Abkühlkurven

Sind die beiden Komponenten eines Zweistofflegierungssystems im festen Zustand ineinander vollkommen unlöslich, so spricht man von einer Kristallgemischlegierung. Für diesen Fall bilden die beiden Komponenten jeweils ein eigenes Kristallgitter, welches sich lediglich aus den Atomen des entsprechenden Stoffes aufbaut. Deshalb auch die Bezeichnung "Kristallgemisch", d.h. ein Gemisch aus unterschiedlich aufgebauten Kristallen. Das Legierungssystem Bismut/Cadmium weist ein solches Kristallgemischverhalten über nahezu den gesamten Mischungsbereich auf. Im Folgenden soll deshalb das Legierungssystem Bismut/Cadmium exemplarisch als typische Kristallgemischlegierung näher erläutert werden.

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Abbildung: Abkühlkurven ausgewählter Bismut-Cadmium-Legierungen

Die Abkühlkurven von Kristallgemischlegierungen weisen im Allgemeinen nicht mehr nur einen Knickpunkt während der Erstarrung auf sondern zusätzlich auch noch einen Haltepunkt. Während der Knickpunkt den Beginn der Erstarrung einleitet, endet die Erstarrung in einem Haltepunkt. Je nach Legierungskonzentration setzt der Knickpunkt und damit der Erstarrungsbeginn bei unterschiedlichen Temperaturen ein. Das Erstarrungsende findet hingegen unabhängig von der Legierungskonzentration immer in einem Haltepunkt bei derselben Temperatur statt!

Ausgehend von reinem Bismut wird der Erstarrungsbeginn mit steigendem Cadmiumgehalt zunächst immer mehr zu niedrigeren Temperaturen hin verschoben. Bei einer Legierungskonzentration von 40 % Cadmium ist der Knickpunkt bzw. der Erstarrungsbeginn so weit abgesunken, dass dieser sogar mit dem Haltepunkt zusammenfällt. Diese spezielle Legierung erstarrt wie ein Reinstoff mit lediglich einem Haltepunkt (eutektische Legierung genannt). Wird die Cadmiumkonzentration nun weiter erhöht, so verschiebt sich der Erstarrungsbeginn wieder zu höheren Temperaturen hin und endet schließlich bei der Erstarrungstemperatur des reinen Cadmiums.

Um die unterschiedlichen Erstarrungsbereiche in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung übersichtlich darzustellen, bietet es sich an dieser Stelle wieder an ein Phasendiagramm des Legierungssystems zu erstellen. Auf dessen Erstellung wird im nächsten Abschnitt näher eingegangen. Grundsätzliche Informationen zum Phasendiagramm finden sich im Abschnitt der Mischkristalllegierungen wieder.