Legeringer

1. Legeringer Per-Einar Rosenhave

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

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

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

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

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

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

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