Lösungshärtung

Lösungshärtung, auch Festkörperlösungshärtung, ist ein Mechanismus zur Festigkeitssteigerung von metallischen Legierungen durch das Lösen von Fremdatomen im Gitter des Lösungsmittels zu einer homogenen Festkörperlösung. Die solute Atome unterscheiden sich in Größe und/oder Elastizitätsmodul vom Gitter des Lösungsmittels, wodurch das Gitter verzerrt wird.

Der Hauptzweck der Lösungshärtung besteht darin, die Bewegung von Versetzungen zu behindern. Die durch die soluten Atome erzeugten elastischen Felder interagieren mit verschiebbaren Versetzungen und erhöhen die erforderliche Spannungsarbeit für die Gleitrichtungen. Dies kann sowohl durch substitutionale Solute (Ersatz der Lösungsmittelatome durch größere oder kleinere Atome) als auch durch interstitielle Solute (by Einlagerung kleiner Atome in Zwischenräume) erfolgen. Die Wirksamkeit hängt von der Solubilität, dem Größenunterschied der Atome, dem Modulfreibstand und der Temperatur ab.

Wichtige Einflussfaktoren sind die Solubili­tätsgrenze, die Konzentration des Lösungsgemittels, die Kristallstruktur, Temperatur und mechanische Vorbelastung. Bei niedrigen bis mittleren Temperaturen ist der Effekt oft deutlich, während höhere Temperaturen die Diffusion fördern und andere Mechanismen (z. B. Rekombination oder Rekristallisation) die Festigkeit beeinflussen können.

Typische Anwendungen finden sich in Aluminiumlegierungen (z. B. Mg- oder Si-Zusätze), Kupferlegierungen und Stahl, wo Lösungshärtung eine Grundrolle neben anderen Härtungsmechanismen wie Verfestigung durch Ausscheidungen spielt. Im Gegensatz zur Ausscheidungshärtung entstehen hier keine feinen Phasenpartikel, sondern eine homogene Gitterlösung. Die Praxis nutzt oft eine Lösungbehandlung, um die Legierung zu lösen, anschließend zu schnell zu kuppeln, um die Lösung im Kristall zu behalten.