8.3.6 Merkpunkte zu Kapitel 8.3: Verfestigung

Die kristische Scherspannung tkrit, ab der plastische Verformung einsetzt, kann durch geeignete Maßnahmen in weiten Grenzen manipuliert werden.
tkrit  =  Funktion von:
  • tintrinsisch des Grundmaterial plus:
  • Versetzungsdichte (= Vorgeschichte)
  • Mittlere Korngröße
  • Konzentration an Fremdatomen
  • Konzentration, Art und Größe von Ausscheidungen
Sie ist zunächst bestimmt durch die intrinsische Fließgrenze ti des (perfekten) Materials - eine Art Materialkonstante.
   
Generell gilt: Alle Arten von Gitterdefekten können Versetzungen festhalten("pinnen")  
Mischkristall- und Ausscheidungshaertung
Wie stark ein Defekt eine Versetzung "pinnt", hängt von Art, Größe und Gestalt des Defektes ab  
Wie stark alle Defekte alle Versetzungen "pinnen", hängt darüberhinaus noch von den Defektkonzentrationen und der Versetzungskonfiguration und -dichte ab.  
 
Als Mischkristallhärtung bezeichnet man den Anteil tMk, der von atomar gelösten interstitiellen oder substitutionellen Fremdatomen herstammt  
Mischkristallhaertung in Stahl
tMK = kMK · (cs)½
 
Als paradigmatisches Beispiel mag 0.x % Kohlenstoff im sonst recht weichen (Schmiede)eisen dienen: Wir erhalten harten Stahl schon für x < 0.5% !  
Der Zuwachs tMK an kristischer Schubspannung ist i.a. proportional zur Wurzel aus der Kozentration der AF.
   
 
Ausscheidungshärtung arbeitet entsprechend mit Ausscheidungen der zuvor atomar gelösten atomaren Fehlstellen.  
tAus  =  2G · b
<l>
Ausscheidungen behindern Versetzungsbewegung zwar i.d.R. weitaus effektiver als atomare Defekte, dafür ist ihre Dichte aber automatisch weitaus geringer  
Der Zuwachs tAus an kristischer Schubspannung ist i.a. proportional zum Kehrwert des mittleren Abstands <l> zwischen den Ausscheidungen  
   
Verformungs- und Feinkornverfestigung nutzt Versetzungen und Korngrenzen als Hindernisse für die Versetzungsbewegung  
tVV  »  0,2 · G · b · (rV)½

tKG  »  kKG
<d> ½
Viele Versetzungen erhält man durch plastische Verformung. Vorverformtes Material ist daher härter als jungfräuliches - aber es bricht auch früher! Der Zuwachs tVV ist proportional zur Wurzel aus der Versetzungsdichte rV
Kleine Körner erhöhen tkrit erheblich um tKG, das umgekehrt proportional zur Wurzel aus mittlerer Korngröße <d> ist.
   
Die technische Frage ist nun: Wie stellt an das optimale Gefüge her?    
Und wie erhält man es bei Temperprozessen, insbesondere beim Schweißen?  
Schweißen ist ein komplexer Prozeß

Die Schweißnaht wird unvermeidlich andere mechanische Eigenschaften haben als das Grundmaterial.
Denn bei hohen Temperaturen erholt sich das Material, d.h. Defektdichten werden kleiner, und deshalb Körner und Ausscheidungen größer.

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© H. Föll (MaWi 1 Skript)