Ausscheidungshärtung IV - MaWi

Abb. 7 Schematisches Phasendiagramm einer ausscheidungshärtbaren
Legierung
Lösungsglühen (Homogenisieren):
Eine Legierung der Komponenten A und B mit der
Zusammensetzung X Leg wird bei einer Temperatur T h
geglüht. Es entsteht ein homogener α-Mischkristall,
in dem die B-Atome regellos Gitterplätze in der A-
Matrix einnehmen.
Abschrecken:
Durch rasches Abkühlen von T h auf Raumtemperatur
RT wird dieser homogene Zustand „eingefroren“.
Die Legierungselemente (Komponente B) bleiben in
der α-Matrix (Komponente A) zwangsgelöst. Es
entsteht ein übersättigter Mischkristall, der
thermodynamisch nicht stabil ist.
Auslagern (Altern):
Die Auslagerung des übersättigten Mischkristalls
erfolgt bei einer Temperatur T w , die unterhalb der
Segregatlinie liegt. Aus dem übersättigten α-
Mischkristall scheidet sich die stabile und
inkohärente Gleichgewichtsphase β mit dem
Volumenanteil V β aus. Die verbleibende
Konzentration an B-Atomen in der Matrix beträgt
X w .
Die Ausscheidung der inkohärente Gleichgewichtsphase β erfolgt allerdings nicht gleich zu Beginn des
Auslagerungsprozesses, sondern über eine Ausscheidungssequenz. Je nach Auslagerungstemperatur und –dauer
werden vor Beginn der Ausscheidung der stabilen β-Phase verschiedene metastabile Ausscheidungsphasen gebildet,
die kohärente und teilkohärente Phasengrenzen zur Matrix besitzen (Abb. 8).
Zu Beginn der Auslagerung bilden sich nach einer gewissen
Inkubationszeit (für die Keimbildung) zunächst
Ausscheidungsphasen mit kohärenten und teilkohärenten
Phasengrenzen zur Matrix. Mit zunehmender
Auslagerungsdauer t wachsen die Ausscheidungen aufgrund von
Diffusionsprozessen, wodurch es für die Versetzungen immer
schwerer wird, diese zu schneiden. Dies resultiert in einem
Abb. 8 schematische Darstellung der Ausscheidungsfolge
Festigkeits-/Härteanstieg (Abb. 9). Ab dem kritischen
Teilchenradius setzt der Orowan-Mechanismus ein und die
Ausscheidungsteilchen werden leichter umgangen als geschnitten. Mit zunehmender Auslagerungsdauer jedoch
nimmt auch der Volumenanteil der (teil)kohärenten Ausscheidungsphase weiter zu, wodurch der Teilchenabstand L
immer geringer wird und somit zu einem Festigkeits-/Härteanstieg führt. Die Probe befindet sich im
Aushärtungszustand (Under-Aged).
Wird der Gleichgewichtszustand (t GG ) erreicht, ist der Mischkristall gesättigt. Der Volumenanteil der
ausgeschiedenen Phase ändert sich nicht mehr und die Hinderniswirkung auf die Versetzungen erreicht ein
Maximum (maximal gehärteter Zustand = Peak-Aged). Die Ausscheidungen im Gleichgewichtszustand besitzen nun
eine inkohärente Phasengrenze zur Matrix und werden von den Versetzungen nur noch umgangen. Mit weiterer
Zunahme der Auslagerungsdauer t kommt es bei konstantem Volumenanteil zum weiteren Wachsen der
inkohärenten Ausscheidungen auf Kosten von kleineren Ausscheidungen (Ostwald-Reifung). Daraus resultiert eine
abnehmende Ausscheidungsanzahl und ein zunehmender Teilchenabstand L, wodurch die Ausscheidungen wieder
leichter umgangen werden können. Die Festigkeit/Härte nimmt ab und die Probe befindet sich im überalterten
Zustand (Over-Aged).
Aushärtung von Aluminiumlegierungen 4