Legeringer Per-Einar Rosenhave

Presentasjon om: "Legeringer Per-Einar Rosenhave"— Utskrift av presentasjonen:

1 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.

2 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.

3 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)

4 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)

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

6 Størkningsdiagram for vann

7 Størkningsdiagram for et rent metall

8 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

9 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.

10 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

11 Fasediagram for to fullstendig blandbare metaller

12 Fasediagram for NiCu

13 Fasediagram for to metaller som ikke er blandbare

14 Eutektisk legering

15 Undereutektisk legering

16 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 %.

17

18

19

20

21

22 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

23 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

24 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”

25 Utskilling starter i korngrensene

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

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

28 Danning av eutektoide kolonier

29 Proeutektoide utskillinger

30 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