Alterung und Auslagerung

Die durch Diffusionsprozesse ablaufenden Ausscheidungsvorgänge bei Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze benötigen grundsätzlich Zeit. Diese Zeit kann dem Werkstoff jedoch durch rasche Abkühlung (Abschrecken genannt) genommen werden. Dies führt dann dazu, dass ein Teil der normalerweise nicht löslichen Legierungselementatome im Basisgitter zwangsgelöst bleibt, da ihnen die Zeit genommen wird um ausdiffundieren zu können. Dies führt zur entsprechend starken Gitterverzerrungen und kann zu enormen Festigkeitssteigerungen führen, da die Versetzungsbewegung durch die Gitterverzerrungen und die zwangsgelösten Atome erschwert wird.

Die Mischkristalle liegen bei rascher Abkühlung auf Raumtemperatur somit im übersättigten Zustand vor und befinden sich nicht im thermodynamischen Gleichgewicht. Grundsätzlich ist jedoch jedes System bestrebt ein thermodynamisches Gleichgewicht anzustreben. Deshalb werden sich mit der Zeit auch bei Raumtemperatur Ausscheidungen aus dem übersättigten Mischkristall bilden. Aufgrund der geringen Diffusionsfähigkeit bei solch niedrigen Temperaturen nimmt dieser Vorgang jedoch wesentlich mehr Zeit in Anspruch. Dies kann eine Frage von Tagen, Wochen, Monaten oder gar Jahren sein. Mit dem Anstreben des thermodynamischen Gleichgewichtszustandes bzw. dem nachträglichen Bilden von Ausscheidungen ändern sich über die Zeit dann natürlich auch die ursprünglichen Eigenschaften des Werkstoffes. Man bezeichnet diesen Prozess auch als Alterungsprozess bzw. kurz als Altern.

Der Alterungsprozess nimmt mit steigender Temperatur zu, da bei höheren Temperaturen auch die Diffusionsvorgänge entsprechend rascher ablaufen. Somit kann ein Werkstoff durch Erwärmung künstlich gealtert werden, um die Auswirkungen von Alterungsprozessen in wirtschaftlichen Zeiten untersuchen zu können. Alterungserscheinungen bei Stählen sind primär auf Stickstoff und Kohlenstoff zurückzuführen. Diese scheiden sich im Laufe der Zeit in Form von Eisennitrid und Eisencarbid aus dem übersättigten Ferritgitter aus und sorgen für eine unerwünschte Versprödung des Stahls.

Alterungsprozesse müssen jedoch nicht immer negativen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften haben. Teilweise entstehen die gewünschten Gebrauchseigenschaften auch erst mit dem Bilden von Ausscheidungen und somit mit dem Alterungsprozess (siehe auch Ausscheidungshärtung). Dies ist bspw. bei sogenannten ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen der Fall. Ein wichtiger Werkstoffvertreter ist in diesem Zusammenhang das sogenannte Duralumin; eine Legierung aus Aluminium und Kupfer sowie weitere Legierungselemente wie Eisen und Magnesium. Unmittelbar nach dem Abschrecken ist diese Legierung relativ weich und kann gut umgeformt bzw. verarbeitet werden. Erst durch den anschließenden Alterungsprozess von ein bis zwei Tagen erreicht die Legierung ihre hohe Gebrauchsfestigkeit und Gebrauchshärte. In diesem Fall wird der gezielt gewünschte Alterungsprozess auch als Auslagerung bezeichnet. Findet die Auslagerung bei Raumtemperatur statt so spricht man von Kaltauslagerung. Im Gegensatz hierzu findet bei der Warmauslagerung der Auslagerungsprozess bei höheren Temperaturen statt.

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