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Änderungen

Aluminium/Details

4.418 Bytes hinzugefügt, 16:09, 29. Okt. 2008
Das Kapitel Festigkeit vorerst abgeschlossen und ort der Wärmebehandlungstabelle gändert
Doch warum jetzt die Festigkeit eines Werkstoffes erhöhen? Mit höherer Festigkeit kann man verhindern, dass ein Rahmen sich unter Belastung Verbiegt, Verzieht oder Einbeult. Auch wird bei einem [[Chainsuck]] nicht so viel Material abgetragen und der Rahmen nicht so stark beschädigt. Doch welche Verfestigungsmechanismen werden bei Aluminiumlegierungen denn nun verwendet?
 
Dazu kurz einige Grundlagen. Sellen wir uns unser Aluminium als perfekten Einkristall vor, müssten für eine Verformung ganze Atomebenen an einander abgleiten, was Unmengen an Energie benötigen würde. Doch unser Aluminium (immer noch ein Einkristall) ist voller Fehler. Es ist also viel einfacher diese Fehler (Versetzungen genannt) zu bewegen. Dieses Modell wird Versetzungstheorie genannt. Nun besteht unser Aluminium aus vielen Kristallen, die durch Korngrenzen getrennt sind also können diese Kristallfehler (Versetzungen) nicht beliebig weit wandern.
=== Kaltverfestigung ===
Verformt man Aluminium unterhalb der Rekristallisationstemperatur spricht man von Kaltverformung. Es wird zwischen Verformen und Umformen unterschieden. Dabei ist Verformung ungezielt (Unfall) und Umformung mit einem Ziel (z.B. Kaltschmieden einer Fahrradkurbel). Doch was passiert dabei im Werkstoff? Durch die Umformung beginnen die Versetzungen zu wandern und es werden gleichzeitig neue gebildet. Da jede Versetzung ein Spannungsfeld um sich herum hat kommen sich nun diese Spannungsfelder in die Quere und es wird immer mehr Energie benötigt um diese Versetzungen wandern zu lassen. Der Werkstoff wird Kaltverfestigt. Bringt man den Werkstoff nun auf Rekristallisationstemperatur werden diese Versetzungen durch Rekistalisation ausheilen und die Härte nimmt wieder ab. Brechen wir jedoch die Rekristallisation rechtzeitig wieder ab haben wir viele neue und kleine Körner. Dies entspricht den Wärmebehandlungen H und Hxx.
 
=== Feinkkornhärtung ===
 
Da die Versetzungen nicht über Korngrenzen hinweg gehen können erhöht auch ein verkleinern der Körner um die Festigkeit zu erhöhen (Hall-Petsch-Beziehung). Da Aluminium zur Grobkornbildung neigt kann man dies durch Schmieden und Rekristallisieren erreichen.
=== Mischkristallverfestigung ===
Bei der Mischkristallverfestigung nutzt man die Änderung der mechanischen Eigenschaften von Festkörpern durch einlagerung von Substitutions- oder Zwischengitteratomen. Die Steigerung der Festigkeit ist eine Folge der Spannungsfelder, die durch die Fehlpassungen der Fremdatome entstehen und ein wander nder Versetzungen erschweren. Vorraussetzung ist dabei die Löslichkeit der Fremdatome im Gitter. Die Festigkeit nimmt mir der Zahl der Gelösten Atome zu. Auch eine steigende Differenz der Atomradien lässt die Festigkeit ansteigen, allerdings sinkt die Löslichkeit. Probiert man zu viele Atome in den Mischkristall einzubringen wird sich eine zweite Phase ausscheiden. Ein Mischkristall immer einphasig.Dies trifft auf alle nicht wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen zu.
=== Ausscheidungshärtung ===
 
Voraussetzung für die Ausscheidungshärtung von Aluminium-Legierungen ist das Vorhandensein von Mischkristallen, die bei absinkender Temperatur eine abnehmende Löslichkeit besitzen. Dabei werden zunächst sämtlich Atome bei hohen Temperaturen in Lösung gebracht. Der Werkstoff wird abgeschreckt und dieser Lösungszustand eingefroren. Jetzt befindet sich der Werkstoff aber in einem instabilen Zustand. Wartet man nun ab (Kaltaushärten) oder erwärmt ihn nochmal (Warmaushärten) werdwn sich aus dem übersättigten Mischkristall weitere Phasen ausscheiden. Treffen nun Versetzungen beim wandern auf diese Ausscheidungen müssen sie diese entweder schneiden oder um sie herum wandern was zusätzliche Energie benötigt. Die Folge ist ein festerer Werkstoff und entspricht den Wärmebehandlungen Txx.
 
'''Kaltauslagern'''
 
Die wichtigsten kaltauslagernden Legierungen gehören zum Typ Al-Cu-Mg.
Beim Kaltauslagern geht man folgendermaßen vor: Beim Lösungsglühen (Homogenisieren) bei etwa 500°C wird das Kupfer im Aluminium in Lösung gebracht.
Danach wird das Werkstück in Wasser abgeschreckt. Dadurch wird die Ausscheidung des Kupfers unterdrückt. Das gesamte Kupfer befindet sich jetzt in einer übersättigten Lösung. In diesem Zustand kann die Zugfestigkeit schon bis 40% über dem weichgeglühten Zustand liegen. Dabei ist der Werkstoff aber noch gut verformbar.
Auf das Abschrecken folgt das Kaltauslagern (bei etwa 20°C). Das Aluminiumgitter beginnt, das in Lösung gehaltene Kupfer in Form von Kupferreichen Mischkristallen auszuscheiden.
Dieser Vorgang ist normalerweise nach etwa 5-8 Tagen abgeschlossen. Durch eine Temperaturerhöhung auf ~ 35°C lässt sich der Vorgang beschleunigen, eine Temperaturerniedrigung verzögert ihn.
 
 
'''Warmauslagern'''
 
Beim Warmauslagerung (Bevorzugt bei Al-Mg-Si-Legierungen) man folgendermaßen vor: Lösungsglühen und Abschrecken wie bei Al-Cu-Mg-Legierungen.
Anschließend wird für eine Zeit von 4 – 48 Std. bei Temperaturen zwischen 120-175°C ausgelagert. Auch hier stellen sich jetzt Ausscheidungsvorgänge ein. Die Festigkeitswerte fallen nach Erreicherung eines Maximums jedoch wieder ab. Deshalb gewinnt hier die Einhaltung der richtigen Zeit- und Temperaturwerte stark an Bedeutung, um die erwünschte Festigkeit zu erhalten. Die Ausscheidungshärtung steht grundsätzlich am Ende der Fertigung oder müssen hier wiederhohlt werden.
 
===Wärmebehandlung===
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