LS6.2 Legierungssysteme

Legierungssysteme

Legierungssysteme (auch Phasendiagramme genannt) beziehen sich auf die verschiedenen Zusammensetzungen von Metallen und Nichtmetallen, die miteinander kombiniert werden, um Legierungen mit spezifischen Eigenschaften und Anwendungen zu schaffen. Es kann als eine Art "Rezept" für die Herstellung einer Legierung mit bestimmten gewünschten Eigenschaften betrachtet werden.

Es gibt eine Vielzahl von Legierungssystemen, z.B.:

• Binäre Legierungssysteme: Diese bestehen aus zwei Elementen. Ein typisches Beispiel ist Messing, das aus Kupfer und Zink besteht oder Stahl, welches aus Eisen und Kohlenstoff besteht.

• Ternäre Legierungssysteme: Diese enthalten drei Elemente. Ein Beispiel ist eine Legierung aus Aluminium, Nickel und Kobalt.

• Quaternäre Legierungssysteme: Diese bestehen aus vier Elementen, usw.

Um das wesentliche zu verstehen, begrenzen wir uns hier auf binäre Legierungssysteme, also aus Legierungen mit 2 Elementen.

Gefüge

Das Gefüge einer Legierung bezeichnet die Mikrostruktur des Materials, einschließlich der Anordnung, Größe, Form und Verteilung der verschiedenen Phasen und Körner innerhalb der Legierung. Es ist ein kritischer Faktor, der die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Legierung stark beeinflusst, wie Festigkeit, Härte, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit.

In Legierungssystemen werden zwei Arten von Gefüge unterschieden:

• Mischkristall (MK): Eine Mischung von Atomen verschiedener Elemente in einem einzigen, geordneten Kristallgitter. Das Gitter enthält Zwischengitteratome oder Substitutionsatome. Alpha-Mischkristalle nennt man Mischkristalle mit der Hauptkomponente A, Beta-Mischkristalle nennt man Mischkristalle mit der Hauptkomponente B.
• Kristallgemisch: Eine Mischung, bei der verschiedene Kristallgitter nebeneinander existieren, jede mit ihrer eigenen geordneten Struktur. Es gibt also mehrere Gitter nebeneinander, die alle jeweils nur aus einem Element bestehen.

Einlagerungs- und Substitutionsatome

Bei einem Mischkristall sich verschiedene Elemente, also verschiedene Atome in einem Gitter an. Dabei werden zwei Arten unterschieden:

• Zwischengitteratome
• Substitutionsatome

Zwischengitteratome sind viel kleiner als das Hauptelement. Wenn die Metalle erstarren, bleiben die Zwischengitteratome zwischen den Gittern.

Substitutionsatome substituieren / ersetzen die Atome der Hauptelemente. In einem Gitter ist dann z.B. an einer "Ecke" ein Substitutionsatom.

Beide Arten führen zu einer Erhöhung der Festigkeit und Härte.

Lernvideo Legierungssysteme

Die genannten Beispiele im Video (z.B. für A Blei ...) für Metalle sollen nur verdeutlichen, dass es unterschiedliche Metalle sind.

• Schauen Sie sich zunächst das Lernvideo auf Ihrem gewünschten Level an und machen Sie sich Notizen. Der Anfang ist bei allen Videos gleich.
• Erstellen Sie mit Ihrer Gruppe eine Präsentation über das gewählte Legierungssystem.
• Präsentieren Sie die Präsentation, z.B. im Galeriegang. Jeder muss alles präsentieren können.
• Besprechen Sie die Inhalte und Fragen gemeinsam in der Klasse.

Level 1 - vollständige Löslichkeit im festen Zustand (z.B. Gold und Silber)

Level 2 - vollständiger Unlöslichkeit im festen Zustand (z.B. Zinn und Blei)

Level 3 und 4 - begrenzter Löslichkeit im festen Zustand (z.B. Kupfer und Aluminium)