Gase Und Kohlenstoff in Metallen

ISBN-13: 9783642809446 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 748 str.

E. Fromm; E. Gebhardt

Opis

Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe werden durch geloste Gase und Kohlenstoff stark verandert, und die damit zu sammenhangenden Fragen sind deshalb von gro13er technischer und wissenschaft licher Bedeutung. Ftir die meisten Metalle stehen heute Daten zur Verftigung, um theoretisch voraussagen zu konnen, in welchen Temperatur- und Druck bereichen Gase oder Kohlenstoff aufgenommen oder abgegeben werden und welche Eigenschaftsanderungen dadurch zu erwarten sind. Die fUr Berechnungen und Abschatzungen benotigten Angaben mu13ten jedoch bisher aus verschiedenen Sammelwerken, Monographien und fUr viele Systeme auch aus Originalarbeiten zusammengetragen werden. Aus dieser Situation heraus ist der Plan entstanden, in Zusammenarbeit mit kompetenten Fachkollegen die verftigbaren Daten und Angaben tiber Mischkristalle und Schmelzen zu sammeln und in einem Buch zusammenzustellen. Die Darstellung der Daten im zweiten Teil des Buches ist weitgehend verein heitlicht worden, damit das Auffinden der benotigten Werte erleichtert und der Zeitaufwand fUr Umrechnungsarbeiten auf ein Minimum reduziert wird. Dabei wird nicht eine Bibliographie fUr sallltliche Arbeiten aus dieselll Gebiet ange strebt, sondern eine Sammlung kritisch ausgewahlter Daten. Diese geben fiir jede GroBe jeweils nur eine Beziehung an, die nach delll Urteil des Autors die Verhaltnisse optimal beschreibt. Delll speziell interessierten Leser wird durch zusatzliche Literaturhinweise das Auffinden von Originalarbeiten tiber das ent sprechende Teilgebiet erleichtert."

Spis treści

Erster Teil: Grundlagen.- A. Thermodynamik.- Verzeichnis der Formelzeichen.- Definitionen.- Beziehungen und Formeln für die praktische Anwendung.- I. Grundlegende Gleichungen.- 1. Gleichgewichtsbedingungen.- 2. Ermittlung von ?G0-Werten.- 3. Ermittlung von Aktivitäten.- II. Chemische Potentiale und Aktivitäten.- 1. Definitionen.- 2. Gase.- 3. Kondensierte Phasen.- 4. Mischphasen.- 5. Beschreibung von realen Mischphasen.- 6. Einlagerungsmischkristalle.- III. Auswertung experimenteller Daten.- 1. Gleichgewichtskonstanten.- 2. Elektrochemische Messungen.- IV. Verwendung von Literaturwerten.- 1. Abschätzung von ?G0 aus ?H0(298) und ?S0(298).- 2. Tabellenwerte für ?G0(T).- 3. Berechnung von ?G0 aus cp-Werten.- 4. Berechnung von ?G0(T) mit Hilfe der Funktionen $$ \frac{{{^}(T) - {^}()}} $$ und h0(T) — h0(T0).- 5. Berechnung von ?G0(T) aus ?G0-Werten bekannter Reaktionen.- 6. Graphische Darstellung von ?G0-Werten.- V. Beispiele zur Berechnung von ?G0-Werten von Gas-Metall-Reaktionen.- 1. Grundreaktionen.- 2. Berechnung von ?G0-Werten aus Daten bekannter Reaktionen.- VI. Darstellung der Gleichgewichtsbedingungen für Metall-Gas-Systeme in Zustandsschaubildern.- 1. Zweistoffsysteme.- 2. Dreistoffsysteme.- Theoretische Grundlagen.- VII. Grundbegriffe der chemischen Thermodynamik.- 1. Thermodynamisches Gleichgewicht.- 2. Beschreibung von G als Summe chemischer Potentiale.- 3. Eigenschaften partieller molarer Größen.- 4. Beziehungen zwischen partiellen und integralen Größen.- VIII. Konstitution.- 1. Phasenregel.- 2. Vollständige Beschreibung des Gleichgewichtszustandes.- 3. Zustandsdiagramme, (g,x)-Diagramme.- 4. Gleichgewichtswerte der Gasphase im (g,x)-Diagramm.- 5. Gleichgewichte in Mehrstoffsystemen.- 6. Änderung der Zustandsparameter p, T, xi koexistenter Phasen bei währendem Gleichgewicht.- IX. Zusammenhang zwischen Zustandsdiagrammen und thermodynamischen Daten.- 1. Zweiphasengleichgewichte binärer kondensierter Phasen.- 2. Phasenumwandlungen, Schmelzdiagramme.- 3. Abschätzung von ternären Zustandsdiagrammen aus den ?G0-Werten der Verbindungen der Randsysteme.- Literatur.- B. Kinetik und Mechanismen.- Verzeichnis der verwendeten Symbole.- I. Einführung in die Reaktionskinetik.- 1. Grundbegriffe und Definitionen.- 1.1 Reaktionsklassen und Untersuchungssysteme.- 1.2 Reaktionsgleichung und Reaktionsmechanismus.- 1.3 Reaktionsgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsgleichung.- 1.4 Reaktionsordnung und Molekularität.- 1.5 Geschwindigkeitskonstante und Aktivierungsenergie.- 1.6 Einfache Zeitgesetze.- 2. Atomistische Behandlung von Elementarreaktionen.- 2.1 Energetische Verhältnisse.- 2.2 Stoßtheorie.- 2.3 Theorie des Übergangszustandes.- 3. Mathematische Behandlung komplexer Reaktionen.- 3.1 Typen komplexer Reaktionen.- 3.2 Strenge Ableitung theoretischer Zeitgesetze.- 3.3 Näherung des quasi-stationären Zustandes.- 3.4 Näherung des geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes.- 3.5 Vereinfachte Ableitung theoretischer Zeitgesetze.- 4. Analyse reaktionskinetischer Ergebnisse.- 4.1 Aufstellung des experimentellen Gesetzes.- 4.2 Postulierung des Reaktionsmodells.- 4.3 Mathematische Behandlung des Reaktionsmodells.- 4.4 Vergleich der theoretischen und experimentellen Gesetze.- II. Teilvorgänge in Gas-Metall-Reaktionen.- 1. Grenzflächenreaktionen.- 1.1 Adsorption.- 1.2 Grenzflächendurchtritt.- 1.3 Chemische Umsetzungen auf Oberflächen.- 2. Transportvorgänge im Metall.- 2.1 Diffusion.- 2.2 Thermotransport und Elektrotransport.- 3. Transportvorgänge in der Schmelze.- 3.1 Konvektion.- 3.2 Diffusion.- 3.3 Gasblasen.- 4. Transportvorgänge in der Gasphase.- 4.1 Niedrige Drücke.- 4.2 Hohe Drücke.- III. Aufnahme und Abgabe von Gasen oder Kohlenstoff.- 1. Systematik von Gas-Metall-Reaktionen.- 2. Reversible Aufnahme und Abgabe zweiatomiger Gase.- 2.1 Reaktionsmechanismus und Kinetik.- 2.2 Lösungsbildung.- 2.3 Entgasung.- 3. Aufnahme und Abgabe von Sauerstoff.- 3.1 Reaktionsmechanismen und Kinetik.- 3.2 Stationärer Zustand.- 3.3 Lösungsbildung.- 3.4 Entgasung (Abdampfung flüchtiger Oxide).- 4. Aufnahme und Abgabe von Kohlenstoff.- 4.1 Aufkohlung.- 4.2 Entkohlung.- 5. Entgasung bei gleichzeitiger Abgabe von Metall.- 5.1 Abnahme, Konstanz und Zunahme der Gaskonzentration.- 5.2 Zeitgesetze.- 5.3 Metallverluste.- 6. Reaktionen unter Beteiligung von Metallschmelzen.- IV. Verbindungsbildung (Oxidation).- 1. Äußere Verbindungsbildung.- 1.1 Parabolisches Zeitgesetz.- 1.2 Lineare Zeitgesetze.- 1.3 Logarithmische und kubische Zeitgesetze.- 1.4 Zundervorgänge bei gleichzeitiger Lösungsbildung.- 2. Innere Verbindungsbildung.- V. Ausscheidungsvorgänge.- 1. Voraussetzungen und Grundbegriffe.- 2. Keimbildung.- 2.1 Homogene Keimbildung.- 2.2 Heterogene Keimbildung.- 3. Wachstum von Ausscheidungen.- 3.1 Diffusionskontrolliertes Wachstum von kugelförmigen Ausscheidungen.- 3.2 Diffusionskontrolliertes Wachstum von Ausscheidungen beliebiger Gestalt.- Literatur.- C. Eigenschaftsänderungen.- I. Einführung.- 1. Überblick.- 2. Zwischengitterplätze.- 3. Gitterverzerrungen (Größenfaktor, elastischer Dipol).- 4. Elektronische Effekte.- II. Eigenschaften.- 1. Gitterparameter.- 2. Elektrischer Widerstand.- 3. Magnetische Suszeptibilität.- 4. Innere Reibung.- 4.1 Wesen und Einteilung der Prozesse.- 4.2 Relaxation und Anelastizität.- 4.3 Snoek-Effekt.- 4.4 Gorsky-Effekt.- 5. Härte.- 6. Streckgrenze (Mischkristallhärtung).- Literatur.- D. Experimentelle Untersuchungen.- I. Untersuchungsmethoden.- 1. Eigenschaftsänderungen.- 2. Gleichgewichte.- 2.1 Metall-Gas-Gleichgewichte.- 2.2 Löslichkeitsgrenze.- 3. Kinetik.- 3.1 Gasaufnahme (Begasung).- 3.2 Gasabgabe (Entgasung).- 3.3 Stationäre Zustände.- 3.4 Diffusion.- 3.5 Permeation.- 3.6 Ausscheidungskinetik.- Literatur.- II. Konzentrationsbestimmung.- 1. Meßmethoden.- 1.1 Volumetrische Methode.- 1.2 Manometrische Methode.- 1.3 Gravimetrische Methode.- 2. Analysenverfahren.- 2.1 HeiBextraktionsverfahren.- 2.2 Chemische Analysenverfahren.- 2.3 Physikalische Analysenverfahren.- Literatur.- III. Gaserzeugung und Gasreinigung.- 1. Reine Gase.- 2. Gasmischungen.- Literatur.- IV. Vakuum- und Hochdrucktechnik.- 1. Vakuum- und Ultrahochvakuumtechnik.- 1.1 Vakuumapparaturen.- 1.2 Pumpen und Pumpsysteme.- 1.3 Druck- und Partialdruckmessung.- 1.4 Theoretische Beziehungen und Berechnungsgrundlagen.- 1.5 Literaturhinweise.- 2. Hochdrucktechnik.- Literatur.- V. Erhitzung und Temperaturmessung.- 1. Erhitzung im festen Zustand.- 2. Untersuchungen an Schmelzen.- 3. Abschreckverfahren.- 4. Temperaturmessung.- Literatur.- E. Technische Verfahren.- I. Einleitung.- II. Schmelzverfahren.- 1. Vakuuminduktionsschmelzen.- 2. Vakuumlichtbogenschmelzen.- 3. Elektronenstrahlschmelzen.- III. Stahlentgasung.- 1. Pfannenentgasung.- 2. Strahlentgasung.- 3. Kokillenentgasung.- 4. Umlaufentgasung.- IV. Entgasung im festen Zustand.- V. Nitrieren.- 1. Gasnitrieren.- 2. Badnitrieren.- VI. Aufkohlen.- 1. Pulveraufkohlen.- 2. Gasaufkohlen.- 3. Salzbadaufkohlen.- VII. Karbonitrieren.- Literatur.- F. Tabellen und Formeln.- 1. Gasreaktionen.- 2. Aktivitäten in Gasmischungen.- 3. Freie Enthalpie ?G0 und Gleichgewichtskonstante Kp.- 3.1 Standardzustände für ?G0 und log Kp.- 3.2 Umrechnung von ?G0 in log Kp.- 4. Konzentrationseinheiten.- 5. Aktivitätsgrößen, Wirkungsparameter.- 5.1 Binäre Systeme.- 5.2 Ternäre Systeme.- 6. EMK-Messungen.- 7. Kinetik der Gasabsorption.- 7.1 Lineares Zeitgesetz.- 7.2 Parabolisches Zeitgesetz.- 8. Diffusion (Konzentrationsverlauf).- 9. Permeation.- 10. Metalle (physikalische Eigenschaften und Umrechnung At.-%—Gew.-% für H, C, N und O).- 11. Gase (physikalische Eigenschaften und Flächenstoßraten).- 12. Vakuumtechnik.- 12.1 Druckbereiche.- 12.2 Druckeinheiten.- 12.3 Gasmengen.- 12.4 Teilchenzahldichte.- 12.5 Mittlere freie Weglänge.- 12.6 Flächenstoßrate.- 12.7 Bedeckungszeit.- 12.8 Dampfdruck und Verdampfungsgeschwindigkeit.- 12.9 Eichfaktoren für Druckmeßgeräte.- 13. Eindringtiefe bei induktiver Erhitzung.- 14. Temperatureinheiten.- 15. Weitere Maßeinheiten.- 16. Naturkonstanten.- Literatur.- Zweiter Teil: Daten.- Hinweise zur Benutzung der Datensammlung.- Alkalimetalle.- Lithium.- Natrium.- Kalium.- Rubidium.- Caesium.- Erdalkalimetalle.- Calcium.- Strontium.- Barium.- III a-Metalle.- Scandium.- Yttrium.- Seltene Erdmetalle.- Aetiniden.- Uran.- Thorium.- Plutonium.- Weitere Actiniden.- IV a-Metalle.- Titan.- Zirkonium.- Hafnium.- V a-Metalle.- Vanadium.- Niob.- Tantal.- VI a-Metalle.- Chrom.- Molybdän.- Wolfram.- VII a-Metalle.- Mangan.- Technetium.- Rhenium.- Eisenmetalle.- Eisen.- Kobalt.- Nickel.- Platinmetalle.- Palladium.- Platin.- Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium.- I b-Metalle.- Kupfer.- Silber.- Gold.- Leichtmetalle.- Beryllium.- Magnesium.- Aluminium.- Weitere Hauptgruppenmetalle.- Zink.- Zinn.- Blei.- Wismut.- Cadmium, Quecksilber.- Gallium, Indium, Thallium.- Halbleiter.- Silizium.- Germanium.