemäß der Auftragung auf der Konzentrationsachse nach dieser Vorgehensweise der Ni-Gehalt ermittelt wird. In diesem Fall bestehen die bereits erstarrten Mischkristalle im Mittel aus 58 % Ni (bzw. 42 % Cu) und die noch flüssige Restschmelze im Mittel aus 46 % Ni (bzw. 54 % Cu). Man kann sich hierzu vorstellen als würde man die noch flüssige Schmelze von den bereits erstarrten Mischkristallen "absieben" und anschließend in getrennten Behältnissen auf deren chemische Zusammensetzung untersuchen.

Beachte, dass die erhaltenen chemischen Konzentrationen keinen Widerspruch zur gesamten Legierungskonzentration mit 55 % Nickel darstellen. Zwar haben die Mischkristalle einen höheren Nickelgehalt (58 %) als die eigentliche Legierung, dafür besitzt die Schmelze allerdings eine geringere Nickelkonzentration (46 %). Für die Bestimmung des gesamten Nickelgehalts darf an dieser Stelle nicht einfach der Mittelwert aus beiden Konzentrationen gebildet werden. Diese Überlegung wäre nur dann gerechtfertigt, wenn Schmelze und Mischkristalle zu gleichen Teilen vorliegen würden. In dem betrachteten Zustandspunkt liegen allerdings mehr Mischkristalle als Schmelze vor. Folglich fällt die höhere Nickelkonzentration der Mischkristalle mit 58 % Nickel stärker ins Gewicht als der Nickelgehalt der Schmelze. Anteilsmäßig gewichtet, ergäbe die Nickelkonzentration über die gesamte Legierung hinweg schließlich wieder die geforderten 55 %!

Auf diese prozentuale Verteilung der Phasen (Schmelze und Mischkristalle) in einem Zustandspunkt wird im nächsten Abschnitt näher eingegangen.