Ausscheidungshärtung

Das Verfahren: Behandlungsschritte

Die Ausscheidungshärtung macht sich das Prinzip zu Nutze, dass die Löslichkeit mancher Legierungselemente mit sinkender Temperatur abnimmt. Damit das gewünschte Ergebnis erzielt werden kann, sind drei Schritte notwendig: das Lösungsglühen, das Abschrecken und das Auslagern, bei dem die eigentliche Ausscheidung stattfindet.

Lösungsglühen (Diffusionsglühen, Homogenisieren)

Damit die spätere Ausscheidung gelingen kann, müssen zunächst alle nötigen Elemente gelöst vorliegen. Dazu findet das Lösungsglühen statt. Bei diesem Schritt ist die richtige Temperatur von großer Bedeutung. Sie muss hoch genug sein, damit möglichst keine groben Teilchen mehr bestehen bleiben. Sie darf aber nicht zu hoch sein, weil sonst Gefügebestandteile schmelzen und eine Weiterverarbeitung unmöglich wird.

Dieser Prozess kann nur einige Minuten in Anspruch nehmen oder mehrere Stunden dauern. Das ist abhängig von der Größe des Bauteils, von der Fein- bzw. Grobkörnigkeit des Gefüges, vom Legierungstyp und der Verarbeitung des Halbzeugs (z.B. geschmiedet, gepresst etc.).

INFO: Dispersoide
Die so genannten Dispersoide werden schon beim Lösungsglühen ausgeschieden. Diese Teilchen behindern die Korngrenzenbewegungen und kontrollieren damit die Rekristallisation. Wegen ihrer Größe und ihres geringen Gehalts im Material bedingen sie nur eine vernachlässigbare Festigkeitssteigerung.

Nun folgt das Abschrecken in einem geeigneten Medium. Das können Wasser oder Öl sein, aber auch Gas bzw. Druckluft. Das Abschreckmedium ist werkstoffabhängig. Das Abschrecken verhindert die Diffusion und versetzt den Mischkristall in einen metastabilen, übersättigten, einphasigen Zustand.

Auslagern

Im letzten Schritt passiert die eigentliche Ausscheidung bzw. das Auslagern. Die Temperatur bestimmt die Dauer und die Art der Ausscheidung. Faktoren wie die Keimbildung und die Ausscheidungsreifung können angepasst werden.

Die richtige Temperatur für die Ausscheidung ist in erster Linie von der Werkstofflegierung abhängig. Bei Aluminiumlegierungen sind es Temperaturen zwischen 150 °C und 190 °C, bei Maraging-Stahl Temperaturen von 450 °C bis 500 °C.

Während die Diffusion bzw. die Ausscheidung durch die Temperatursteigerung beschleunigt wird, wandelt sich der übersättigte, einphasige Mischkristall in eine zweiphasige Legierung um.

Die erste Phase ist die Matrix – sie ist im Volumen zusammenhängend und bildet meist den größeren Anteil. Die neu gebildete zweite Phase ist die Ausscheidung – ein homogenes Gefüge aus vielen kleinen Ausscheidungen, die gezielt eingestellt werden können.

Vorteile auf einen Blick

Die Ausscheidungshärtung findet im Vergleich zu anderen Härteverfahren bei verhältnismäßig geringen Temperaturen statt. Dadurch entsteht nur minimaler Verzug.

Voraussetzungen für die Anwendung

Das Ausscheidungshärten ist nur bei Legierungen möglich, welche die folgenden Voraussetzungen erfüllen:

Mindestens ein Legierungselement ist zur Bildung von Mischkristallen mit dem Grundmetall in der Lage.
Die Legierungselemente müssen durch Temperatursenkung eine abnehmende Löslichkeit im Grundmetall aufweisen.
Die Ausscheidungstemperatur muss genügend Triebkraft und Diffusionsgeschwindigkeit für eine ausreichende Keimbildung aufbringen.
Eine homogene Verteilung der Ausscheidungen im Werkstoff ist wichtig, um eine Koagulation bei Einsatztemperatur zu verhindern.

Aushärten von Aluminiumlegierungen

Vor allem für Aluminiumlegierungen spielt die Ausscheidungshärtung eine große Rolle, weil diese nicht durch Martensitbildung härtbar sind. Statt polymorpher Umwandlung sind sie auf Härtung durch Diffusion angewiesen.

So werden zum Beispiel Nieten aus Duraluminium ausgehärtet. Duraluminium besteht, neben Aluminium, aus 4% Kupfer und 1% Magnesium. Es wird bei 495 °C bis 505 °C lösungsgeglüht. Nach dem Abschrecken erfolgt das Auslagern, um die Endfestigkeit zu erreichen. Das kann durch Kaltauslagern bei Raumtemperatur oder Warmauslagern passieren. Aushärtbare Aluminiumlegierungen gelten als korrosionsanfällig, weil keine geschlossene Oxidschicht gebildet werden kann. Eine Tiefkühlung bei -18 °C kann die Aushärtung verzögern, um eine längere Verarbeitungszeit zu gewährleisten.

Geeignete Werkstoffe

Voraussetzung für das Ausscheidungshärten ist immer ein Lösungsglühen. Im lösungsgeglühten Zustand eignen sich folgende Werkstoffe zum Aushärten: spezielle rostfreie Stähle (z.B. Maraginstahl 1.4542), Aluminium (z.B. Duraluminium), Titan, Bronzelegierungen und weitere Buntmetalle

Vorabinformationen zum Aushärten

Folgende Informationen helfen uns, ein Angebot zum Ausscheidungshärten für Sie vorzubereiten:

Werkstoffbezeichnung inkl. Werkstoffdatenblatt, falls verfügbar
Abmessungen des Bauteils
Informationen über den Gefügezustand – das Werkstück muss lösungsgeglüht sein,dieser Zustand kann aber durch mechanische oder thermische Einflüsse verloren gehen

Ofengröße

Behandlung im Umluftofen mit Abkühlung an der Luft:
Ø 1010 mm x 1.000 mm

Behandlung im Schutzgas-/Vakuumofen mit Abkühlung unter Stickstoff:
1.200 mm x 1.500 mm x 800 mm

Verfahrensstandorte

In unserer Standortübersicht erfahren Sie genau, wo wir bei Härtha welche Verfahren anbieten.