Alterung

Veränderung des Gefüges eines metallischen Werkstoffes.

Als Ursache werden Ausscheidungen aus übersättigten Mischkristall angesehen. Damit verbunden sind immer Änderungen der mechanischen Eigenschaften, wobei zwischen natürlicher und künstlicher Alterung unterschieden wird.

Natürliche Alterung tritt bei bestimmten Werkstoffen im Gusszustand oder nach einer Kaltverformung von selbst auf. Im Gegensatz dazu kann auch eine Alterung durch eine Wärmebehandlung herbeigeführt werden. In dem Fall spricht man von künstlicher Alterung. Dies geschieht um Gefüge- und Eigenschaftsänderungen zu beschleunigen und zu stabilisieren. Bei Alterungsvorgängen nimmt die Härte zu, deshalb spricht man hier von Aushärtung.

Wenn allgemein von Alterung gesprochen wird, ist in der Regel die Reckalterung gemeint, welche von besonderer Bedeutung beispielsweise für Stahl ist. Verantwortlich für diese Art der Alterung sind Kohlenstoff, Phosphor, Sauerstoff und vorzugsweise der gelöste, nicht abgebundene Stickstoff. Diese Alterung äußert sich in der Zunahme der Zugfestigkeit und Streckgrenze bei gleichzeitiger Abnahme der Zähigkeit beim Lagern bzw. nach Kaltverformung (Reckung) des Stahles.

Der Vorgang, der für viele hochfeste, schweißbare Stähle von großer Bedeutung ist, wird aus Bild 1 deutlich. Wegen der im Stahl maximal enthaltenen 0,02 % N ist nur die äußerste linke Ecke interessant. Man erkennt, dass alle Stähle beim Abkühlen nach der Warmverformung den mit dem Pfeil angegebenen Verlauf nehmen. Oberhalb der Linie A-B sind alle N-Atome als Einlagerungsmischkristalle gleichmäßig im Eisen gelöst, beim Unterschreiten der Linie müssten sie zu den Korngrenzen wandern und dort im Verhältnis vier Fe-Atome + ein N-Atom die Verbindung Fe4N (Eisennitrid) bilden.

Diesen Vorgang nennt man Ausscheidung. Die kleineren, beweglicheren C-Atome sind imstande, noch dazu bei höheren Temperaturen, die Korngrenzen bei normaler Abkühlung weitgehend zu erreichen; die trägeren N-Atome schaffen dies nicht. Sie bleiben bis Raumtemperatur im Eisen gelöst, obwohl sie dort keinen Platz mehr haben. Solch eine „übersättigte Lösung“ hat das Bestreben im Laufe der Zeit in den stabilen Zustand überzugehen, wobei die N-Atome sehr langsam in Richtung Korngrenzen wandern. Dabei finden sie jedoch kleine Gitterleerstellen, wo sie Platz haben und bleiben können. Im Ergebnis wird dadurch die Verformbarkeit des Stahles erschwert, d.h. die Zähigkeit sinkt.

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