Mikroseigerung

Diese bei realen Gussstücken am häufigsten vorkommende Erscheinungsform der Seigerung, auch unter den Begriffen Kristallseigerung oder Korngrenzenseigerung bekannt, beruht auf einer Störung des Diffusionsausgleichs zwischen Mischkristallen und Restschmelze und ist ein nach vollständiger Erstarrung in den Mischkristallen einer Legierung vorhandener Konzentrationsunterschied.

Diese Seigerungserscheinungen sind nicht völlig zu vermeiden, es kommt vielmehr darauf an sie abzuschwächen. So ist es sicherlich zulässig, dass man beispielsweise für Eisenlegierungen folgenden Zusammenhang anzunehmen kann:

Mikroseigerungen = f (Legierungselemente, Keimhaushalt, Abkühlungsbedingungen)

Mg-Al-Legierungen neigen bekanntlich zu Seigerung, weil die Diffusion des im Mg gelösten Al relativ langsam verläuft. Bei zügiger Erstarrungsgeschwindigkeit kann also nicht erwartet werden, dass bei 550 °C der gesamte erstarrte Mg-Mischkristall eine homogene Aluminiumkonzentration von 5,5 % aufweist. Im Kern findet sich nämlich der bei Liquidustemperatur zuerst ausgeschiedene Mischkristall, der bei 598 °C nur 3,0 % hatte, abzulesen an der Konode durch den Liquiduspunkt in Bild 1. Zwischen 598 °C und 550 °C hätte also durch Diffusion im wachsenden Kristall die Konzentration bis hinein in den Kern auf 5,5 % Al steigen müssen. Bei zu langsamer Diffusion verbleibt im Mg-Mischkristall ein Konzentrationsgradient, so dass die mittlere Zusammensetzung unter 5,5 % Al liegt, denn die äußere Kristallschicht im lokalen unmittelbaren Gleichgewicht mit der Restschmelze muss nach C. Kammer genau 5,5 % Al aufweisen.

E. Scheil hat in den vierziger Jahren ein Modell entwickelt, das auf den folgenden Voraussetzungen basiert:

  • vollständig verhinderte Diffusion der Elemente im erstarrten Festkörper
  • lokales Gleichgewicht an der flüssig-festen Phasengrenze
  • makroskopischer Massentransport innerhalb der Probe
  • vernachlässigbarer Einfluss der Grenzflächenform auf den Schmelzpunkt

Dieses Modell hat sich als Hilfsmittel zur Berechnung von Mikroseigerungen als immer wichtiger erwiesen. Das Prinzip ist schematisch durch Isokonzentrationslinien in einem Querschliff eines Primärdendriten nach der Erstarrung (Bild 2) sowie durch das zugehörige binäre Phasendiagramm (Bild 3) wiedergegeben.

Weiterführende Stichworte:
Blockseigerung
Umgekehrte Blockseigerung
Seigerfaktor (sekundäre Aluminiumlegierungen)
Seigerungsfaktor (Gusseisen)

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