Additionhärdning

Additionhärdning, ofta synonymt med precipitationshärdning eller åldringshärdning i metallurgin, är en process som ökar ett materials hållfasthet genom bildandet av små, disperserade sekundärfaser i en övermättad solidlösning. Dessa partiklar hindrar dislokationsrörelse och därigenom ökar styrka och hårdhet utan betydande försämring av andra egenskaper.

Processen består vanligtvis av tre steg. Först genomgår legeringen en lösningsterapi där den uppvärms till en temperatur där solutmaterialet löser sig i lösningen. Den efterföljande snabbavkylningen (quenching) sätter legeringen i en övermättat tillstånd. Slutligen åldras materialet vid en låg eller måttlig temperatur så att små, oftast nanometerstora precipitat bildas. Åldringen kan ske naturligt vid rumstemperatur eller artificiellt vid högre temperaturer, beroende på legeringens sammansättning.

Mikroskopiskt verkar härdningsmekanismen genom diffusion och nukleering av sekundära faser. De första kärnorna kallas ofta GP-zoner (guinier-porodzoner) och därefter växer mer kollektiva faser som står att hindra glidning av dislokationer. Olika legeringar bildar olika härdande faser och har karakteristiska tid-temperaturkurvor som styr hur styrka och duktilitet utvecklas över tid.

Vanliga tillämpningar finns i aluminiumlegeringar som Al-Cu, Al-Zn-Mg-Cu och liknande system, men även i vissa nickel- och kopparbaslegeringar. Fördelarna inkluderar högre styrka och hårdhet med rimlig duktilitet, men överåldring kan reducera styrkan och öka sprödhet. Additionhärdning är därmed en central teknik inom flyg-, bil- och verktygsindustrin där precis kontrollerad styrka krävs.