Gefügeveränderungen

Gefügeveränderungen bezeichnen Veränderungen der Gefügeordnung eines Werkstoffs. Das Gefüge umfasst die Anordnung von Körnern, Phasen, Grenzflächen, Poren und Einschlüssen sowie ihre Orientierungen. Änderungen im Gefüge können die Materialeigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit maßgeblich beeinflussen. Sie treten in Metall-, Keramik-, Polymerwerkstoffen und Verbundsystemen auf und können reversibel oder irreversibel sein.

Ursachen und Mechanismen dieser Veränderungen sind vielfältig. Phasenumwandlungen, zum Beispiel Austenit zu Martensit in Stählen, verändern die Phase und oft auch das Spannungs- und Strukturgefüge. Rekristallisation und Kornwachstum treten während Wärmebehandlungen oder altersbedingter Wärmeanteile auf, was die Korngröße und Grenzflächen verändert. Ausscheidungen von Partikeln in Legierungen, Diffusionsprozesse und Koarsenzen beeinflussen die Härte und Festigkeit. Mechanische Beanspruchung führt zu Arbeitshärtung, mikromechanischen Umstrukturierungen oder dynamischer Rekristallisation, die das Verhalten unter weiterer Last verändern.

Die Erfassung und Bewertung von Gefügeveränderungen erfolgen durch bildgebende und analytische Verfahren wie optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit EBSD zur Orientierungsermittlung, X-Ray Diffraction (XRD) zur Phasenbestimmung und Spannungsmessung sowie Differential-scanning calorimetry (DSC) zur Phasenübergängen. Typische Auswirkungen auf Bauteile sind veränderte Festigkeiten, Härten, Zähigkeiten und Lebensdauer sowie verändertes Korrosions- oder Verschleißverhalten.

Beispiele finden sich in vielen Bereichen: In Stählen steuern Wärmebehandlungen die Umwandlung und das Korngefüge; Legierungen wie Al(MgSi) nutzen Ausscheidungen zur Festigkeitssteigerung; Keramiken zeigen Kornwachstum bei Sinterprozessen; Polymere können durch Kristallisation und Phasengleichgewicht Gefügeänderungen erfahren.