Kristallerholung

Unter Kristallerholung versteht man die Beseitigung der Folgen einer plastischen Verformung (z. B. Kaltumformung) ohne Neubildung des Gefüges (Rekristallisation). Kristallerholung führt zum Abbau von Spannungen. Kornform und Korngröße des verformten Gefüges bleiben erhalten. Durch Temperaturerhöhung wird die Kristallerholung infolge größerer Atombeweglichkeit begünstigt. Bei Aluminium tritt eine merkliche Kristallerholung nach einer Kaltumformung schon bei Raumtemperatur ein, bei Stahl erst bei Temperaturen ab ca. 300 °C. Findet die Erholung schon während der Umformung statt, so spricht man von dynamischer Erholung – in allen anderen Fällen von statischer Erholung.

MechanismenBearbeiten

 
Ausheilung vorzeichenfremder Versetzungen

Die Kristallerholung ist primär auf zwei parallel auftretende Effekte zurückzuführen, die Ausheilung und die Umordnung null- und eindimensionaler Gitterbaufehler.

Die Ausheilung nulldimensionaler Fehler geschieht durch Diffusion von Zwischengitteratomen in Gitter-Leerstellen. Eindimensionale Fehler, also Stufen- und Schraubenversetzungen, heilen durch Annihilation zweier Versetzungen entgegengesetzter Vorzeichen (Summe der Burgersvektoren gleich null). Bei der Umordnung nulldimensionaler Fehler lagern sich Leerstellen bzw. Zwischengitteratome in die Gitterhalbebenen der Versetzungen ein, wodurch die Stufenversetzungen ihre Lage verändern können – sie klettern. Durch Klettern von Stufen- und Quergleiten von Schraubenversetzungen können sich diese in eine energetisch günstigere Position umlagern, in regelmäßigen Reihen anordnen und sog. Kleinwinkelkorngrenzen bilden. Durch diesen Polygonisationsvorgang entstehen innerhalb eines Kristallits Subkörner mit einer sehr niedrigen Versetzungsdichte in ihrem Inneren und versetzungsreichen, netzartigen Strukturen an ihren Grenzen.

Während der Kristallerholung bleiben Großwinkelkorngrenzen statisch und werden nicht neu gebildet. Auch wenn im Spezialfall der kontinuierlichen Rekristallisation Korngrenzenbewegungen behindert sind, entstehen neue Großkornwinkelgrenzen und ist somit von der Kristallerholung zu unterscheiden.[1]

Einfluss auf die WerkstoffeigenschaftenBearbeiten

Werkstoffe zeigen nach der Kristallerholung eine höhere Duktilität. Mit steigender Temperatur werden Erholungsvorgänge im Gefüge zunehmend begünstigt. Dies schlägt sich in den mechanischen Eigenschaften z. B. durch ein Absinken von Härte und Zugfestigkeit nieder. Werden Temperatur und/oder Verformungsgrad weiter erhöht, setzen zunehmend Rekristallisationsvorgänge, verbunden mit einer völligen Gefügeneubildung, ein.

Die Stapelfehlerenergie eines Werkstoffs hat großen Einfluss auf das Ausmaß der Kristallerholung. Bei Werkstoffen mit niedriger Stapelfehlerenergie ist die Kristallerholung behindert und es kommt mehr zum konkurrierenden Prozess der Rekristallisation. Bei Kupfer liegt beispielsweise die Senkung der Härte durch Erholung ohne Rekristallisation im praktisch nicht messbaren Bereich. Aluminium hat dagegen eine hohe Stapelfehlerenergie. Bei Reinstaluminium kann nur durch Erholung die durch Kaltverfestigung bedingte Härte um 40 Prozent gesenkt werden.[2]

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Gottstein, Günter: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Physikalische Grundlagen. 4., neu bearb. Aufl. 2014. Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-36603-1, S. 323.
  2. Christoph Broeckmann, Paul Beiss: Werkstoffkunde I. Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau der RWTH Aachen, Aachen 2014, S. 220–239.