Fasediagrammen

Arie Bombarie

Goede dag,

Ik heb een aantal vragen m.b.t fase diagrammen.

Ten eerste over de volgende:

Afbeelding

In het fase diagram staat α dit betekent volgens mij vast koper. α + L betekent volgens mij vast koper met vloeibare nikkel. Liquid betekent volgens mij gewoon allebei vloeibaar.

Alleen stel dat er een mengsel is met een verhouding 40% Cu en 60% Ni onder een temperatuur van 1000 graden, dan zou er helemaal geen Nikkel aanwezig zijn?

Of is α geen vast koper? In de meeste fasediagrammen zou namelijk staan α+ β...

Dan heb ik ook nog een vraag over het volgende fase diagram:

Afbeelding

Hierin betekent volgens mij α vaste koperdeeltjes en β vast zilver.

Alleen stel dat een mengsel bestaat uit 92% koper en 8% zilver onder een temperatuur van 800 graden, dan zou dit mengsel zich bij het α gedeelte bevinden. Volgens mij betekent dit weer dat er alleen vast koper in het mengsel zit, maar hoe kan dit wanneer er toch 8% van het mengsel zilver is?

En stel dat je dit mengsel af laat koelen tot 200 graden, dan komt er wel weer opeens vast zilver te voorschijn?

Alvast bedankt!

Fred F.

1e figuur: Cu en Ni zijn zowel in vaste als vloeibare toestand volledig mengbaar.

Dus een mengsel met een verhouding 60% Ni en 40% Cu onder een temperatuur van 1000 graden: bestaat doodgewoon uit een vaste toestand met Ni/Cu in een verhouding van 60/40. alfa is geen vast zuiver koper maar gewoon de enige vaste fase. Zou je dit verwarmen tot ongeveer 1300 oC dan krijg je de eerste druppel vloeistof met een samenstelling van 47 % Ni (aflezen op linker Liquidus lijn). Verwarm je verder dan is uiteindelijk alles gesmolten bij ongeveer 1340 oC en is de gehele vloeistof met (natuurlijk) 60/40 Ni/Cu terwijl het laatste stukje vaste stof een samenstelling had van ongeveer 68 % Ni (aflezen op rechter Solidus lijn).

2e figuur: Ag en Cu zijn in de vaste toestand slechts beperkt mengbaar, het gebied binnen CBEGH is het ontmenggebied.

Een mengsel bestaande uit 8% Ag en 92% Cu onder een temperatuur van 800 graden bevindt zich inderdaad in alfa, bijna in punt B, en is niet ontmengd. alfa is niet zuiver Cu maar de samenstelling van de koperrijke vaste fase, met maximale samenstelling begrensd door CBA. alfa kan maximaal 8 % Ag bevatten en dus minimaal 92 % Cu.

Als dit mengsel langzaam afgekoeld wordt zal ontmenging optreden en ontstaan twee vaste fasen: alfa en beta. De samenstelling van alfa ligt altijd op lijn BC en die van beta altijd op lijn GH afhankelijk van de temperatuur. Als het afkoelen langzaam genoeg gebeurt (en dat is heeeeeeeeeeeel langzaam) zal bij 200 oC uiteindelijk alfa vrijwel puur Cu zijn, en beta vrijwel puur Ag zijn. Als je afkoelen niet langzaam genoeg gebeurd is van ontmenging echter nauwelijks sprake, maar dat hoef je waarschijnlijk niet te weten.

Arie Bombarie

Bedankt voor je antwoord!

Dus α in het 1ste toestandsdiagram betekent een vast mengsel "koper nikkel" waarbij koper en nikkel niet meer apart voorkomen om het zo maar te zeggen?

En in het 2de toestandsdiagram betekent α + β een mengsel van koper en zilver waarbij deze stoffen allebei in de vaste vorm naast elkaar voorkomen?

1e figuur: Cu en Ni zijn zowel in vaste als vloeibare toestand volledig mengbaar.

Dus een mengsel met een verhouding 60% Ni en 40% Cu onder een temperatuur van 1000 graden: bestaat doodgewoon uit een vaste toestand met Ni/Cu in een verhouding van 60/40. alfa is geen vast zuiver koper maar gewoon de enige vaste fase. Zou je dit verwarmen tot ongeveer 1300 oC dan krijg je de eerste druppel vloeistof met een samenstelling van 47 % Ni (aflezen op linker Liquidus lijn).

Het ontstaan van de eerste druppel met een samenstelling van 47% Ni snap ik alleen niet, ik weet niet hoe ik die zou moeten kunnen aflezen op de Liquidus lijn.

Fred F.

1e figuur:

Koper en nikkel komen nooit apart voor want zijn volledig mengbaar, daarom is er maar één mengsel aanwezeg..

Dat ene mengsel α kan iedere samenstelling hebben over de hele breedte van de x-as.

Het ontstaan van de eerste druppel met een samenstelling van 47% Ni snap ik alleen niet, ik weet niet hoe ik die zou moeten kunnen aflezen op de Liquidus lijn.

Maar die 1300 oC begrijp je wel? Trek een horizontale lijn door 1300 oC en die snijdt de Solidus lijn bij 60% (daarom is 1300 oC het smeltpunt) en snijdt de Liquidus lijn bij ongeveer 47%. De rode Solidus en Liquidus lijnen zijn evenwichtslijnen.

2e figuur:

α + β betekent dat er twee mengsels zijn die samen niet mengbaar zijn.

α en β bestaan naast elkaar maar mengen niet.

α is een mengsel dat hoofdzakelijk Cu bevat met hooguit 8 % Ag (punt B)

β is een mengsel dat hoofdzakelijk Ag bevat met hooguit 9 % Cu (punt G)

Arie Bombarie

Het kwartje is gevallen, bedankt pi.gif .

Alleen heb ik nog 2 andere vragen over hetzelfde onderwerp:

In een boek heb ik gelezen dat α staat voor het kristalrooster (in het 2de diagram als voorbeeld) van koper en β staat voor het kristalrooster van zilver.

In het kristalrooster van bijvoorbeeld koper kan ook zilver aanwezig zijn (maximaal 8% zilver) en in het kristalrooster van zilver kan maximaal 8,8% aluminium aanwezig zijn.

Maar hoe zit het dan als je een fasediagram hebt van 2 componenten die samen mengbaar zijn in vaste fase (als voorbeeld fase diagram 1).

Betekent dit dan dat koper en nikkel hetzelfde kristalrooster hebben? Of dat er één nieuw kristalrooster wordt gevormd? Of toch iets anders?

En verder had ik nog een vraag over het volgende fasediagram:

Afbeelding

Stel je hebt bij 548 graden 5,65% koper in aluminium, en je gaat dit afkoelen tot 20 graden.

Dan kom je in een gebied "α + Al2Cu" terecht.

De vraag is nu; waar is de 5,63% koper gebleven? Zelf dacht ik gereageerd tot Al2Cu, en de overige 0,02% koper bevindt zich in het kristalrooster van aluminium. Klopt dit?

En stel dat er α + β zou zijn (ipv α + Al2Cu), dan zou je krijgen α met zo'n 0,02% koper en β met zo'n 53% aluminium toch?

Fred F.

Maar hoe zit het dan als je een fasediagram hebt van 2 componenten die samen mengbaar zijn in vaste fase (als voorbeeld fase diagram 1).

Betekent dit dan dat koper en nikkel hetzelfde kristalrooster hebben? Of dat er één nieuw kristalrooster wordt gevormd? Of toch iets anders?

Koper en nikkel vormen in iedere samenstelling mengkristallen. Ik ben geen deskundige op dit gebied, maar ik vermoed dat het is omdat Cu en Ni atomen vrijwel even groot zijn en daardoor elkaar kunnen vervangen in het kubisch vlak gecentreerde kristalrooster wat beide metalen in vaste toestand gebruiken.

Ag en Al gebruiken echter ook een kubisch vlak gecentreerde kristalrooster (van Al₂Cu weet ik het niet), maar Cu en Ag, of Cu en Al, of Cu en Al₂Cu hebben een duidelijk verschillende atoomdiameter. In werkelijkheid zullen er nog wel meer factoren zijn maar vraag mij niet welke.

Stel je hebt bij 548 graden 5,65% koper in aluminium, en je gaat dit afkoelen tot 20 graden.

Dan kom je in een gebied "α + Al2Cu" terecht.

De vraag is nu; waar is de 5,63% koper gebleven? Zelf dacht ik gereageerd tot Al2Cu, en de overige 0,02% koper bevindt zich in het kristalrooster van aluminium. Klopt dit?

Ik weet niet hoe je aan die 0,02 % koper komt.

Als ik naar het diagram kijk schat ik dat α bij 20 oC ongeveer 1 % Cu bevat. En Al₂Cu bevat 54,1 % Cu , dus een smelt van 5,65 % Cu/Al zal bij langzaam afkoelen splitsen in twee vaste toestanden: 91 % is α (met ~1 % Cu) en 9 % is Al₂Cu (met 54,1 % Cu).

En stel dat er α + β zou zijn (ipv α + Al2Cu), dan zou je krijgen α met zo'n 0,02% koper en β met zo'n 53% aluminium toch?

Dit diagram is een heel slecht voorbeeld voor een hypothetisch α + β omdat dit diagram niet af is. Het houdt immers op bij 54,1 %. In werkelijkheid gaat het verder tot 100 % maar dat stuk zie je niet.

Maar inderdaad, in een "normaal" α + β systeem zoals diagram 2 met Cu en Ag geldt inderdaad dat de compositie van α op de linkerlijn BC ligt en de compositie van β op de rechterlijn GH, wanneer de compositie van α + β (bijvoorbeeld die 5,65 %) in het ontmenggebied tussen BC en GH ligt.

Arie Bombarie

Sorry, ik had niet het gehele vraagstuk gekopieërd, bij deze:

} Bij 548 graden 5,65% koper in aluminium

} Bij 20 graden is 0,02% koper in aluminium

} Waar is de 5,63% koper gebleven??

Vandaar dat ik zei dat 0,02% koper zich bevindt in het kristalrooster van aluminium en de rest van de 5,65% gereageerd was tot Al2Cu.

Alleen; hoe kan je zien dat 91% α is (met dus 0,02 % Cu) en 9% Al2Cu (met 54,1 % Cu) bij 20 graden?

Fred F.

Vandaar dat ik zei dat 0,02% koper zich bevindt in het kristalrooster van aluminium en de rest van de 5,65% gereageerd was tot Al2Cu.

Okay, dus α bevat 0,02 % Cu, i.p.v. ~1 % wat het diagram lijkt aan te geven.

Jij trekt die 0,02 van 5,65 af maar dat is niet juist. Je moet een Cu-balans maken.

Stel de hoeveelheid gevormd α is A %, dan geldt:

A * 0,02 + (100 - A) * 54,1 = 100 * 5,65

Oftewel A = 89,6

Dus krijg je nu ~90% α (met 0,02 % Cu) en ~10 % Al₂Cu (met 54,1 % Cu).

Oftewel vrijwel alle Cu zit in Al₂Cu en 0,3 % (=90*0,02/5,65) van alle Cu zit in α.

Arie Bombarie

Aha ok.

Dus stel dat je een mengsel van koper met daar aan toegevoegd 30% zilver hebt onder een temperatuur van 600 graden (fase diagram 2) en je moet de α en β berekenen, dan krijg je dus:

- α = verzadigd koper (met 3% zilver)

- β = verzadigd zilver (met 4% koper)

Totale percentage kristallen: 100-3-4 = 93%

Totaal α kristallen = (70-4) / 93 = 68,8 %

Totaal β kristallen = (30-3) / 93 = 29,0 %

Alleen dit vormt niet 100% bij elkaar. Komt dit vanwege aflees onnauwkeurigheden of doe ik toch wat fout?

Er zou neem ik aan wel 100% aan moeten komen omdat het mengsel alleen uit α en β kristallen bestaat...

Fred F.

Totale percentage kristallen: 100-3-4 = 93%

Totaal α kristallen = (70-4) / 93 = 68,8 %

Totaal β kristallen = (30-3) / 93 = 29,0 %

Geen idee wat je doet.

Je moet weer een element-balans maken zoals ik eerder voordeed.

Ik doe Ag-balans want dat is de schaal op de x-as.

Stel de hoeveelheid gevormd α is A %, dan geldt:

A * 3 + (100 - A) * (100 - 4) = 100 * 30

Oftewel A = ....... % α kristallen

En % β kristallen = (100 - A) = .......

Fred F.

Als je het goed uitrekent is A = 71, dus 71 % α en 29 % β.

Ik denk dat ik nu zie wat jij deed: de hefboomregel. Maar de uitspraak

Totale percentage kristallen: 100-3-4 = 93%

is niet juist. Percentage kristallen is 100 %.

Die 93% is de "breedte" van het ontmenggebied.

Je maakte een rekenfout in:

Totaal α kristallen = (70-4) / 93 = 68,8 %

dat moet zijn 71 %.

En dan klopt het.

Arie Bombarie

Hoezo moet dat dan 71 worden?

Want je hebt toch 30% zilver en dan dus toch 70% koper?

EDIT: Oh, het antwoord was een rekenfout

.

Ik snap het, bedankt!

Arie Bombarie

Ik had nog een vraagje over ditzelfde onderwerp:

Stel je hebt het volgende fasediagram:

Afbeelding

Kijkend naar punt 1 is te zien:

Twee fasen, alfa en beta onder een temperatuur van 600 graden van een legering met 85% zilver en 15% koper.

Volgens mij is hierover te zeggen:

Je hebt hier het kristalrooster van koper (alfa) met daarin zo'n 3% zilver en

je hebt hier het kristalrooster van zilver (beta) met daarin zo'n 3% koper.

Ofwel; verzadigd koper (alfa, met 3% zilver) en verzadigd zilver (beta, met 3% koper)

Klopt dit?

Alleen wanneer je nu naar punt 2 kijkt, wat heb je dan?

Is dat dan gewoon 85% aluminium bevind in het aluminium kristalrooster, en 15% koper in het koper rooster.

Dit zou dus betekenen dat er in het aluminium kristalrooster geen koper is opgenomen en andersom.

Klopt dit?

Alvast bedankt!

Marko

Je zit nog steeds in het gebied waarin er 2 fasen zijn - alleen zijn bij deze temperatuur de fasen zo goed als volledig ontmengd. Je hebt dus een fase met 100% koper en een met 100% zilver.

Arie Bombarie

Duidelijk, bedankt

.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Fasediagrammen

Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen

Re: Fasediagrammen