Aushärten

Allgemein

1. Verfestigen von Formstoffen, das auf die Wirkung beigemischter härtender Binder beziehungsweise Bindersysteme zurückzuführen ist, wobei die Verfestigung oder auch Härtung durch chemische oder physikalische Reaktionen erzeugt wird.

2. Wärmebehandlung von Legierungen, deren Zustandsdiagramm dem in Bild  1 gezeigten Typ entspricht (vollkommene Löslichkeit im flüssigen Zustand und beschränkte Löslichkeit im festen Zustand). Werkstoffe im Legierungsbereich zwischen α und β sind aushärtungsfähig, wenn man sie zunächst im reinen α-Mischkristallgebiet (beispielsweise bei der dem Punkt  L entsprechenden Temperatur) lösungsglüht und dann anschließend rasch abkühlt (abschreckt). Auf diese Weise bleibt auch bei Raumtemperatur (Zustand L) der α-Mischkristall wie bei L erhalten, und zwar in übersättigter, instabiler Lösung. Er wird versuchen, die Wiederausscheidung der β-Phase zu vollziehen oder vorzubereiten. Erfolgt diese Wiederausscheidung von β von selbst, das heißt bei Raumtemperatur (Zustand A), so spricht man von einer Kaltaushärtung. Man kann aber auch eine nochmalige Wärmebehandlung bei der Temperatur W vornehmen und erhält damit ebenfalls eine Wiederausscheidung der β-Phase (Warmaushärtung). In diesem Falle gilt zu beachten, dass es für jeden derartigen Werkstoff eine bestimmte optimale Auslagerungstemperatur W und eine optimale Haltezeit bei dieser Temperatur gibt, die beide eingehalten werden müssen (Bild 2). Die Auslagerungskurven steigen mit zunehmender Auslagerungsdauer bis auf ein Maximum an und fallen dann wieder ab. Dieses Abfallen wird als Überalterung bezeichnet. Ein ähnlicher Kurvenverlauf wie für die Härte ergibt sich auch für die Dehngrenze und Zugfestigkeit in Abhängigkeit von der Auslagerungszeit (Bild 3).

Der Vorgang der eigentlichen Aushärtung, das Halten der lösungsgeglühten und abgeschreckten Legierung bei einer bestimmten Temperatur, wird Auslagern genannt. Erfolgt dies bei Raumtemperatur oder nur mäßig erhöhter Temperatur (bis max. 100 °C), bezeichnet man dies als Kaltauslagern und die gesamte Wärmebehandlung als Kaltaushärtung. Wird bei über 100 °C ausgelagert, ist es eine Warmauslagerung im Zuge einer Warmaushärtung, die normalerweise bis zur Vollaushärtung (mit maximaler Härte) geführt wird. Das Warmauslagern kann aber auch mit verkürzter Haltezeit vorgenommen werden, so dass eine Teilaushärtung, aber noch keine Vollaushärtung erreicht wird.

Am Beispiel der in den Bildern  4 und 5 dargestellten Auslagerungsdiagramme der Legierung GD-AlSi9Cu3 wird deutlich, wie die Dehngrenze, die Zugfestigkeit, die Härte und die Bruchdehnung in Abhängigkeit von Auslagerungstemperatur und Auslagerungsdauer beeinflusst werden können.

Kennzeichnung des Wärmebehandlungszustandes von Aluminium und Aluminiumlegierungen:

T4: lösungsgeglüht, abgeschreckt und kaltausgelagert (Kaltaushärtung),

T6: lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert (Vollaushärtung),

T64: lösungsgeglüht, abgeschreckt und verkürzt warmausgelagert (Teilaushärtung).

Das Warmauslagern wird normalerweise sofort oder sehr bald nach dem Abschrecken vorgenommen. Mitunter wird aber auch ein sogenanntes Zwischenauslagern der lösungsgeglühten und abgeschreckten Teile vorgesehen und das Warmaushärten erst später begonnen. Dieses Zwischenauslagern geschieht in der Regel bei Raumtemperatur, seltener bei höheren oder tieferen Temperaturen. Das Verfahren führt zu einer Verbesserung der Duktilität im warmausgehärteten Zustand, meist jedoch zu Lasten der Festigkeit; es kann aber auch der umgekehrte Effekt auftreten, und dies hängt sehr wesentlich von der Legierungszusammensetzung ab.

Mithin ist die Aushärtung nichts anderes als eine Härtung durch Ausscheidungsvorgänge, auch Ausscheidungshärtung genannt. Im Gegensatz dazu gibt es die Härtung durch Umwandlungsvorgänge im Gefüge, wie sie durch Abschrecken (Abschreckhärtung) bei bestimmten Werkstoffen, zum Beispiel bei der Martensitbildung von Stahl, auftritt und als Umwandlungshärtung bezeichnet wird.

Bild 1: Grundform des Zustandsdiagramms aushärtbarer Legierungen© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2.: Aushärtungsverlauf in Abhängigkeit von der Auslagerungszeit bei verschiedenen Temperaturen (schematisches Beispiel)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Auslagerungsdiagramme von Kokillenguss-Probestäben der Legierug GK-AlSi10Mg für verschiedene Auslagerungstemperaturen: a) Zugfestigkeit, b) 0,2 %-Dehngrenze und c) Brinellhärte (nach W. Schneider, W. Vogel und H. Baldering)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: Auslagerungsdiagramme für Dehngrenze und Zugfestigkeit von Probestäben der Legierung GD-AlSiCu3© GIESSEREI LEXIKON
Bild 5: Auslagerungsdiagramme für Härte und Bruchdehnung von Probestäben der Legierung GD-AlSiCu3© GIESSEREI LEXIKON

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