Ausscheidungshärtung IV - MaWi

2.2.1 Kaltaushärtung
Die Ausscheidungsfolge bei der Kaltaushärtung besteht aus zwei Schritten:
α übers → Cluster → kohärente GP(II)-Zonen
1. Im übersättigten α-Mischkristallgitter (α übers ) erfolgt eine homogene Entmischung
→ Es entstehen sogenannte Cluster, Ansammlung von Legierungsatomen ohne erkennbare Struktur und
Ordnung.
2. Die Cluster entwickeln eine innere Struktur.
→ Je nach Unterschied der Gitterparameter zwischen Matrix und Entmischungszone bilden sich kugel-,
stäbchen- oder plättchenförmige Anordnungen von Legierungsatomen mit bestimmter Orientierung zum
Kristallgitter der Matrix.
→ Die Größe liegt im Bereich weniger Nanometer.
→ Diese Zonen mit innerer Struktur werden als GP-Zonen bezeichnet (Guinier-Preston Zonen)
Die Obergrenze des Temperaturbereiches für die Kaltaushärtung liegt je nach Legierungssystem zwischen 80 und
100°C. Bei höheren Temperaturen lösen sich die GP(I)-Zonen auf oder sie wachsen auf Kosten nicht
wachstumsfähiger Zonen und wandeln sich dabei in die nächst stabileren Formen, d. h. (GP(II)-Zonen und
teilkohärente Ausscheidungen, um. Eine Kaltaushärtung liegt vor, wenn es während der Auslagerungsdauer
ausschließlich zur Bildung von Clustern und GP-Zonen kommt.
2.2.2 Warmaushärtung
Je nach Höhe der Auslagerungstemperatur bilden sich metastabile Phasen, deren Zusammensetzung und Struktur
zunehmend der jeweiligen Gleichgewichtsphase entsprechen.
α übers → Cluster → kohärente GP(II)-Zonen → teilkohärente metastabile Übergangsphase →
Gleichgewichtsphase
Der Übergang von einem Ausscheidungsstadium zum nächsten geschieht je nach Legierungssystem durch die
Vergrößerung wachstumsfähiger Ausscheidungen auf Kosten von Teilchen mit unterkritischer Größe. Die
Kohärenzspannungen nehmen zu, bis die Gitterkohärenz teilweise oder ganz verloren geht. Der Verlust der
Kohärenz erfolgt durch den Einbau von Versetzungen in der Grenzfläche zwischen Matrix und Ausscheidung. Bei
hoher Auslagerungstemperatur und langer Auslagerungszeit wandeln sich die teilkohärenten Ausscheidungen in die
stabile Gleichgewichtsphase um. Bei weiterer Wärmebehandlung kommt es zur Überalterung durch eine
Vergröberung (Ostwaldreifung) und zum vollständigen Kohärenzverlust der Phasen, wodurch die Festigkeit
abnimmt.
Das erreichbare Härtemaximum wird durch die Anzahl, Größe
und Verteilung der Ausscheidungsphasen sowie je nach
Legierungsart durch kohärente GP(II)-Zonen (z.B. AlMgSi-
Legierungen) oder teilkohärente Übergangsphasen (z.B.
AlZnMg(Cu)-Legierungen) bestimmt.
Höchste Härtesteigerung bei der Warmauslagerung erfordert:
• möglichst hohe Teilchenzahl
• geringen Teilchenabstand
• gleichmäßige Verteilung
• hohes Maß an Kohärenz
Abb. 12 links:unterschiedliche Ausscheidungsphasen im
2-Phasen-Gebiet, rechts: Temperaturbereiche und
Auslagerungszeiten zur Einstellung der jeweiligen
Ausscheidungsphase(n).
Bei Legierungen, bei denen die Vorgängerphase die Keime für das
nächste Stadium der Ausscheidungsfolge liefert (z.B. bei
AlZnMg(Cu)-Legierungen), kann die Härte durch ein langsames
Aufheizen auf die Auslagerungstemperatur oder durch eine
Stufenauslagerung verbessert werden.
Aushärtung von Aluminiumlegierungen 6