E1 Phasen und Zusammensetzung

Thema

Die chemische Gesamtzusammensetzung dieser Mehrkomponentenlegierung bestimmt zusammen mit dem zugehörigen Phasendiagramm gemäß der Hebelregel das Verhältnis, in dem die α- und β-Phasen dieser Legierung im Gleichgewicht koexistieren. Innerhalb des Zweiphasengebiets dieses Diagramms bestimmt der Abstand zwischen der Gesamtzusammensetzung der Legierung und der Zusammensetzung jeder dieser beiden Phasen gemäß derselben Hebelregel den jeweiligen Phasenanteil. Da die Gesamtzusammensetzung dieser Legierung innerhalb dieses Phasendiagramms näher an der Zusammensetzung der α-Phase liegt, ist gemäß dieser Hebelregel der Anteil der α-Phase größer und folglich der Anteil der β-Phase kleiner.

Diese Koexistenz der α- und β-Phasen gewährleistet stets die Gesamtmassenbilanz dieser Legierung: Die Summe der Gesamtmasse jedes Elements in dieser Legierung, verteilt auf beide Phasen entsprechend ihrer jeweiligen Zusammensetzung und dem ihnen durch die Hebelregel zugewiesenen Anteil, muss exakt der Gesamtmasse dieses Elements in der Gesamtlegierung entsprechen. Ändert sich der Anteil einer dieser beiden Phasen, ohne die Gesamtzusammensetzung der Legierung zu verändern, muss sich die Zusammensetzung der anderen Phase entsprechend anpassen, um die Massenbilanz aufrechtzuerhalten.

Wie viele dieser Variablen – die Zusammensetzung jeder vorhandenen Phase und die Systemtemperatur – frei variiert werden können, ohne die Anzahl der im Gleichgewicht koexistierenden Phasen zu verändern, ist durch die Gibbs'sche Phasenregel begrenzt, die hier bei konstantem Druck angewendet wird: Je mehr Phasen in dieser Legierung gleichzeitig koexistieren, desto weniger Freiheitsgrade stehen zur Verfügung, um ihre Zusammensetzung und Temperatur zu variieren, ohne dass eine dieser Phasen entsteht oder verschwindet. Die Tatsache, dass in dieser Legierung mehrere Phasen in einem bestimmten Bereich ihres Phasendiagramms koexistieren, bedeutet, dass gemäß der Gibbs'schen Phasenregel die in diesem Bereich verfügbaren Freiheitsgrade geringer sind.

Dieses Modell, mit seiner Gesamtzusammensetzung und den ursprünglich entwickelten Alpha- und Beta-Phasenanteilen, dient als Grundlage für drei weitere Modelle dieses Modellsystems: das Modell, das das binäre Phasendiagramm detailliert beschreibt (aus dem hier nur die Hebelregel übernommen wird), das Modell, das die Diffusion zwischen diesen Phasen beschreibt, und das Modell, das die Erstarrung dieser Legierung aus dem flüssigen Zustand beschreibt. Da sich die in dieser Legierung vorhandenen Phasen und ihre jeweiligen Anteile mithilfe dieses Modells aus Zusammensetzung und Temperatur bestimmen lassen, ohne sie direkt beobachten zu müssen, ermöglicht es einem weiteren Modell dieses Systems – dem Modell, das die Röntgenbeugung dieses Metalls beschreibt –, diese experimentell zu messen und mithilfe des Braggschen Gesetzes zu identifizieren, welche dieser vorhandenen Phasen tatsächlich auftreten.

ID:4427