Werkstoffkunde 1 (Fach) / Diffusion und Phasenumwandlung (Lektion)

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• Diffusionswege beschreiben die in realen, fehlerbehafteten Kristallen möglichen Orte für irreversible Platzwechselvorgänge. Entlang welcher Gitterbaufehler bewegen sich die diffundierenden Atome bei der Grenzflächendiffusion? Nennen Sie den Fachbegriff für zwei dieser Gitterbaufehler. Korngrenzen (Poren, Lunker, Kristallaußenflächen)
• Wie bezeichnet man die Keimbildung, bei der die neue Phase bevorzugt an Defekten wie Leerstellen, Versetzungen, Korngrenzen, etc. gebildet werden? heterogene Keimbildung
• In welchem Zusammenhang stehen der Kohlenstoffgehalt (in einem Kohlenstoffstahl), die Martensitstarttemperatur Ms und die maximal erreichbare Härte des (bei hinreichend schneller Abkühlung gebildeten) martensitischen Gefüges? Härte nimmt zu MS nimmt ab
• Diffusionsmechanismen beschreiben die Art des Platzwechselvorgangs während der Diffusion. Nennen Sie die Fachbegriffe für drei unterschiedliche Diffusionsmechanismen im (abgesehen von nulldimensionalen Gitterbaufehlern) idealen Kristallgitter. Leerstellenmechanismus Zwischengittermechanismus Austauschmechanismus
• Diffusionswege beschreiben die in realen, fehlerbehafteten Kristallen möglichen Orte für irreversible Platzwechselvorgänge. Entlang welcher Gitterbaufehler bewegen sich die diffundierenden Atome bei Schlauchdiffusion? Nenn Sie den Fachbegriff. Versetzungen
• Welcher Diffusionsmechanismus wird durch Anwesenheit von Gitterleerstellen ermöglicht, wobei das diffundierende Atom seinen Gitterplatz verlässt und eine Leerstelle bestzt? Nennen Sie den Fachbegriff. Leerstellenmechanismus (Wagner-Schottky-Mechanismus)
• Welche Kenngröße (die üblicherweise durch die Variable nu dargestellt ist) beinhaltet den Ausdruck für die thermodynamische Wahrscheinlichkeit eines Platzwechsels und gibt somit die Häufigkeit an, mit welcher die Atome ihren Platz verlassen? Sprungfrequenz ν
• Geben Sie die Formel für die gesuchte Größe in Abhängigkeit der Debye-Frequenz ν_0, der Temperatur T, Wanderungsenthalpie G_w und der allgemeinen Gaskonstante R wieder. ν = v0 * exp(-GW/RT)
• Geben Sie die Einheit und die Größenordnung der Debye-Frequenz an. ca. 1013 s-1
• In manchen Metalllegierungen kann bei genügend schneller Abkühlung ein metastabiles Gefüge diffusionslos und athermisch durch eine kooperative Schwerbewegung aus dem Ausgangsgefüge entstehen. Wie lautet der Fachbegriff für eine solche Umwandlung? martensitische Umwandlung
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• Die Umwandlungsfronten einer diffusionlosen Umwandlung breiten sich meist sehr schnell im Kristall aus. Welche werkstoffspezifische Geschwindigkeit ist die obere Grenze für die Geschwindigkeit der Umwandlungsfront? Schallgeschwindigkeit
• Wie bezeichnet man die Keimbildung bei der die neue Phase spontan ohne Fremdhilfe aus der Mutterphase gebildet wird? homogene Keimbildung
• Beim Aufkohlen von unlegierten Stählen diffundiert Kohlenstoff in den Werkstoff. Welcher Diffusionsmechanismus ist hierbei maßgeblich beteiligt? Zwischengittermechanismus
• Diffusionsmechanismen beschreiben die Art des Platzwechselvorgangs während der Diffusion. Welcher Diffusionsmechanismus ist besonders relevant bei der Diffusion von substitutionell gelösten Fremdatomen? Austauschmechanismus
• Diffusionswege beschreiben die in realen, fehlerbehafteten Kristallen möglichen Orte für irreversible Platzwechselvorgänge. Nennen Sie die Fachbegriffe für drei unterschiedliche Diffusionswege, die sich in ihrer Dimension unterscheiden. 0-dimensional: Gitter-, Volumendiffusion 1-dimensional: Versetzungs-, Schlauchdiffusion 2-dimensional: Grenzflächendiffusion
• Beim Aufkohlen von unlegierten Stählen diffundiert Kohlenstoff in den Werkstoff. Welcher Diffusionsmechanismus ist hierbei maßgeblich beteiligt? Zwischengittermechanismus
• Diffusionsmechanismen beschreiben die Art des Platzwechselvorgangs während der Diffusion. Welcher Diffusionsmechanismus ist besonders relevant bei der Diffusion von interstitiell gelösten Fremdatomen? Zwischengittermechanismus
• Welcher Zusammenhang gilt zwischen der Aktivierungsenergie Q und der Geschindigkeit v eines durch Diffusion gesteuerten Vorgangs (z.B. den Platzwechsel von Atomen? Bezeichnen Sie die verwendete(n) Naturkonstante(n) und Variablen v = v0 * exp(-(Q-TSw)/RT) v0: Debye-Frequenz Q: Aktivierungsenergie TSw: Wanderungsentropie R: allgemeine Gaskonstante T: Temperatur
• Welche Kristallstruktur entsteht durch die martensitische Umwandlung der kfz Phase (Austenit) von Fe-C-Legierungen? Welche Kristallebene der kfz Phase bleibt dabei erhalten und welcher Ebene entspricht diese Kristallebene im neu gebildeten Kristallgitter? Geben Sie in beiden Kristallsystemen die Millerschen Indizes dieser speziellen Kristallebene (der sog. Habitusebene) an. tetragonal raumzentriertes Martensit (α') entsteht {111}γ bleibt erhalten und entspricht (011)α' (Habitusebene) formal: {111}γ || (011)α'
• Betrachtet werde eine diffusionsgesteuerte Phasenumwandlung. Wie ändern sich mit zunehmender Unterkühlung die (auf die Phasenumwandlung wirkende) thermodynamische Triebkraft und die Diffusionsgeschwindigkeit? Triebkraft Δgv steigt (spezifische freie Enthalpie) Δgv = Δhv * (1-T/TE) Umwandlungstemperatur TE
• Betrachtet werde die martensitische Umwandlung der kfz Phase (Austenit) von Fe-C-Legierungen. Was versteht man unter der sogenannten Habitusebene? (011)α' Ebenen des Martensits liegt parallel zu den (111)γ Ebenen des Austenits gemeinsame Kristallabene {111}γ bleibt während der Phasenumwandlung erhalten Habitusebene {111}γ
• Reines Beryllium wandelt beim Abkühlen von kubisch raumzentrierten beta-Be in hexagonales alpha-Be um. Um welche Form der Phasenumwandlung handelt es sich hierbei? martensitische Phasenumwandlung
• Betrachtet werde die Gefügeentwicklung beim langsamen Abkühlen eines untereutektoiden Stahls aus dem gamma-Gebiet bis zur eutektoiden Temperatur. Welche Phase wird ausgeschieden? Wo lagert sich diese Phase an? Wie änder sicht die Kohlenstoffkonzentration im Austenit? α-Phase wird ausgeschieden lagert sich in γ-Matrix an Kohlenstoffkonzentration im Austenit nimmt ab
• Nennen Sie die maximale Löslichkeit (in Masse-%) von Kohlenstoff in gamma-Eisen und die Temperatur, bei der dieses Maximum erreicht wird. Geben Sie die Konzentration auf zwei Nachkommastellen genau an. 2,05 Masse-% 1147°C

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