Phasendiagramm

Das Phasendiagramm einer Kristallgemischlegierung wird analog zu dem einer Mischkristalllegierung durch Übertragen ausgewählter Abkühlkurven in ein Konzentrations-Temperatur-Diagramm erstellt. Auf diese Weise erhält man schließlich wieder zwei charakteristische Linienzüge. Die oberen Linienzüge kennzeichnen den Erstarrungsbeginn (Liquiduslinie), während die untere horizontale Linie das Erstarrungsende markiert (Soliduslinie).

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Abbildung: Erstellung des Phasendiagramms einer Kristallgemischlegierung (Bismut-Cadmium-Legierung)

Dabei fallen die Liquiduslinien ausgehend der jeweiligen Reinstoffe ab und treffen sich im sogenannten eutektischen Punkt, d.h. der Erstarrungsbeginn wird durch die Anwesenheit des jeweils anderen Stoffes zu niedrigen Temperaturen hin verschoben. Die Legierung mit der niedrigsten Erstarrungstemperatur entspricht somit der Legierungszusammensetzung im eutektischen Punkt (hier: 40 % Cd). Diese Legierung wird auch als eutektische Legierung bezeichnet. Das Erstarrungsende und damit die Soliduslinie liegt mit Ausnahme der Reinstoffe hingegen unabhängig der Legierungskonzentration immer bei derselben Temperatur (hier: 146 °C). Diese Gerade wird im Phasendiagramm deshalb auch oft als Eutektikale bezeichnet.

Zwischen Solidus- und Liquiduslinie vollzieht sich wiederum die Kristallisation bzw. die eigentliche Gefügebildung. In diesem Bereich sind Teile der Legierung bereits erstarrt, während sich andere noch im flüssigen Zustand befinden. Bei diesen Bereichen handelt es sich somit wieder um Zweiphasengebiete. Beachte, dass sich dabei jeweils ein Zweiphasengebiet rechts und links des eutektischen Punktes befindet.

Das Phasendiagramm einer Kristallgemischlegierung (vollkommene Unlöslichkeit der Komponenten im festen Zustand) sieht also grundsätzlich anders aus als bei einer Mischkristalllegierung (vollkommene Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand). Während die Linienzüge im Phasendiagramm einer Mischkristalllegierung einen "linsenförmigen" Zweiphasenbereich markieren, bilden die Linienzüge bei einer Kristallgemischlegierung ein liegendes "K". Man kann sich dies relativ einfach merken:

  • Kristallgemischlegierungen weisen ein liegendes K im Zustandsdiagramm auf.

Offensichtlich laufen während der Kristallisation von Kristallgemischlegierungen unterschiedliche atomare Prozesse ab, die anfänglich zu einem Knickpunkt führen und abschließend in einem Haltepunkt enden. Welche Vorgänge zu einem solchen Verhalten während der Gefügebildung führen, wird in den folgenden Abschnitten näher erläutert.

Anmerkung: Das oben abgebildete Phasendiagramm erweckt in den Randbereichen den Eindruck als bewirke die Zugabe einer noch so geringen Konzentration an Cadmium bzw. Bismut eine sofortige Verschiebung des Erstarrungsendes auf 146 °C (siehe Soliduslinie). Obwohl die beiden Stoffe im festen Zustand im Prinzip ineinander nicht löslich sind, so lassen sich in der Realität dennoch geringe Konzentrationen des einen Stoffes im jeweils anderen Stoff lösen. Deshalb fällt die Soliduslinie ausgehend der Reinstoffe in Wirklichkeit nicht sofort ab, sondern allmählich (siehe gestrichelte Linien im untenstehenden Phasendiagramm). Beachte, dass für ein Reinstoff die Liquidus- und Soliduslinie im Prinzip aufeinander fallen müssen, da der Erstarrungsbeginn und das -ende ja bei einer gemeinsamen Temperatur liegen (→ Haltepunkt). Es handelt sich bei dieser Diagrammform bereits um eine Vorstufe zum Phasendiagramm eines Legierungssystems mit begrenzter Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand. Auf diesen Legierungstyp wird in einem gesonderten Kapitel näher eingegangen. Im Folgenden wird lediglich der Idealfall einer vollkommenen Unlöslichkeit der beiden Komponenten betrachtet.

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Abbildung: Reales Phasendiagramm einer Kristallgemischlegierung