Ausscheidungshärtung

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Die Ausscheidungshärtung ist eine Möglichkeit zum Erhöhen der Festigkeit metallischer Werkstoffe. Das Verfahren wird auch als Aushärten bezeichnet.

Voraussetzung für das Aushärten ist, dass eine Legierung mit beschränkter Mischkristallbildung vorliegt, das heißt dass die Bestandteile der Legierung oberhalb einer Umwandlungstemperatur in das Metallgitter eingelagert (gelöst) sind und unterhalb dieser Temperatur nicht mehr ineinander lösbar sind. Wird so eine Legierung langsam von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur auf eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur abgekühlt, entmischen sich die Legierungsbestandteile und es entsteht ein Gemisch aus Kristalliten der Legierungsbestandteile. Zum Aushärten muss demgegenüber die Legierung abgeschreckt, d.h. so schnell abgekühlt werden, dass sich die Legierungsbestandteile nicht trennen können. Es liegt dann ein übersättigter Mischkristall vor.

Ein Halbzeug, das aus diesem Mischkristall besteht, ist zunächst relativ weich und kann gut plastisch umgeformt werden. Das Aushärten erfolgt dann durch Diffusion der eingelagerten Legierungsbestandteile. Diese konzentrieren sich an bevorzugten Stellen im Gefüge und behindern dadurch die Versetzungsbewegung, wodurch sich die Festigkeit erhöht. Die Ausscheidungen sind kohärent, teilkohärent oder inkohärent zum Mischkristall.

Die Auslagerung kann entweder bei Raumtemperatur erfolgen, oder es wird eine spezielle Auslagerungsglühung durchgeführt.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Ausscheidungshärtung ist das Aushärten von Aluminiumlegierungen. Notwendige, aber nicht hinreichende Voraussetzung für die Aushärtbarkeit einer Aluminiumlegierung ist, dass sie Kupfer, Magnesium, Silizium oder Zink enthält. Ein prominentes Beispiel für die Ausscheidungshärtung ist das Duraluminium, eine Legierung aus Aluminium, 4% Kupfer und 0,5% Magnesium. Die Lösungsglühung erfolgt bei 510°C. Nach dem Abschrecken kann das Material umgeformt werden. Im Gegensatz zu Stahl ist Duraluminium nach dem Abschrecken zunächst noch weich! Die Endfestigkeit wird durch Kaltauslagern oder Warmauslagern (eine Ausscheidungsglühung) erreicht. Die Aushärtung kann durch Tiefkühlung (min. -18°C) herausgezögert werden. Dies wird zum Beispiel bei Niete aus solchen Legierungen verwendet um eine längere Verarbeitungszeit zu erreichen.

Ähnliche Vorgänge wie bei der Ausscheidungshärtung treten auch beim Altern und dem BH Effekt von Stahl auf.

Weitere Möglichkeiten der Festigkeitserhöhung sind das Einlagern von Fremdatomen im Mischkristall, die Verfestigung durch Kaltumformung, die Kornfeinung sowie die diffusionslose Umwandlung (Umwandlungshärtung).

Nahezu alle aushärtbaren Aluminiumlegierungen sind stark Korrosionsanfällig, da die Legierungselemente die Bildung einer geschlossenen Oxydschicht behindern.