Härten von Aluminium
Doppelhärten ist eine leistungsstarke Wärmebehandlung für Stahl, die eingesetzt wird
Das Härten von Aluminium unterscheidet sich deutlich von der Wärmebehandlung von Stahl, da Aluminium keine Gefügeumwandlung wie die Martensitbildung aufweist. Um dennoch höhere Festigkeiten zu erzielen, wird Aluminium durch Ausscheidungshärtung gehärtet. Dieses Verfahren ist die zentrale Methode zur Festigkeitssteigerung von Aluminiumlegierungen und kann sowohl die Streckgrenze als auch die Festigkeit signifikant erhöhen.
Bei der Ausscheidungshärtung wird die Festigkeit durch gezielt erzeugte, sehr feine Teilchen im Inneren des Werkstoffs erreicht. Diese gleichmäßig verteilten Ausscheidungen behindern Versetzungen im Kristallgitter und erhöhen dadurch die Widerstandsfähigkeit des Aluminiums gegenüber plastischer Verformung.
Der Prozess der Aluminiumhärtung besteht aus drei exakt aufeinander abgestimmten Schritten. Zunächst erfolgt das Lösungsglühen. Dabei wird die Aluminiumlegierung auf eine hohe Temperatur erhitzt, meist auf ca. 500 °C. In diesem Zustand lösen sich die Legierungselemente vollständig im Grundmaterial auf und das Gefüge wird homogenisiert.
Im nächsten Schritt wird das Aluminium abgeschreckt. Das schnelle Abkühlen, meist in Wasser, sorgt dafür, dass der aufgelöste Zustand in Form eines übersättigten Mischkristalls erhalten bleibt. Die Atome haben keine Zeit, sich neu anzuordnen oder größere Teilchengruppen zu bilden. Das Material ist nach dem Abschrecken noch relativ weich, besitzt jedoch bereits die notwendige Gefügestruktur für die spätere Härtung. Die eigentliche Steigerung der Festigkeit entsteht durch das Ausscheiden feiner Legierungsteilchen, die sich im Kristallgitter ablagern und der Bewegung von Versetzungen entgegenwirken.
Dabei ist zu beachten, dass nicht jede Aluminiumlegierung aushärtbar ist. Voraussetzung für die Ausscheidungshärtung ist, dass sich die Legierungselemente bei hoher Temperatur im Aluminium lösen und ihre Löslichkeit mit sinkender Temperatur abnimmt. Hier sind beispielsweise AlMgSi, AlZnMgCu oder AlCuMg Legierungen zu nennen, während Legierungen wie AlMn, AlMgMn oder AlSiCu Legierungen nicht aushärtbar sind.
Sind diese Bedingungen erfüllt, lassen sich die mechanischen Eigenschaften sehr gezielt einstellen. Ein wesentlicher Vorteil der Ausscheidungshärtung ist die gute Umformbarkeit des Materials direkt nach dem Abschrecken. Dadurch können Bauteile nach dem Lösungsglühen umgeformt und anschließend durch den Auslagerungsprozess gehärtet werden. Hierbei kommen sowohl das Kaltauslagern als auch das Warmauslagern zum Einsatz. Beide Verfahren bieten spezifische Vorteile und werden abhängig von Wirtschaftlichkeit und den geforderten Bauteileigenschaften ausgewählt.
Insgesamt ermöglicht die Ausscheidungshärtung von Aluminium eine kontrollierte und effiziente Wärmebehandlung. Sie verbindet hohe Festigkeit mit geringem Gewicht und stellt damit für zahlreiche technische Anwendungen eine bewährte und wirtschaftliche Lösung dar.