1
Samenvatting
materiaalkunde/metaalkunde
Deel 1 : opbouw en eigenschappen van metalen
Hoofdstuk 1: kristalroosters bij metalen
- Bij het stollen van metalen zullen haar atomen altijd een vaste plaats ten opzichte van elkaar
aannemen volgens een specifiek metaalrooster
- Meeste technische metalen zijn opgebouwd volgens 1 van de volgende 3 roosters
Kubisch-vlakken -gecenterd rooster ( Face centered cubic = fcc-rooster )
- Eenheidscel : een kubus met een atoom op ieder hoekpunt van de kubus en een atoom in
het midden va elk kubusvlak
- Stapeling : dichtste pakking van vlakken of cp-vlakken (close packed vlakken) volgens een
ABC stapeling
Kenmerken:
- Coördinatengetal CN = aantal naaste buren dat 1 atoom heeft
o = 6 horizontaal + 3 boven + 3 onder = 12
- Aantal atomen per eenheidscel N
o 8 hoekpunten * 1/8 (1 hoekpunt wordt gedeeld door 8
eenheidscellen) + 6 centerpunten *1/2 ( 1 centerpunt
wordt gedeeld door 2 eenheidscellen) = 4 atomen/cel
- De roosterparameter a = de lengte van een rib van de
eenheidskubus
𝟒.𝑹
o 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑎𝑙 𝑘𝑢𝑏𝑢𝑠 = 4. 𝑅 = √𝑎2 + 𝑎²−→ 𝑎 =
√𝟐
(stelling van Pythagoras)
▪ R = Straal van 1 atoom
- De vullingsgraad V = verhouding tussen de volume van de atomen
op het volume van een eenheidscel
4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 4 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 4.( ).𝜋.𝑅³
3
o 𝑉= 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙
= 4.𝑅 = 𝟕𝟒%
( )³
√2
, 2
- Glijrichtingen : 3/CP-vlak en we hebben 4 CP-vlakken
o 12 glijrichtingen
o Effect hiervan is dat deze metalen zeer makkelijk vervormbaar zijn
- Holtes
o Tetraëdrische holtes : middelpunten van de omliggende atomen vormen een
tetraëder.
▪ 8 holtes / eenheidscel
▪ Hierin kunnen zich atomen nestelen met een grootte die maximum 22.5%
van de grootte van de kristalatomen bedraagt
o Octaëdrische holtes: begrensd door een 8-vlak
▪ 1 volledig in de eenheidscel + 3*4/4 = 4
▪ Hierin kunnen zich atomen nestelen met een grootte die maximum 41.4%
van de grootte van de kristalatomen bedraagt
Metalen die stollen volgens dit type rooster:
- Cu
- Ni
- Al
- Pb
- Au
- Pt
- …
, 3
Kubisch-ruimte-gecenterd-rooster ( body centered cubic =bbc-rooster)
- Heeft als eenheidscel een kubus met een atoom op ieder hoekpunt van de kubus en een
atoom in het midden van de kubus
- Stapeling: geen dichte stapeling
Kenmerken:
- Coördinatengetal CN = aantal naaste buren dat 1 atoom heeft
o 8
- Aantal atomen per eenheidscel N
o 8 hoekpunten * 1/8 (1 hoekpunt wordt gedeeld door 8 eenheidscellen) + 1 centraal
atoom = 2
- De roosterparameter a = de lengte van een rib van de eenheidskubus
𝟒.𝑹
o 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑎𝑙 𝑘𝑢𝑏𝑢𝑠 = 4. 𝑅 = √𝑎2 + 𝑎2 + 𝑎²−→ 𝑎 = (stelling van pythagoras)
√𝟑
▪ R = Straal van 1 atoom
- De vullingsgraad V = verhouding tussen de volume van de atomen op het volume van een
eenheidscel
4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 4 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 4.( ).𝜋.𝑅³
3
o 𝑉= 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙
= 4.𝑅 = 𝟔𝟖%
( )³
√3
- Glijrichtingen : 4/CP-vlak en we hebben 0 CP-vlakken
o 0 glijrichtingen
o Effect hiervan is dat deze metalen minder makkelijk vervormbaar zijn
- Holtes
o Z-holten die ontstaan in di t rooster liggen in het midden van de zijvlakken en ribben
van de kubus
o 6 zijvlakken *1/2 (elk zijvlak wordt gedeeld door 2 eenheidscellen) + 12 ribben *1/4
(elke rib word gebruikt door 4 eenheidscellen)
o In iedere holte kan zich een interstitieel atoom nestelen met een diameter die
maximum 15.4% van het roosteratoom bedraagt
Metalen die stollen volgens dit roostertype:
- Fe
- Cr
- Mo
- W
- V
- Nb
- …
, 4
Hexagonaal dichtgepakt rooster
Coördinatengetal CN = 12
Stapeling : ABA-stapeling
Conclusie
fcc bcc
Diffusie (in de vaste fase) Moeilijk door de dichte Makkelijker door de minder
pakking dichte pakking
Oplosbaarheid van kleinere Goed doordat er grotere holtes Minder goed door de kleinere
atomen (in de vaste fase) zijn z-holtes
Vervormbaarheid Goed door de 12 glijrichtingen Minder goed door de 0
glijrichtingen
Hoofdstuk 2 : fouten of imperfecties in kristalroosters
Puntfouten
1) Vacature of lege roosterplaats : er ontbreekt een atoom op een roosterplaats
a. Zeer belangrijk voor diffusie
2) Substitutioneel vreemd atoom : een vreemd atoom zal in een bepaald roosterpunt de plaats
innemen van het normale atoom
3) Interstitieel atoom : een vreemd atoom dat zich niet op een roosterplaats bevind maar in de
holte tussen de atomen
➔ Het toevoegen van een substitioneel of interstitieel atoom in een kristalrooster brengt
spanningen teweeg in het rooster rondom de fout waardoor het materiaal verhardt en
verstevigt.
Lijnfouten
= fouten die zich langs een lijn in het kristal uitstrekken, deze staan ons toe om fenomenen te
verklaren die ontstaan bij plastische vervorming
Samenvatting
materiaalkunde/metaalkunde
Deel 1 : opbouw en eigenschappen van metalen
Hoofdstuk 1: kristalroosters bij metalen
- Bij het stollen van metalen zullen haar atomen altijd een vaste plaats ten opzichte van elkaar
aannemen volgens een specifiek metaalrooster
- Meeste technische metalen zijn opgebouwd volgens 1 van de volgende 3 roosters
Kubisch-vlakken -gecenterd rooster ( Face centered cubic = fcc-rooster )
- Eenheidscel : een kubus met een atoom op ieder hoekpunt van de kubus en een atoom in
het midden va elk kubusvlak
- Stapeling : dichtste pakking van vlakken of cp-vlakken (close packed vlakken) volgens een
ABC stapeling
Kenmerken:
- Coördinatengetal CN = aantal naaste buren dat 1 atoom heeft
o = 6 horizontaal + 3 boven + 3 onder = 12
- Aantal atomen per eenheidscel N
o 8 hoekpunten * 1/8 (1 hoekpunt wordt gedeeld door 8
eenheidscellen) + 6 centerpunten *1/2 ( 1 centerpunt
wordt gedeeld door 2 eenheidscellen) = 4 atomen/cel
- De roosterparameter a = de lengte van een rib van de
eenheidskubus
𝟒.𝑹
o 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑎𝑙 𝑘𝑢𝑏𝑢𝑠 = 4. 𝑅 = √𝑎2 + 𝑎²−→ 𝑎 =
√𝟐
(stelling van Pythagoras)
▪ R = Straal van 1 atoom
- De vullingsgraad V = verhouding tussen de volume van de atomen
op het volume van een eenheidscel
4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 4 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 4.( ).𝜋.𝑅³
3
o 𝑉= 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙
= 4.𝑅 = 𝟕𝟒%
( )³
√2
, 2
- Glijrichtingen : 3/CP-vlak en we hebben 4 CP-vlakken
o 12 glijrichtingen
o Effect hiervan is dat deze metalen zeer makkelijk vervormbaar zijn
- Holtes
o Tetraëdrische holtes : middelpunten van de omliggende atomen vormen een
tetraëder.
▪ 8 holtes / eenheidscel
▪ Hierin kunnen zich atomen nestelen met een grootte die maximum 22.5%
van de grootte van de kristalatomen bedraagt
o Octaëdrische holtes: begrensd door een 8-vlak
▪ 1 volledig in de eenheidscel + 3*4/4 = 4
▪ Hierin kunnen zich atomen nestelen met een grootte die maximum 41.4%
van de grootte van de kristalatomen bedraagt
Metalen die stollen volgens dit type rooster:
- Cu
- Ni
- Al
- Pb
- Au
- Pt
- …
, 3
Kubisch-ruimte-gecenterd-rooster ( body centered cubic =bbc-rooster)
- Heeft als eenheidscel een kubus met een atoom op ieder hoekpunt van de kubus en een
atoom in het midden van de kubus
- Stapeling: geen dichte stapeling
Kenmerken:
- Coördinatengetal CN = aantal naaste buren dat 1 atoom heeft
o 8
- Aantal atomen per eenheidscel N
o 8 hoekpunten * 1/8 (1 hoekpunt wordt gedeeld door 8 eenheidscellen) + 1 centraal
atoom = 2
- De roosterparameter a = de lengte van een rib van de eenheidskubus
𝟒.𝑹
o 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑎𝑙 𝑘𝑢𝑏𝑢𝑠 = 4. 𝑅 = √𝑎2 + 𝑎2 + 𝑎²−→ 𝑎 = (stelling van pythagoras)
√𝟑
▪ R = Straal van 1 atoom
- De vullingsgraad V = verhouding tussen de volume van de atomen op het volume van een
eenheidscel
4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 4 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 4.( ).𝜋.𝑅³
3
o 𝑉= 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙
= 4.𝑅 = 𝟔𝟖%
( )³
√3
- Glijrichtingen : 4/CP-vlak en we hebben 0 CP-vlakken
o 0 glijrichtingen
o Effect hiervan is dat deze metalen minder makkelijk vervormbaar zijn
- Holtes
o Z-holten die ontstaan in di t rooster liggen in het midden van de zijvlakken en ribben
van de kubus
o 6 zijvlakken *1/2 (elk zijvlak wordt gedeeld door 2 eenheidscellen) + 12 ribben *1/4
(elke rib word gebruikt door 4 eenheidscellen)
o In iedere holte kan zich een interstitieel atoom nestelen met een diameter die
maximum 15.4% van het roosteratoom bedraagt
Metalen die stollen volgens dit roostertype:
- Fe
- Cr
- Mo
- W
- V
- Nb
- …
, 4
Hexagonaal dichtgepakt rooster
Coördinatengetal CN = 12
Stapeling : ABA-stapeling
Conclusie
fcc bcc
Diffusie (in de vaste fase) Moeilijk door de dichte Makkelijker door de minder
pakking dichte pakking
Oplosbaarheid van kleinere Goed doordat er grotere holtes Minder goed door de kleinere
atomen (in de vaste fase) zijn z-holtes
Vervormbaarheid Goed door de 12 glijrichtingen Minder goed door de 0
glijrichtingen
Hoofdstuk 2 : fouten of imperfecties in kristalroosters
Puntfouten
1) Vacature of lege roosterplaats : er ontbreekt een atoom op een roosterplaats
a. Zeer belangrijk voor diffusie
2) Substitutioneel vreemd atoom : een vreemd atoom zal in een bepaald roosterpunt de plaats
innemen van het normale atoom
3) Interstitieel atoom : een vreemd atoom dat zich niet op een roosterplaats bevind maar in de
holte tussen de atomen
➔ Het toevoegen van een substitioneel of interstitieel atoom in een kristalrooster brengt
spanningen teweeg in het rooster rondom de fout waardoor het materiaal verhardt en
verstevigt.
Lijnfouten
= fouten die zich langs een lijn in het kristal uitstrekken, deze staan ons toe om fenomenen te
verklaren die ontstaan bij plastische vervorming
