Werkstoffkunde 2 - TUM - Leichtmetalle 2

Abnehmende Löslichkeit des zweiten Elements mit sinkender Temperatur

Achtung, ist zwar eine notwendige Bedingung aber nicht hinreichend!!

Versprödung (hinr. Kriterium)

Tendenziell sobald sich die zweite Phase an den Korngrenzen bildet anstatt dem Korninneren.
Dies hängt von der "Ähnkichkeit der Kristallgitter der beiden Phasen ab.

Ist die Atomanordnung in einer Ebene der Ausscheidungsphase vergleichbar mit der des Mischkristalls (MATRIX), bildet sich die Ausscheidung im Korn. 

Kohärenz

a) kohörent  b) teilkohärent  c) inkohärent (s.S 91 Skript)

Je unterschiedlicher die Gitterkonstanten der Ausscheidungsphase und der Matrix sind, umso stärkere innere Spannnunge herrschen vor

Durch die Betrachtung der Atompositionen beider Phasen unmittelbar an ihrer gemeisamen Grenzfläche.
 

Je ähnlicher die Gitterkonstanten umso kohärenter (s.S 91 Skript)

Aushärtbare Legierungen erreichen höhere Festigkeiten, sind dafür aber weniger korrosionsbeständig, da Ausscheidungen grundsätzlich Lokalelemente in der Matrix bilden.

Inkohärenz bedeutet das Versetzungen in der Matrix die Inkohärenten Ausscheidungen umgehen müssen, da die Gleitebenen nicht durchgängig sind. Die Verformung der Matrix wird besser verteilt.

Bei Kohärenz können Versetzungen durch die Ausscheidungen schneiden und dadurch zerkleinern.

Inkohärenz da hier Versetztungen die Ausscheidung umgehen müssen wodurch eine Verformung der Matrix besser Verteilt wird.

Kohärenz führt dazu, dass die Gleitebenen die Auscheidung schneiden und dadurch zerkleinern.

Es werden die Vorteile der kohärenten und inkohärenten Ausscheidungen miteinander verbunden.

Durch Abschrecken des Einphasengebietes herrscht eine statistische Verteilung der Cu-Atome vor.
Bei Raumtemperatur versammeln sich Cu-und Al-Atome zu geordneten Plattenförmigen Gruppen (gen. Giuner-Preston,oder GP-Zonen). mit zunehmender Zeit werden die Zonen größer, die Festigkeit steigt. Bei einer Auslagerung mit leicht erhöhter Temperatur entsteht eine (Gr.)Theta-Phase.

Ausscheidungen mit einer größe von ca. 10nm, die aus GP-Zonen entstehen. Dre Wechsel der von GP zu Theta ist im Auslagerungsdiagramals ein Hügel zu erkennen

Plattenformige Mischatomgruppen in Al-Cu mit einer Größe von 50-100 Atomen. Man nennt sie Zonen weil sie so klein sind, dass sie mit konventionellen mitteln nicht sichtbar zu machen sind.

Al-Si-Legierungen ohne weitere Legierungselemente sind naturhart.
Durch den Zusatz von Mg/Cu werden sie aushärtbar.
Sie sind sehr Temperaturbeständig (Anwendung bes. im Motorenbau)

Al-Legierungen mit bis zu 5% Mg sind naturhart.( da Mischkristall)
Al-Si-Legierungen mit naheutektishcer Zusammensetzung sind auch naturhart. ( da Si lamellenartig vorliegt)
 

Al-mg-Legierungen mit geringen Mengen Si, sind jedoch aushärtbar, weil Mg ZUSAMMEN MIT Si festigkeitssteigernde,plattenförmige Mg₂Si-Ausscheidung

Al-Cu-Knetlegierungen (2xxx) und Gusslegierungen (2xx)

Al-Zn-Mg-(Cu)- Knetlegierungen (7xxx) und Gusslegierungen (7xx)

1. Lösungsglühen
2. Abschrecken
3. Auslagern

Es muss für jede Legierung die optimale Temperatur und Zeit gefunden werden.

Die Lösungsglühtemperatur muss hoch aber nicht zu hoch sein.
Das Abschrecken soll schnell genug sein damit der Zustand wirklich "eingefrohren wird", ohne innere Spannungen zu erzeugen

Bei der Auslagerung

Vorraussetztung ist aber, dass sich ein stabiler Zustand in einer vertretbaren Zeit einstellt.

Da im Motorraum hohe Temperaturen herrschen,d ie in etwa denen der Wärmebehandlung entsprechen, kommt es zu einer vergröberung der Ausscheidungen, wudurch du Festigkeit des Motorblocks abnimmt.

Daher sind hier meist naturharte Legierungen günstiger.

1. Am einfachsten: Zugversuch an einer beheizten Probe (Wärmestreckgrenze). Nachteil: dauert ur 5 min. ist also nicht langfristig aussagekräftig.
2. Ein Probekörper wird bei hoher Temp. geglüht und die Zugkennwerte bei 20°C ermittelt.
3. Ein Probekörper wird bei hoher Temp. geglüht und die Zugkennwerte bei gleicher Temp. ermittelt.

Wichtig: In den letzten zwei Fällen ist zu beobachten, dass die Zugfestigkeit abnimmt ( Ausscheidungsvergröberung etc.). Da die Zugfestigkeit u.U. nicht so wichtig ist, wird als Angabe der Dehngrenze R_px/1000/T angegeben

Da Alu-Legierungen kfz sind, gibt es keinen Duktil-Spröd übergang bei tiefer Prüftemperatur

Magnesium: Dichte = 1,7 g/cm³   Schmelzpunkt 650°C

Breite Anwendungen als Strukturwerkstoff. Gegenüber einer Stahlausführung spart man bis zu 50% Gewicht ein, sofern die Wanddicken nicht wegen dem niedrigen E-Modul erhöht werden müssen.

Wegen des hexagonalen Gitters sind die Bruchdehnung und die Umformbarkeit gering.
Schlechte Korrosionsbeständigkeit