a fémek és ötvözetek kristályosodása;files.kecskesbertalan.webnode.hu/200000031... · fémek,...

A fémek és ötvözetek kristályosodása;

Készítette: Kecskés Bertalan Oldal 1

1 A fémek és ötvözetek kristályosodása

A fémek, ötvözetek atomjai olvadt állapotaikban a rövidtávú

rendezettség állapotában találhatók; az atomokra nem hatnak az azokat

rácspontokba rögzítő atomos kötőerők, mert az atomok mozgási energiája

nagyobb, azaz legyőzi a rácspontokba rögzítő atomos kötőerőt. Az olvadt

állapotú fémet, ötvözetet ömledéknek nevezzük; a fém olvadt állapotban,

úgynevezett megömlött formában található. A fémek, ötvözetek

kristályosodása, dermedése úgy megy végbe, hogy amikor az ömlött fém

hőmérséklete hőelvonás következtében lecsökken az olvadáspont

hőmérsékletére, a fém atomjainak az energiája, energia-szintje lecsökken

annyira, hogy a megömlött fémben össze-vissza, véletlenszerű

elhelyezkedésben az atomokra elkezdenek hatni az atomos kötőerők, ezért

az ömlött fémbe az említett atomcsoportosulásokból, kristályosodási

középpontok (kristálygócok, kristálycsírák) keletkeznek. Ezekhez a

kristálycsírákhoz kapcsolódnak a megömlött fém még rövidtávú rendezettség

állapotában lévő atomok, és kialakulnak az egyes szemcsék (krisztallitok).

Mivel általában minden kristályosodási középpont elemi celláinak az

elhelyezkedése (orientációja) eltérő, ezért ezek növekedése folytán

(kristályosodás során) egy zegzugos határfelületű szemcsehatárok állat

határolt sokszemcsés (sokkrisztallitos polikrisztallin) fém, illetve ötvözet

keletkezik.

1. ábra Kristályosodás folyamata

A fémeknek, ötvözeteknek azt a tulajdonságát, hogy bennük ömlött

állapotban kristályosodási középpontok keletkeznek kristályosodási

képességnek nevezzük. A kristályosodási képesség mértékegysége az

időegység alatt térfogategységben keletkező csírák száma.



A kristályosodási képesség jele:

[

]

Kristályosodási képesség függ:

a túlhűtés mértékétől (a túlhűtés mértéke azt mutatja meg, hogy

mennyire hűtöttük túl az olvadáspont hőmérséklete alá), valamint

a hűtés sebességétől (lassú, vagy gyors).

2. ábra

Kristályosodási sebességen a kristálycsírák lineáris növekedési ütemét étjük.

A kristályosodási sebesség jele:

[

] [

] [

]

3. ábra

A kristályosodási sebességet a hűtés gyorsasága nem befolyásolja, csak a

túlhűtés mértéke.



1.1 Lehűlési görbe

A lehűlési görbét általában az ömlött állapotú fém termikus analíziséhez

használja, ahhoz vesszük fel. A lehűlési görbe felvétele úgy történik, hogy egy

valamilyen edényben (általában hőálló, vagy tűzálló tégelyben) helyezi a

fémet, majd ezzel együtt egy olvasztásra alkalmas hevítő-berendezésbe

(általában kemencébe) teszik, és ott hőn tartják addig, amíg a fém, illetve az

ötvözet a kívánt hőmérsékletet el nem érte. Ezután a fémet, illetve az

ötvözetet tégelyestől kiteszik szabad levegőre, vagy a kemencével együtt

hagyják lehűlni. Az ilyen formában felhevített, az általában megolvadt

fémbe, vagy ötvözetbe egy hőmérőt merítenek, úgy hogy a hőmérő

érzékelője a fém, illetve az ötvözet közepén helyezkedjen el, és a hűlés

közben mérik a hőmérsékletet. A hűlésgörbe nem más, mint a fém, illetve az

ötvözet hőmérsékletének a változása az idő függvényében.

1.1.1 A hűlő fém, vagy ötvözet hőmérséklet változását leíró egyenlet:

( )

Differenciálisan kicsiny mennyiségnek választjuk:

( )

Az egyenlet átrendezését követően:

( )


Integráljuk a két oldalt:

∫

∫

Az integrálást elvégezve:

[ ( )]

[ ]

A zárójelet felbontva:

( ) ( )




( )

( )


(

)


( ) (

)


( ) (

)

c: fém, illetve ötvözet fajhője

m: fém, illetve ötvözet tömege

T: hőmérséklet különbség

α: hőátadási tényező

A: hőátadó felület

T: pillanatnyi hőmérséklete a fémnek

Tk: környezet hőmérséklete

t: azaz időtartam, amíg a hőmennyiséget átadja a

környezetének

4. ábra

2 Rendszer, fázis, egyensúly

2.1 Rendszer

Rendszernek nevezzük a térnek valós, vagy képzelt elhatárolt részét, ahol a

lejátszódó folyamatokat megfigyelni, vizsgálni, elemezni, befolyásolni tudjuk.

Rendszer lehet egyalkotós, egy fázisú (homogén), vagy többalkotós, több

fázisú (heterogén).

Egyalkotós a rendszer, ha egyféle elem, vagy egy anyag alkotja.

Többalkotós a rendszer, ha kettő, vagy több elem, illetve kettő, vagy

többféle anyag alkotja.



2.2 Fázis

Fázisnak nevezzük a rendszernek határfelületekkel elválasztott részei, melynek

tulajdonságaiban ugrásszerű változás nincs, és fizikailag elkülöníthetők.

Fázisok lehetnek:

Különféle halmazállapotok:

- gáznemű

- folyékony

- szilárd:

színfémek

szilárdoldatok

fémes vegyületek

különféle allotrop módosulatok

2.3 Egyensúly:

Egy rendszer egyensúlyban van, ha a környezetéhez képest a legkisebb

energiaszinten van; belőle fázis nem tűnik el, benne fázis nem keletkezik. Az

egyensúlyban lévő rendszerekre érvényes a Gibbs-féle fázisszabály (általános

esetben így szól):

Fémek, ötvözetek esetén mivel a fémek, ötvözetek ötvözését általában

atmoszférikus nyomáson végezzük, és az olvadt fémek, ötvözetek

gőznyomása elhanyagolhatóan kicsi, ezért a Gibbs-féle fázisszabály

-re modusul.

Szabadsági fokok fogalmán az állapottényezők azon számát értjük,

amelyeket szabadon változtathatunk anélkül, hogy a rendszer egyensúlya

megváltozna, megbomlana. Megváltozik a rendszer egyensúlya, ha benne új

fázis(ok) keletkeznek, vagy belőle fázis(ok) tűnnek el.

Állapothatározok fogalmán azokat a tényezőket értjük, amelyek a

rendszer állapotát meghatározzák.

Ezek:

a hőmérséklet,

a nyomás,

a koncentráció (összetétel).



2.3.1 A Gibbs-féle fázisszabály alkalmazási példái különféle általános rendszer esetén

a) Egy edény (pohár) víz

Fázisok száma: folyékony halmazállapot

A komponensek (alkotók) száma: csak víz

állapottényező változtatható

b) Egy edény víz, amely gőzölög

Fázisok száma: folyékony és gáznemű halmazállapot



c) Egy edény víz, amelyben jégdarabok úszkálnak

Fázisok száma: folyékony és gáznemű halmazállapot



d) Egy edény víz, amelyben jégdarabok úszkálnak és gőzölög

Fázisok száma: : folyékony és gáznemű halmazállapot


nem változtathatók az állapottényezők, mert a rendszerből

különben minimum 1 fázis eltűnik ( )

5. ábra



3 Ötvözet fogalma és fajtái:

Ötvözeten olyan látszatra egynemű fémtulajdonságú anyagot értünk,

amelyet két, vagy több fém, illetve két, vagy több fém és félfém (metalloid),

vagy két, vagy több fém és nem fém egyesítése, összeolvasztása, illetve

egymásba történő oldása útján nyerünk.

Ötvözetben az alkotók az alábbi formákban lehetnek jelen:

színfém

szilárdoldat

fémes vegyület

eutektikum

eutektoid

3.1 Színfém

A színfém szemcséit (krisztallitjait) alkotó rácsszerkezet (kristályrács)

rácspontjain azonos elem atomjai helyezkednek el. Jellemző rá, hogy egy

hőmérsékleten olvadnak, illetve dermednek meg. Mechanikai tulajdonságaik

általában a rácsszerkezeteiktől, illetve az atomfelépítésüktől függenek. A

színfémek mechanikai tulajdonságaik puhák, lágyak, jól alakíthatók.

6. ábra Lehűlési görbéik ideális alakja egyensúlyi lehűlés esetén

A színfémet általában vegyjeleikkel, vagy latin ABC nagybetűivel jelölik.

3.2 Szilárdoldat

Szilárdoldat az ötvözeteknek azon fajtáit képezik, amelyeknek a

szemcséit (krisztallitjait) felépítő rácsszerkezetben (kristályrácsban)

megtalálható az oldó és az oldott elem atomjai, és a szilárd oldatok

rácsszerkezete megegyezik egyik, vagy másik, vagy mindkét alkotó



rácsszerkezetével. A szilárdoldatra jellemző, hogy mechanikai tulajdonság

jellemzőik közül a szilárdsági jellemzők viszonylag alacsonyak, tehát puhák,

lágyak. Képlékenységi jellemzőik viszont kedvezők, mivel képlékenyen jól

alakíthatók.

Jellemzőjük, hogy a színfémektől eltérően nem egy hőmérsékleten,

hanem hőmérséklet közben olvadnak, dermednek meg.

Fajtái:

Helyettesítéses, vagy szubsztitúciós szilárdoldat

Közbeékelődéses, vagy intersticiós szilárdoldat

3.2.1 Szubsztitúciós szilárdoldat képződésének a feltételei

azonos rácsszerkezet

atomsugarak eltérése 15%-nál nem lehet nagyobb

azonos vegyérték, azonos számú szabadelektront adjanak a közös

elektronfelhőbe

az elektrokémiai sorba közel helyezkedjenek el egymáshoz, hogy fémes

vegyületet ne képezzenek.

Ha mind a négy feltétel teljesül, akkora korlátlan oldódásról beszélünk, azaz az

egyik elem atomjai a másik elem atomjai szinte teljesen kicserélhetők.

1. táblázat

7. ábra

A két fém,

vegyértékük és

rácsszerkezetűk

Az

atomsugarak

különbsége

(Δr) [%]

Az

oldódás

mértéke

Ag (I.

l.k.k)

Au (I.

l.k.k) 0,3

Ko

rlá

tla

n

Au (I.

l.k.k)

Cu (I.

l.k.k) 16,3

Ni (II.

l.k.k)

Pt (II.

l.k.k) 14,2

K (I.

t.k.k)

Rb (I.

t.k.k) 12,8

Cr (I.

t.k.k)

Mo (I.

t.k.k) 11,4

Mo (I.

t.k.k)

W (I.

t.k.k) 0,45

Mo (I.

t.k.k)

Nb (I.

t.k.k) 6,7

Cr (I.

t.k.k)

V (I.

t.k.k) 6,7

W (I.

t.k.k)

V (I.

t.k.k) 5,1

Mg (II.

hex.)

Cd (II.

hex.) 10,87

Au (I.

l.k.k)

Ni (II.

l.k.k) 19,6

Ni (II.

l.k.k)

Pd (0.

l.k.k) 13



3.2.2 Intersticiós szilárdoldat

Ezek olyan szilárdoldatok, ahol az oldott elem a rácshézagokban

helyezkedik el úgy, hogy az oldó fém rácsszerkezete megmarad.

Intersticiós szilárdoldat képződésének feltételei:

az oldott (közbeékelődő) elem atomsugara kisebb legyen, mint 10-7mm

Hidrogén:

Oxigén:

Nitrogén:

Karbon:

Bór:

Az intersticiós szilárdoldatnál korlátlan oldódás nem lehetséges, mert

olyan rács nincs, amely csak hézagokból állna. Pl.: vas-karbon ötvözet

szilárdoldatai közül mindhárom az

A szilárdoldatra jellemző, hogy mechanikai tulajdonság jellemzői közül a

szilárdsági jellemzőik viszonylag kicsik, tehát puhák, lágyak. Képlékenységi

jellemzőik viszont nagyok, mivel képlékenyen jól alakíthatók.

8. ábra Lehűlési görbéik ideális alakja egyensúlyi hűtés esetén

A szilárdoldatokat a görög ABC kisbetűivel jelöljük. A szilárdoldatokra

jellemző, hogy a színfémektől eltérően nem egy hőmérsékleten, hanem

hőmérséklet közben olvadnak, dermednek meg.



3.3 Fémes vegyületek

Az ötvözetek azon fajtája, amelyeknél a szemcséket (krisztallitokat)

alkotó fémes vegyület-rácsszerkezete eltér, különbözik az alkotó elemek

rácsszerkezetétől.

A fémes vegyületek megnevezés egyes vegyületekre nem kifejezetten

helyes, mert bizonyos fémes vegyületek nem kifejezetten fémesen

viselkednek, ezért az intermetallikus, vagy köztes vegyület lenne a helyesebb,

de a nemzetközi meghatározásban fémes vegyület honosodott meg, ezért mi

is a fémes vegyület elnevezést használjuk.

Fajtái:

ionvegyületek

elektronvegyületek

intersticiós vegyületek

Ionvegyületek olyan elempárok között jönnek létre, amelyeknek külső

elektronhéján egy, vagy két elektron kering; illetve egy, vagy két elektron

hiányzik ahhoz, hogy a külső elektronhéj telített legyen. Így amelyiknek a külső

elektronhéján egy-két elektron kering, az átadja a szabad elektronjait annak

az elem atomjának, amelynek a külső elektronhéján egy-két elektron hiányzik

a héj telítettségéhez, így a rácspontokon pozitív töltésű ionok és negatív

töltésű ionok között kialakuló ionos kötés következtében ionvegyület

keletkezik. Mindezek erősen fémes természetű fémek (Mg), illetve átmeneti

fémek (Fe) és a nem fémes, illetve metalloid elemek között alakulnak ki. Az

ionvegyületek az alkotó elemek a vegyértéküknek megfelelő arányban

egyesülnek. A vegyület állandó természetű fázisainak köszönhetően az alkotó

elemek alig, vagy egyáltalán nem oldják egymást ezért a vegyület

összetétele állandónak tekinthető, nehezen olvadnak meg, illetve nagy

keménység jellemzi őket.



9. ábra

2. táblázat Fontosabb ionvegyületek

Rácstípus Megfelelő fémes vegyületek

NaCl szabályos rendszer MgSe, CaSe, SrSe, BaSe, CaTe, SrTe, BaTe,

MnSe, SnTe, PbSe, SnAs, SnSb

CaF2 szabályos rendszer Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, Mg2Pb, Cu2Se

ZnS szabályos rendszer

BeS, CdS, HgS, AlP, GaP, BeSe, ZnSe, CdSe,

HgSe, AlAs, GaAs, BeTe, ZnTe, CdTe, HgTe,

AlSb, GaSb, InSb

NiAs hexagonális

CrS, CoS, FeS, NiS, CoSe, NiSe, FeSe, CrSe,

CoTe, FeTe, NiTe, CrTe, MnTe, PdTe, PtTe,

FeSn, NiSe, CoSb, FeSb, NiSb, MnSb, MnAs,

NiAs, NiSi, CuSn

Az elektronvegyületek nehezen olvadó egy vegyértékű fémek, illetve

átmeneti fémek és könnyen olvadó fémek között alakulnak ki. Az

elektronvegyületek összetételét nem az alkotóik kémiai vegyértéke, hanem a

vegyületben résztvevő szabadelektronok és az atomok aránya határozza

meg, hasonlóan mint, a szilárdoldatoknál. A szabadelektronok és az atomok

aránya meghatározza a elektronvegyület rácsszerkezetét. Általában három

fajta rácsszerkezetű elektron vegyületet különböztetünk meg, amelyeket β, γ

és ε-nal is szokás jelölni. Ha a szabadelektron és atom arányt N:M-mel jelöljük

akkor az N a szabadelektronok számára az M az atomok számára utal. A

vegyület kevésbé állandó természetű fázisainak köszönhetően az alkotó

elemek jelentős mértékben oldják egymást ezért a vegyület összetétele nem

állandó, olvadáspontjuk rendszerint alacsonyabb a két alkotó olvadás

pontjától, illetve az ionvegyületekhez képest kisebb keménységűek.



10. ábra

3. táblázat Néhány ötvözet rendszer elektronvegyülete

A fázis jele

Elektron:atom

Rácsszerkezet

β γ ε 150:100=3:2 162:100=21:13 175:100=7:4

szabályos térben

középpontos

szabályos komplex

(52 atom/cella) hexagonális

Cu-Zn rendszer CuZn Cu5Zn8 CuZn3

Ag-Zn rendszer AgZn Ag5Zn8 AgZn3

Ag-Cd rendszer AgCd Ag5Cd8 AgCd3

Ag-Al rendszer Ag3Al - Ag5Al3

Cu-Sn rendszer Cu5Sn Cu31Sn8 Cu3Sn

Cu-Si rendszer Cu5Si Cu31Si8

- Co*-Zn rendszer CoZn3 Co5Zn21

Fe*-Zn rendszer -

Fe5Zn21

Pt-Zn rendszer Pt5Zn21

*Az átmeneti fémek (Fe, Co) vegyértékét nullának tekintjük.

Interszticiós vegyületek nagy atomátmérőjű fémes elemek és kis

atomátmérőjű fémes és metalloid elemek között jönnek létre. Ha az

atomsugarak hányadosa 1,7-nél nagyobb, akkor egyszerű interszticiós

vegyületek keletkeznek, ha az atomsugarak hányadosa 1,7-nél kisebb, akkor

komplex interszticiós vegyületek keletkeznek, olyan komplex vegyületek,

amelyeknél egy kis atomátmérőjű elemhez két, vagy több nagyobb

atomátmérőjű elem kapcsolódva hozza létre az interszticiós vegyületet. A

vegyületet általában állandó természetű fázis jellemzi, de vannak köztük

kevésbé állandó (metastabilis) természetű fázisok is (Fe3C). A vegyület alkotó

elemei egyáltalán nem oldják egymást. Az interszticiós vegyületek nagyon

kemények. Képleteik nem molekulát jelölnek, hanem az alkotók arányát

adják meg.



4. táblázat Néhány fontosabb interszticiós vegyület

Hidridek (H) Oxidok (O) Nitridek (N) Karbidok (C) Boridok (B)

UH Fe2O3 TiN TiC CrB

Fe3O4 TaN TaC NiB

Fe2N Fe3C

Fe4N WC

AlN W2C

Cr23C6

(CrMn)23C6

Lehűlési görbéik ideális alakja:

11. ábra Nyílt maximumos vegyületképződés esetén

12. ábra Peritektikus reakció esetén



3.4 Eutektikum

Az ötvözetek azon fajtája, ahol egy eutektikus összetételű ömledék egy

hőmérsékleten a két alkotó apró szemcséinek (krisztallitjainak) elegyévé

dermedő szemcsékké (krisztallitokká) alakulnak. Eutektikum: jól olvadót jelent.

Az ötvözetrendszer legalacsonyabb olvadáspontú ötvözete.

Kétfázisú szövetelem:

ágyazó és

ágyazott fázisokból áll.

Fázisai lehetnek:

- színfém – színfém

- színfém – szilárdoldat

- színfém – fémes vegyület

- szilárdoldat – szilárdoldat

- szilárdoldat – fémes vegyület

- fémes vegyület – fémes vegyület

Az eutektikumot alkotó szemcsék (krisztallitok) ágyazó fázisaiban az ágyazott

fázis elhelyezkedhet:

- szemcsés, pettyes, vagy gömbös alakban,

- lemezes alakban,

- tűs alakban,

- rudas alakban.

Emiatt az eutektikum is lehet:

- szemcsés, pettyes, vagy gömbös alakban,

- lemezes alakban,

- tűs alakban,

- rudas alakban

Tulajdonságai:

Mechanikai: az ágyazó és az ágyazott fázisok tulajdonságától

függenek. Ha az eutektikum ágyazó és ágyazott fázisa puha, lágy,

képlékenyen jól alakítható, az eutektikum is jól alakítható. Ha az eutektikum

ágyazó fázisa puha, lágy, jól alakítható, az ágyazott fázis kemény, rideg,

egyáltalán nem alakítható, az eutektikum csak részben alakítható. Ha az

eutektikum ágyazó fázisa kemény, rideg, képlékenyen egyáltalán nem

alakítható, az eutektikum sem alakítható.



Lehűlési görbéik ideális alakja:

13. ábra

Eutektikum egy hőmérsékleten olvad, illetve dermed meg a színfémekhez

hasonlóan.

3.5 Eutektoid

Az ötvözeteknek az a fajtája, amikor egy szilárd fázis az alkotó fázisok

apró krisztallitjainak elegyévé alakul át egy hőmérsékleten; az eutektoidos

átalakulás hőmérsékletén. Míg az eutektikumnál egy folyékony fázis (az

ömledék) átalakul egy hőmérsékleten kettő szilárd fázissá, addig az eutektoid

esetében egy szilárd fázis alakul egy hőmérsékleten két szilárd fázissá.

Jellemzői hasonlóak az eutektikum jellemzőihez.

Tulajdonsága: az eutektoid kétfázisú szövetelem.

Mind az eutektikum, mind az eutektoid átalakulással keletkezik;

mindkettő egy hőmérsékleten (más és más), mindkettő kétfázisú szövetelem.

Lehűlési görbéjének, jellegzetes alakjának egy részlete:

14. ábra



4 Kétalkotós egyensúlyi diagramok származtatása, kezelése, kezelési szabálya

15. ábra

Egyensúlyi diagramot (fázisdiagramok) azért nevezzük egyensúlyi

diagramnak, mert a két alkotó minden lehetséges összetételű

(koncentrációjú) ötvözetnek egyensúlyi hűtéssel felvett hűlésgörbéinek a

töréspontjai alapján szerkesztették. Egyensúlyi diagram egyensúlyi hűtés,

illetve hevítés esetén mutatja meg az ötvözet-rendszerben végbemenő,

lejátszódó változásokat. Egyensúlyi hűtés fogalmán olyan végtelen lassú

hűtést értünk, hogy a rendszer egyensúlyi módon hűl, a környezetéhez képest

szinte alig hűl (majdhogynem nem is hűl, de azért mégis hűl).

Egyensúlyi diagramok arra valók, hogy megvizsgáljuk, hogy egy adott

összetételű (koncentrációjú) ötvözet-rendszerben:

- hány fázis,

- milyen fázis,

- milyen koncentrációjú fázis,

- milyen mennyiségben alkotja, valamint hőmérsékletváltozás hatására

milyen változás következik be a fázisok számában, a fázisok

milyenségében, a fázisok koncentrációjában (összetételében) és a

fázisok mennyiségében.

Ennek a vizsgálatnak az eszköze a termikus analízis. A termikus analízist

az fázisdiagramban úgy végezzük, hogy megkeressük a hőmérsékletét és az

ötvözet összetételét jelző vonal metszéspontját.



Ha a metszéspont:

- Egyfázisú mezőbe esik (nem teszünk semmit), a rendszert egy fázis

alkotja; olyan fázis alkotja, amelynek a mezejébe esik az említett

metszéspont. A fázis összetételét (koncentrációját) a metszéspont

függőleges levetítése adja (meg kell egyezni az adott összetétellel). A

rendszert alkotó egy fázis 1∙100=100%-nyi mennyiségben alkotja a

rendszert.

- Kétfázisú mezőbe esik, akkor a ponton keresztül fázishatártól fázishatárig

húzunk egy vízszintes izotermát konódát.

A konóda végpontjainak száma megadja a rendszert alkotó

fázisok számát.

A fázisok milyenségét - hogy milyen fázishatárt metsz a konóda

vége.

A fázisok összetételeit (koncentrációit) - a konódának a

fázishatárral vett metszéspontjának a függőleges levetítése adja.

A fázisok mennyiségét - a fordított karok szabályával

határozhatjuk meg.

- Háromfázisú mezőbe esik, akkor a ponton keresztül (végig a vízszintes

egyenesen) húzunk egy vízszintes izotermát, egy konódát

A konódának a fázishatárokkal vett metszéspontjainak a száma

megadja a fázisok számát.

A fázisok milyenségét - olyan fázisok alkotják a rendszert, amilyen

fázisok határait metszi a konóda.

A fázisok összetételeit (koncentrációit) - a konódának a

fázishatárokkal vett metszéspontjának a függőleges levetítése

adja.

A fázisok mennyiségeit háromfázisú rendszerben nem lehet

meghatározni, mert időben állandóan változik.

a) Egyfázisú rendszerben semmilyen minőségi és mennyiségi változás nem

játszódik le, mert a rendszernek mindig egy fázisú, mindig ugyanaz a fázis,

mindig ugyanolyan összetételben (koncentrációban) és mindig 100%-nyi

mennyiségben alkotja.

b) Kétfázisú rendszerben mindig kiválás játszódik le; az a fázis válik ki,

amelynek a mennyisége növekszik, abból a fázisból, amelynek a

mennyisége a hőmérsékletváltozás (csökkenés) hatására csökken.

c) Háromfázisú rendszerben általában mindig egy hőmérsékleten átalakulás

történik. Az átalakulása lehet:

c.1. eutektikumos átalakulás,

c.2. eutektoidos átalakulás,



c.3. peritektikus reakció,

c.4. nyílt maximumos átalakulás

Mivel a kétalkotós egyensúlyi diagramokat (fázisdiagramok) az

egyensúlyi hűtéssel felvett hűlésgörbéik alapján azok töréspontjaiból

szerkesztettük, ezért a kétalkotós egyensúlyi diagramok (fázisdiagramok)

alapján visszafelé megszerkeszthető a lehűlési görbének az ideális alakja.

Kétalkotós egyfázisú rendszerben a lehűlési görbe ideális alakja:

16. ábra

Kétalkotós kétfázisú rendszerben a lehűlési görbe ideális alakja:

17. ábra

Kétalkotós háromfázisú rendszerben a lehűlési görbe ideális alakja:

18. ábra



4.1 A fázisok mennyiségének meghatározása kétfázisú rendszerben

19. ábra

Az ötvözet a%A+b%B és a tömege legyen 1kg. T hőmérsékleten az ötvözet

egy része (x kg) folyékony halmazállapotú, másik része (1-x kg) szilárd

halmazállapotú.

ömledék+ szilárdoldat=1kg

A folyékony fázis az ömledék koncentrációja:

(( ) ( ) )

( ) ( ) ( )

( )

Az ömledék mennyisége:



A szilárd fázis az α szilárdoldat koncentrációja:

(( ) ( ) )

A szilárd fázis mennyiség:

Az szilárdoldat mennyiség:

5 Az egyensúlyi diagramok (fázisdiagram) különféle mezőinek felismerése

I. Egyfázisú mezők

1. Ömledék:

Az egyensúlyi diagramok (fázisdiagramok) legmagasabb

hőmérsékletű azon területei, amelyeket alulról görbe, egyenes

likvidusz, vagy likviduszágak határolnak.

2. Színfém:

Az egyensúlyi diagramok (fázisdiagramok) egyik, vagy másik, vagy

mindkét szélső koncentrációjánál (0%, 100%) lévő azon függőleges

egyenesek, amelyekbe alulról vízszintes szolidusz, vagy vízszintes

szolidusz jellegű vonalak csatlakoznak. (A függőleges egyenesként

jelentkező fázismező végtelen kis koncentrációközű egyfázisú mezőnek

tekintendők)

3. Szilárdoldat:

Az egyensúlyi diagramok (fázisdiagramok) egyik, vagy másik, vagy

mindkét szélső koncentrációjáig (0%; 100%) terjedő azon területek,

amelyeket felülről görbe, egyenes, lejtős szolidusz, vagy szolidusz

jellegű vonal(ak) határolnak, alulról semmi, vagy görbe, egyenes,

lejtős likvidusz jellegű vonalak határolják.



4. Fémes vegyület:

a) az egyensúlyi diagramok (fázisdiagramok) függőleges egyenesei a két

szélső koncentráció kivételével (0%; 100%), amely mellett nincs

közvetlenül egyfázisú mező, (A függőleges egyenesként jelentkező

fázismező végtelen kis koncentrációközű egyfázisú mezőnek

tekintendők)

b) illetve azon területek az egyensúlyi diagramokban, amelyek nem

terjednek egyik szélső koncentrációig sem (0%; 100%), és felülről görbe,

egyenes, lejtős szolidusz, vagy szolidusz jellegű vonalak határolják, alulról

semmi, vagy görbe, egyenes lejtős likvidusz jellegű vonalak határolják.

II. Kétfázisú mezők:

1. Likvidusz és szolidusz közé eső terület.

2. Két egyfázisú mező közé eső terület.

3. Azok a területek az egyensúlyi diagramban (fázisdiagramokban), amelyeket

alulról, vagy felülről, vagy alulról és felülről vízszintes izoterma, vagy izotermák

határolnak.

III. Háromfázisú mezők:

A háromfázisú mezők az egyensúlyi diagramban (fázisdiagramokban)

vízszintes egyenesként jelentkeznek. (A vízszintes egyenesek végtelen kis

hőfokközű mezőnek, háromfázisú mezőnek tekintendők.)

- Az egyensúlyi diagramban (fázisdiagramokban), ahol vízszintes szoliduszba

felülről egy pontba két likvidusz ág csatlakozik, ott EUTEKTIKUS, vagy

EUTEKTIKUMOS átalakulás játszódik le; ez az összetétel (koncentráció) az

EUTEKTIKUMOS összetétel.

- Az egyensúlyi diagramban (fázisdiagramokban), ahol egy pontban felülről

vízszintes szolidusz jellegű vonal, két likvidusz jellegű vonallal csatlakozik, ott

EUTEKTOIDOS átalakulás játszódik le; és ez az összetétel (koncentráció) az

EUTEKTOIDOS összetétel.

- Az egyensúlyi diagramban (fázisdiagramokban), ahol vízszintes egyenesbe

(szolidusz, vagy szolidusz jellegű) alulról egy pontba két vonal csatlakozik,

annál a összetételnél (koncentrációnál) a vízszintes izoterma hőmérsékletű

PERITEKTIKUS reakció játszódik le.



Peritektikus reakciónál keletkezhet:

szilárdoldat,

vagy fémes vegyület.

Az egyensúlyi diagramban (fázisdiagramokban), ha húzunk egy

bármilyen helyzetű egyenest, vagy görbe vonalat (lehet ferde, függőleges,

vízszintes), minden vonalmetszésnél a fázisok száma minimum (legalább)

eggyel megváltozik.

Ahány ága van a likvidusznak, annyi az elsődlegesen (primeren) kristályosodó,

azaz az ömledékből kiváló fázisok száma.

Konóda:

Két, vagy háromfázisú mezőben fázishatártól fázishatárig húzott vízszintes

izoterma. Egyfázisú mezőbe konódát húzni tilos.

A konóda megmutatja:

a fázisok számát,

a fázisok milyenségét,

a fázisok koncentrációját,

a fázisok mennyiségeit.

Kétalkotós ötvöző rendszer esetén egy meghatározott hőmérsékleten a

fázisok milyenségét és mennyiségét ábrázoló, szemléltető diagramot

fázismennyiség diagramnak nevezzük. Fázismennyiség diagram szerkeszthető

minden olyan hőmérsékletre, ahol a rendszerben fázisok mennyisége nem

változik. Három fázisú rendszerek esetén átalakulási hőmérsékleten

eutektikumos, eutektoidos átalakulás, peritektikus reakciónál, illetve

rácsátalakulásnál fázismennyiség diagram nem szerkeszthető.

A termikus analízis során azt állapíthatjuk meg, hogy egy adott

összetételű (koncentrációjú) ötvözet egy adott hőmérsékleten (,vagy

másképpen a vizsgált rendszer) hány fázist, milyen fázist, milyen összetételű

(koncentrációjú) fázist, vagy fázisokat, illetve milyen mennyiségben tartalmaz.

Megvizsgálhatjuk, hogy hőmérsékletváltozás hatására milyen változás

következik be a fázisok számában, a fázisok milyenségében, a fázisok

összetételében (koncentrációjában), illetve a fázisok mennyiségében.

A mikroszkópon látható kép az ötvözet szövetképe, amely

szövetelem(ek)-ből épül fel. Egy szövetképet egy, vagy több szövetelem is

felépíthet. A szövetelem nem más, mint egy szemcsének (krisztallitnak) a

jellemző képe, vagy mintázata. A szövetelemeket fázisok alkotják, ezek az

alkotó-fázisok. Ha egy szövetelem kiválással jön létre, mindig egy fázis alkotja.



Ha egy szövetelem átalakulással keletkezik, azt mindig két fázis alkotja, kivéve

a peritektikus reakciót, ahol két fázisból egy fázis keletkezik, ezért a peritektikus

reakciót nem a klasszikus átalakulás fogalmával jellemezzük, hanem a kiválás

jellegű átalakulásnak hívjuk. A szövetelem mennyiségének a

meghatározásánál mindig úgy kell eljárni, hogy annak a fázisnak a

mennyiségét határozzuk meg, amiből az adott szövetelem keletkezik, vagy

amivel egyenértékű.

a fémek és ötvözetek kristályosodása;files.kecskesbertalan.webnode.hu/200000031... · fémek,...

Documents