Was sind die wichtigsten Glühverfahren für Knetaluminium?

Das Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das dazu dient, eine gleichmäßige Zusammensetzung, eine stabile Mikrostruktur oder günstige Verarbeitungseigenschaften zu erzielen. Je nach Zielsetzung wird das Glühen von Aluminiumknetprodukten in Homogenisierungs-, Rekristallisations-, Zwischen- und Endglühen unterteilt.

Homogenisierungsglühen

Das Homogenisierungsglühen wird hauptsächlich in Aluminiumhütten und bei Legierungsherstellern durchgeführt. Eine zu schnelle Abkühlung kann zu einem Abschreckungseffekt führen. Um dies zu verhindern, sollte das Material im Ofen abkühlen oder nach der Entnahme zur Luftkühlung gestapelt werden.

Rekristallisationsglühen

Durch das Rekristallisationsglühen werden Kristallfehler und die durch plastische Verformung verursachte Verfestigung beseitigt, wodurch die Duktilität und Zähigkeit verbessert werden. Die Rekristallisation erfolgt durch Keimbildung und Wachstum neuer Körner.

Zwischenglühen

Bei der Kaltumformung lässt sich die erforderliche starke Verformung oft nicht in einem Arbeitsgang erreichen. Durch das Zwischenglühen wird die Kaltverfestigung aufgehoben und die Duktilität wiederhergestellt, sodass die Verformung bis zur gewünschten Größe und Form fortgesetzt werden kann.

Endglühen

Je nach Legierung und Einsatzanforderungen kann es sich bei der Endglühung um eine Teilglühung oder eine Niedrigtemperaturglühung bzw. um eine Vollglühung bei hoher Temperatur handeln.

Beim Vollglühen wird eine kaltverfestigte oder teilweise abschreckgehärtete Legierung über ihre Umwandlungstemperatur hinaus erhitzt und dort so lange gehalten, bis sich eine einphasige feste Lösung bildet. Durch langsames Abkühlen, in der Regel im Ofen, kann sich die feste Lösung aufspalten und können sich Partikel der zweiten Phase durch Diffusion zusammenlagern.

Beim Teilglühen wird die Legierung auf eine geeignete Temperatur unterhalb des kritischen Umwandlungspunkts erhitzt, dort gehalten und anschließend relativ schnell, in der Regel an der Luft, abgekühlt. Dadurch wird ein Teil der Kaltverfestigung aufgehoben, um einen nachfolgenden Umformvorgang mit begrenzter Verformung zu ermöglichen, oder die Duktilität wird verbessert, während ein Teil der durch die Kaltverformung erzielten Festigkeit erhalten bleibt, wodurch ein halbgehärteter Zustand entsteht.

Der größte Teil der Verformungsarbeit wird als Wärme abgegeben, doch ein kleiner Teil verbleibt im Metall als gespeicherte Energie in Form von Gitterverzerrungen und Defekten wie Punktdefekten, Versetzungen, Subkorngrenzen und Stapelfehlern. Diese gespeicherte Energie, ausgedrückt als Anstieg der freien Energie nach der Kaltverformung, treibt die Veränderung der Mikrostruktur voran.

Wenn plastisch verformtes Metall erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten wird, durchläuft seine Struktur drei Phasen. Während der Rückverformung bleiben die langgestreckten, faserartigen Körner unter dem Mikroskop nahezu unverändert. Während der Rekristallisation bilden sich innerhalb der verformten Körner neue, kleine Körner, die wachsen, bis die faserartige Struktur vollständig durch gleichachsige Körner ersetzt ist. Während des Kornwachstums verschmelzen die neuen Körner miteinander, bis sie eine relativ stabile Größe erreichen. Eine Haltezeit bei einer schrittweise ansteigenden Temperatur führt zu demselben Ablauf.

Während der Rückstellung nimmt die Härte nur geringfügig ab, während sich die Duktilität verbessert; die Festigkeit verändert sich in ähnlicher Weise, da sie im Allgemeinen der Härte folgt. Während der Rekristallisation nehmen Härte und Festigkeit deutlich ab, während die Duktilität stark ansteigt. Die durch plastische Verformung bewirkte Zunahme von Härte und Festigkeit geht mit einer erhöhten Versetzungsdichte einher. Die Versetzungsdichte nimmt während der Erholung nur geringfügig ab, sinkt jedoch während der Rekristallisation erheblich.