Alterungshärtung

Alterungshärtung, auch Auslagerungshärtung genannt, ist ein Wärmebehandlungsprozess zur Erhöhung der Härte und Festigkeit bestimmter Legierungen, insbesondere von Aluminium-, Nickel- und Stahllegierungen. Der Kernmechanismus besteht darin, dass im festen Lösungsgitter gelöste Elemente beim richtigen Temperatur-Zeit-Verhalten zu feinen Zweitphasen-Ausscheidungen diffundieren, die die Beweglichkeit von Versetzungen behindern.

Der typische Prozessglatz besteht aus drei Schritten: Lösungsglühen, Abschrecken und Alterung. Beim Lösungsglühen wird die Legierung über eine Temperatur erhitzt, bei der alle löslichen Phasen in einer einzigen festen Lösung gelöst sind. Danach erfolgt ein schnelles Abschrecken, um das System in einer übersättigten Festlösung zu behalten. Nach dem Abschrecken erfolgt die Alterung, bei der die Legierung bei einer kontrollierten Temperatur oder natürliche Alterung bei Raumtemperatur die feinen Ausscheidungen bildet. Die Alterung kann künstlich (künstliches Altern) oder natürlich (natürliches Altern) erfolgen. Das optimale Härte- bzw. Festigkeitsniveau ergibt sich aus der richtigen Kombination von Temperatur und Auslegungszeit; zu langes Alteren führt oft zu Überalterung mit Weiterwachstum der Partikel und sinkender Festigkeit.

Mikroskopisch bilden sich feine, häufig kohärente oder semikoherente Ausscheidungen, die Versetzungen wirkungsvoll blockieren. Typische Beispiele befinden sich in Aluminiumlegierungen der Serien 2xxx, 6xxx und 7xxx, wo Phasen wie θ′ oder η′ eine zentrale Rolle spielen. Auch in Nickel- und Stahllegierungen wird die Alterungshärtung genutzt, etwa in PH-Stählen und Ni-basierten Superlegierungen.

Vorteile sind hohe Festigkeit bei relativ gutem Verformungsverhalten und breiter Anwendung in Luftfahrt, Automobilbau und Maschinenbau. Nachteile umfassen Empfindlichkeit gegenüber Überalterung, Temperatur- und Zeitabhängigkeit sowie Herstellungs- und Prozesskontrollen.