Legeringer Per-Einar Rosenhave 03.04.2017 Legering foregår når materialet er smeltet. Når Hydro lager en AlMg2Si-legering, smelter de aluminiumen, putter oppi magnesium og silisium, rører om og støper det hele ut. 03.04.2017

Legering Metaller blir nesten aldri brukt i ren form. Så godt som alle metallene rundt oss er legeringer En legering er er en sammensmeltet eller sammensintret stoffblanding som inneholder minst ett metall og har metalliske egenskaper Eksempler på innlegerte metaller er sink i messing, tinn i bronse og magnesium og silisium i aluminium. Eksempler på ikke-metalliske legeringselementer er karbon i stål. 03.04.2017

Faser En fase er en homogen del av et materiale En fase har samme gitterstruktur over alt En fase har tilnærmet lik kjemisk sammensetting over alt Det finnes en definert grense mellom en fase og omgivelsene I et delvis smeltet rent metall regnes smeltet metall som en fase og størknet metall som en annen fase Spørsmål: er substitusjonelt løste sinkatomer i messing en fase? (Svar: Ja. De vanligste fasene er smelte, rent metall og fast løsning. Fast løsning vil si at gitteret inneholder minst to atomslag der løsningsatomene ligger i gitteret til basismetallet) 03.04.2017

Eksempel: Magnesium Egner magnesium seg til deler i et romfartøy? Trykket i verdensrommet er svært lavt, og vi ser at ved litt under ½ atmosfæres trykk går magnesium over fra fast form til damp ved ca. 700 °C (Sublimasjon) 03.04.2017

Faseomdanninger Drivende kraft: Minimum fri energi Gibbs frie energi: Entalpi – varme For et system i likevekt er Gibbs frie energi = 0 03.04.2017

Størkningsdiagram for vann 03.04.2017

Størkningsdiagram for et rent metall 03.04.2017

Fasediagram Fasediagrammet viser hvilken tilstand en legering befinner seg i som funksjon av temperatur og sammensetting Ut fra fasediagrammet kan vi bestemme sammensettingen til de ulike fasene Vi bruker fasediagrammer for å forutse hvordan en legering vil bli og hvilke egenskaper vi kan forvente av den 03.04.2017

Løselighet Vann og alkohol er fullstendig løselige i hverandre. Det samme er nikkel og kobber Salt er bare delvis løselige i vann. Dersom vi heller mye salt i et vannglass, får vi to faser; Saltvann og salt. Blander vi mer enn 30 % sink i kobber, får vi to faser; En kobberfase som inneholder 30 % sink og overskytende sink. 03.04.2017

Binære fasediagram for fullstendig blandbare elementer Fullstendig blandbarhet fordrer lik gitterstruktur, omtrent lik atomstørrelse og like elektrokjemiske egenskaper Gitteret inneholder begge atomslagene Fasediagrammet blir ei pølse Den ferdige legeringen inneholder bare en fase 03.04.2017

Fasediagram for to fullstendig blandbare metaller 03.04.2017

Fasediagram for NiCu 03.04.2017

Fasediagram for to metaller som ikke er blandbare 03.04.2017

Eutektisk legering 03.04.2017

Undereutektisk legering 03.04.2017

Fasediagram for to metaller som er delvis løselige i hverandre Linjen ABC viser løseligheten av kobber i sølv Linjen FGH viser løseligheten av sølv i kobber Diameter Ag=0,2889 nm Diameter Cu= 0,2556 nm Forskjellen er 11 %. 03.04.2017

03.04.2017

03.04.2017

03.04.2017

03.04.2017

03.04.2017

Faseomdanninger i fast tilstand Dersom en legering reduserer den frie energien ved å forandre fase, gjør den det. Drivende kraft: Reduksjon av fri energi G = H-TdS Den drivende kraften er proporsjonal med underkjølingen G=Gibs fri energi H = Enthalpi T=absolutt temperatur S=entropi 03.04.2017

Diffusjon Faseomdanning i fast tilstand krever diffusjon Diffusjon er forflytting av atomer mellom fasene. Atomene vandrer fra områder med høy konsentrasjon til områder med lav konsentrasjon. Diffusjon tar tid. Små, interstitielt løste atomer diffunderer lettere enn store, substitusjonelt løste atomer 03.04.2017

Omdanningshastighet Inkubasjonstiden skylles at det kreves mye fri energi for at omdanningen skal starte Ved synkende temperatur øker den drivende kraften, mens diffusjonshastigheten avtar ved lavere temperatur. Disse motvirkende faktorene fører til et makspunkt på hastighetskurven Ved lav temperatur er diffusjonshastigheten svært lav. Strukturer som bråkjøles til romtemperatur kan bevares ”evig” 03.04.2017

Utskilling starter i korngrensene 03.04.2017

Widmanstättenutskillinger Ved felles trekk i gitterstruktur vokser den nye fasen lettere i visse plan som smale skiver. 03.04.2017

Eutektoid omdanning Eutektoid betyr ”Som ligner eutektisk” Omdanningen ligner den eutektiske. Forskjellen er at her foregår omdanningen fra en fast fase til en annen 03.04.2017

Danning av eutektoide kolonier 03.04.2017

Proeutektoide utskillinger 03.04.2017

Oppsummering Fullstendig blandbare metaller danner blandkrystaller som inneholder begge atomslag Ikke blandbare metaller danner eutektiske legeringer Delvis blandbare metaller danner legeringer med blandkrystaller og eutektikum Strukturer som bråkjøles til romtemperatur kan bevares evig Eutektoid ligner eutektisk, men faseomdanningen skjer fra en fast fase til en annen 03.04.2017