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10. Praktikum: Al-Legierungen Aushärtung 1. Aus welchen Teilprozessen ist das Aushärten zusammengesetzt? Wodurch wird die Härte- und Festigkeitssteigerung beim Aushärten erreicht? Losglühen, Abschrecken, Warm- oder Kaltauslagern Ausscheidungen erzeugten Verzerrungsfelder und behindern durch direkte Wechselwirkungen die Bildung und Wanderung von Versetzungen, erhöhen also den Widerstand gegen plastische Deformation und damit die Festigkeit. 2. Erklären Sie den Unterschied zwischen Warm- und Kaltauslagerung. Warmauslagerung bei 120-175 °C für einige Stunden Kaltauslagerung bei Raumtemperatur 3. Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit eine Legierung aushärtbar ist? • Die Legierung bildet mit einem oder mehreren Legierungselementen bei erhöhter Temperatur Mischkristalle. • Die Legierungskomponenten der aushärtbaren Legierung müssen mit sinkender Temperatur eine abnehmende Löslichkeit aufzeigen. • Die Legierungselemente müssen eine mit sinkender Temperatur abnehmende Löslichkeit im Grundmetall aufweisen. • Triebkraft und Diffusionsgeschwindigkeit müssen bei der Ausscheidungstemperatur genügend groß sein, um die Keimbildungsarbeit aufzubringen. 4. Welche Phasenumwandlungsvorgänge umfasst die Aushärtung einer Legierung? • Auflösung der groben Zweitphasenteilchen β in der Matrix α durch Lösungsglühen • Durch Abschrecken: Übersättigter α-Mischkristall • Nun folgt der zweite Umwandlungsschritt, nämlich die Ausscheidung B-reicher Teilchen durch kontrollierte Anregung der bei der Abkühlung unterdrückten Diffusionsvorgänge (sog. Auslagern) 5. Was sind die Folgen, wenn die Auslagerungstemperatur zu niedrig oder zu hoch gewählt wird? Zu niedrig: Geringere Zunahme der Festigkeit, aber schwacher Dehnungsverlust Zu hoch: höchsterreichbare Festigkeit, aber Dehnung nimmt ab 6. Warum findet das Lösungsglühen nicht oberhalb der eutektischen Temperatur statt? Es würde zu teilweisen Aufschmelzen der Komponenten kommen, wodurch eine nachhaltige und irreversible Schädigung des Werkstoffes stattfindet. 7. Von welchen Faktoren ist die Lösungsglühdauer eines Bauteils abhängig? Die Lösungsglühdauer kann einige wenige Minuten bis hin zu Stunden andauern und ist abhängig von Gefügeausbildung (fein-, grobkörnig), Legierungstyp, Halbzeugart (gewalzt, geschmiedet) und Abmessungen des Bauteils.

8. Welchem Zweck dient das Abschrecken und was muss dabei beachtet werden? Durch Abschrecken kann die Diffusion und damit eine Bildung von Ausscheidungen verhindert werden. Der Mischkristall verbleibt im metastabilen übersättigten einphasigen Zustand. Dies wird durch eine Abkühlung mit mindestens der kritischen Geschwindigkeit erreicht. 9. Was sind kohärente, teilkohärente und inkohärente Ausscheidungen? Kohärente Ausscheidungen: Gleicher Gittertyp in Matrix und Ausscheidung, es bestehen Orientierungsbeziehungen und Ausgleich geringer Abweichungen in den Gitterparametern können über elastische Verzerrungen ausgeglichen werden.

Teilkohärente Ausscheidungen: Einbau von Versetzungen an der Phasengrenzfläche, da wachsende Kohärenzspannungen nicht mehr über elastische Verzerrungen ausgeglichen werden können. Inkohärente Ausscheidungen: Die Grenzflächen hat die Struktur einer Großwinkelkorngrenze und es bestehen keine Orientierungsbeziehungen mehr. 10. Bei welcher Art von Ausscheidungen ist der Härtungseffekt am wirksamsten und warum? Die Härtung wird durch kohärente Ausscheidungen maximal, weil Härte der intermediären Verbindungen mit Verspannung der Matrix überlagert. 11. Wie wirkt sich Art, Größe, Festigkeit und Abstand der Ausscheidungen auf die mechanischen Eigenschaften aus? Wenn Teilchen zu klein, werden Ausscheidungen geschnitten, je größer die Ausscheidungen, desto mehr Versetzungen werden gehindert zu wandern. Je fester die Teilchen, desto fester die Legierung. Ein größerer Abstand bedeutet, dass die Versetzungen leichter umgangen werden können, wodurch die obere Streckgrenze sinkt. 12. Gibt es weitere Werkstoffeigenschaften, welche durch das Auslagern beeinflusst werden? • Dehngrenze wird erhöht • Höhere Korrosionsanfälligkeit, da die Ausscheidungen die Bildung einer geschlossenen Oxidschicht behindern.

13. Welche ungewünschten Folgen können beim Schweißen von ausgehärtetem Aluminium auftreten und wie können diese vermieden werden? Infolge der beim Schweißen eingebrachten Wärme wird die Versetzungsverfestigung im Bereich der Schweißnaht aufgehoben (Erholung), darüber hinaus wird in der Wärmeeinflusszone eine Kornvergrößerung einsetzen, was zusätzlich zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt. Dies hat zur Folge, dass Streckgrenze und Zugfestigkeit im Bereich von Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone stark verringert werden. Vermeiden kann man dies, nach dem schweißen nochmal auslagert. 14. Zeichnen Sie für das Ausscheidungshärten und das Vergüten je einen Zeit- HärteVerlauf und gehen Sie auf die Unterschiede ein.

Ausscheidungshärten: Härte erzielt durch Auslagern

Vergüten: Härte durch Abschrecken...