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Metastabiler Zustand / Stabilität 2.0
 
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Iron Fist
Gast





Beitrag Iron Fist Verfasst am: 28. Mai 2022 12:02    Titel: Metastabiler Zustand / Stabilität 2.0 Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Vielen Danke erstmal für deine Antwort DrStupid.
Ich habe die mittlere Reife und danach eine Ausbildung im Ch,emie
Bereich gemacht. Den Industriemeister Fachrichtung Chemie musste ich leider abbrechen, da ich an Krebs erkrankt war.
Seit Jahren wühle ich mich durch diverse Publikationen und Forschungsberichte.

Das eine Aktivierungsenergie nötig ist, damit manche Prozesse ablaufen ist soweit klar. Auch das jeder Stoff dem Zustand der größt möglichen Entropie entgegen strebt.
Sprich die Energie wird immer mehr abgebaut und das funktioniert nur in einer Richtung.
Heißer Kaffee kann nur kälter werden, nicht spontan ohne Energiezufuhr wieder heiß werden.

http://www.chemgapedia.de/vsengine/glossary/de/metastabiles_00032system.glos.html#:~:text=Ein System ist im thermodynamischen Sinne metastabil, wenn,ist dann sehr, sehr klein bis praktisch null.
Diesen Link hier hat jemand in einem anderen Forum gepostet und laut dem Satz am Schluß läuft die Umwandlung in den energetisch günstigsten Zustand immer ab, auch wenn die Energie dazu fehlt.

Aber gerade bei der Umwandlung hoch legierter Edelstähle von Austenitischem zu Martensitischem Gefüge verstehe ich das nicht.

Durch die Legierungselemente und die Raumtemperatur ist der Austenit stabil. Kühlt man weit genug ab, oder legt eine mechanische Spannung an, dann wandelt der Austenit zu Martensit um. Aber ist dann nicht der Martensit auch metastabil? Denn wenn das martensit das sich durch Verformung gebildet hat erwärmt wird auf eine Temperatur die hoch genug ist, dann löst sich der Martensit auch wieder auf.
Ein Professor meinte, dass bei den nierdig legierten Sorten schon Belastungsspannungen im rein elastischen Bereich ausreichen um Martensit zu bilden und das es ausreicht diese Spannung anliegen zu ahben, damit sich im laufe der zeit immer mehr martensit bildet.
Bei den hoch legierten Sorten würde es viel, viel länger dauern.
vielleicht hundert und mehr Jahre und genau das verstehe ich nicht. Wie kann sich bei einem hoch legierten Metall das erst bei 40% Umformgrad Martensit bildet, im Laufe der Jahrzehnte oder Jahrhunderte dann doch Martensit bilden, nur weil eine Spannung im elastischen Bereich anliegt?
Aber da passt dann wieder der letzte Satz aus dem Link, das die Umwandlung auch ohne ausreichen hohe Ae abläuft. Somit müsste auch ganz ohne anliegende Spannung der Austenit irgendwann in Martensit umwandeln.
Ich verstehe auch nicht das es da keine Langzeitstudien gibt. Den es gibt so dermaßen viele Bauwerke aus recht niedrig legierten Edelstählen die also alle mit der Zeit zu Martensit mit ganz anderen Kennwerten umwandeln müssten.
Also wie groß ist die Rolle welche die Ae spielt den nun?
Bei einem Diamant dauert die Umwandlung zu Graphit Millionen von Jahren, so langsam läuft das ab.


Meine Ideen:
Keine Ahnung. Deswegen frage ich hier.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5104

Beitrag DrStupid Verfasst am: 28. Mai 2022 14:41    Titel: Re: Metastabiler Zustand / Stabilität 2.0 Antworten mit Zitat

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Auch das jeder Stoff dem Zustand der größt möglichen Entropie entgegen strebt.
Sprich die Energie wird immer mehr abgebaut und das funktioniert nur in einer Richtung.


Abbau von Energie heißt nicht, dass die Entropie zunimmt. Das sind zwei verschiedene Größen, die sich unabhängig voneinander ändern können und für die Prozessrichtung sind beide entscheidend. Prozesse laufen freiwillig in Richtung fallender freier Enthalpie (G = H - T·S).

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Heißer Kaffee kann nur kälter werden, nicht spontan ohne Energiezufuhr wieder heiß werden.


Heißer Kaffee nicht, aber unterkühlte Schmelzen schon.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
laut dem Satz am Schluß läuft die Umwandlung in den energetisch günstigsten Zustand immer ab, auch wenn die Energie dazu fehlt.


Das lese ich aus dem Satz nicht heraus. Da steht doch, dass die Geschwindigkeit "bis praktisch null" sinken kann. Das heißt, dass der Prozess nicht abläuft. Davon abgesehen müsste man das System bis zum absoluten Nullpunkt kühlen, um sicherzustellen, dass die Energie fehlt.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Durch die Legierungselemente und die Raumtemperatur ist der Austenit stabil.


Soweit ich das sehe, ist er dann metastabil. Bei Carbonstahl mit 0,8 % Kohlenstoff ist Austenit beispielsweise nur oberhalb 180 °C stabil. Darunter wandelt er sich in Martensit um.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Kühlt man weit genug ab, oder legt eine mechanische Spannung an, dann wandelt der Austenit zu Martensit um. Aber ist dann nicht der Martensit auch metastabil?


Wie kann Martensit metastabil sein, wenn die spontane Umwandlung in Richtung Martensit erfolgt? Sieh Dir dazu noch mal die Seite an, die Du oben verlinkt hast.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Denn wenn das martensit das sich durch Verformung gebildet hat erwärmt wird auf eine Temperatur die hoch genug ist, dann löst sich der Martensit auch wieder auf.


Das heißt nur, dass der Prozess reversibel ist. Unterhalb der Umwandlungstemperatur ist Martensit stabil. Darüber ist es instabil. Bei Austenit ist es umgekehrt. Das ist oberhalb der Umwandlungstemperatur stabil, darunter instabil und bei Raumtemperatur metastabil.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Ein Professor meinte, dass bei den nierdig legierten Sorten schon Belastungsspannungen im rein elastischen Bereich ausreichen um Martensit zu bilden und das es ausreicht diese Spannung anliegen zu ahben, damit sich im laufe der zeit immer mehr martensit bildet.


Das liegt daran, dass die freie Enthalpie von Austenit durch Verformung erhöht wird. Dadurch wächst das Bestreben, sich in Martensit umzuwandeln.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Aber da passt dann wieder der letzte Satz aus dem Link, das die Umwandlung auch ohne ausreichen hohe Ae abläuft.


Es gibt hier unter normalen Bedingungen keinen Zustand ohne ausreichende Aktivierungsenergie. Die Verteilung der Energie ähnelt der Maxwell-Boltzmann-Verteilung. Da gibt es auch bei niedrigen Temperaturen immer ein paar Teilchen, bei denen die Energie oberhalb der Aktivierungsenergie liegt. Die können dann ihre Gitterplätze verlassen und sich zu einer neuen Struktur anordnen.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Somit müsste auch ganz ohne anliegende Spannung der Austenit irgendwann in Martensit umwandeln.


Das tut er ja auch. Das dauert nur länger – möglicherweise so lange, dass es praktisch irrelevant ist.

Iron Fist hat Folgendes geschrieben:
Also wie groß ist die Rolle welche die Ae spielt den nun?


Wie ich im anderen Thread schon sagte, beeinflusst die Aktivierungsenergie die Reaktionsgeschwindigkeit, aber nicht die Prozessrichtung. Letztere wird von der freien Energie bestimmt.

Ich bin mir immer noch nicht sicher, was Du Dir unter der Aktivierungsenergie vorstellst. Dabei handelt es sich um einen Energiebetrag, der notwendig ist, um eine Reaktion auf molekularer Ebene zu starten. Es ist nichts, was auf makroskopischer Ebene vorhanden ist, oder nicht.
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