Ausscheidungshärtung
Die Ausscheidungshärtung ist eine Möglichkeit zum Erhöhen der Festigkeit metallischer Werkstoffe. Das Verfahren wird auch als Aushärten bezeichnet.Voraussetzung für das Aushärten ist, dass die Löslichkeit für das Legierungselement mit abnehmender Temperatur sinkt. Wird die Löslichkeitsgrenze unterschritten, so wandelt sich der einphasige Mischkristall durch Diffusion in eine Zweiphasenlegierung um. Die im Volumen zusammenhängende und in der Regel mit höherem Anteil auftretende Phase wird Matrix genannt, die andere Ausscheidung. Die Art und Geschwindigkeit der Ausscheidung ist temperaturabhängig, da die treibende Kraft der Diffusion ebenfalls temperaturabhängig ist. Bei Legierungen die bei Raumtemperatur keine Diffusion aufweisen kann durch Abschrecken die Diffusion verhindert werden und der Mischkristall verbleibt im metastabilen übersättigten einphasigen Zustand. Durch ein anschliessendes Diffusionsglühen kann nun die Diffusion bei vorgegebener Temperatur nachgeholt werden, um die Größe und Form der Ausscheidungen zu beeinflussen. Damit können die Eigenschaften des Werkstücks gezielt einstellt werden. Abhängig von Material und Verfahren konzentrieren sich die Ausscheidungen in bestimmter Art und Weise und behindern durch ihre von der Matrix abweichende Kristallstruktur Versetzungsbewegungen. Die Ausscheidungen können kohärent, teilkohärent oder inkohärent zur Matrix sein. Kohärente Ausscheidungen sind innerhalb eines Korns und treten bei Legierungselementen mit ähnlichen Gitterparametern auf. Legierungselemente mit abweichenden Gitterparametern lagern sich inkohärent zwischen den Körnern aus. Inkohärente Ausscheidungen können kugelförmig sein, wenn die Ausscheidung über eine relativ hohe Oberflächenenergie verfügt, oder dispergiert wenn die Oberflächenenergie sehr gering ist.
Ist die Ausscheidung dispergiert, so spricht man von DispersionshärtungEin 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.
Nahezu alle aushärtbaren Aluminiumlegierungen sind stark Korrosionsanfällig, da die Legierungselemente die Bildung einer geschlossenen Oxydschicht behindern.
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).
