Welche Wärmebehandlungen werden bei Aluminiumlegierungen angewendet?

Wärmebehandlungen von Aluminiumlegierungen

Glühen

Durch das Glühen werden Gussspannungen und durch die Bearbeitung verursachte innere Spannungen abgebaut, die Form und die Maße des Bauteils stabilisiert und einige Siliziumkristalle in Al-Si-Legierungen kugelförmig umgewandelt, um die Duktilität zu verbessern. Gussteile aus Aluminiumlegierungen werden auf 280 bis 300 °C erhitzt, 2 bis 3 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten und im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Mischkristallstruktur zersetzt sich langsam, und ausgefällte Partikel der zweiten Phase verschmelzen miteinander, wodurch innere Spannungen abgebaut, die Abmessungen stabilisiert, die Duktilität verbessert sowie Verformungen und Verzug verringert werden.

Abschrecken

Beim Abschrecken wird ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung auf eine hohe Temperatur erhitzt, die in der Regel nahe am eutektischen Schmelzpunkt und meist über 500 °C liegt, und dort länger als 2 Stunden gehalten, damit sich die löslichen Phasen vollständig auflösen. Anschließend wird das Gussteil schnell in Wasser mit einer Temperatur von 60 bis 100 °C abgeschreckt. Durch die schnelle Abkühlung verbleibt bei Raumtemperatur der maximale Anteil an härtenden Bestandteilen in Lösung. Diese Behandlung wird auch als Lösungsglühen oder Kaltbehandlung bezeichnet.

Altern

Beim Altern, auch als Niedertemperatur-Anlassen bezeichnet, wird ein abgeschrecktes Gussteil aus einer Aluminiumlegierung auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, dort gehalten und anschließend an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Durch diesen Vorgang wird die übersättigte feste Lösung aufgespalten und die Legierungsmatrix stabilisiert. Mit steigender Temperatur und zunehmender Zeit ordnen sich die Atome zunächst im Gitter der übersättigten festen Lösung neu an und bilden G-P-I-Zonen, die reich an gelösten Stoffen sind. Die G-P-I-Zonen verschwinden, Atome der zweiten Phase segregieren nach einem definierten Muster, und es bilden sich G-P-II-Zonen. Zu den nachfolgenden Stadien gehören die Bildung einer metastabilen zweiten Phase, die Koexistenz zahlreicher G-P-II-Zonen mit einer geringen Menge an metastabiler Phase, die Umwandlung der metastabilen Phase in die stabile Phase sowie die Koaleszenz der Partikel der zweiten Phase. Die Alterung wird in natürliche und künstliche Alterung unterteilt. Die natürliche Alterung findet bei Raumtemperatur statt; die künstliche Alterung umfasst die teilweise künstliche Alterung, die vollständige künstliche Alterung und die Überalterung.

Teilweise künstliche Alterung

Das Gussstück wird auf 150 bis 170 °C erhitzt und 3 bis 5 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Dadurch werden eine gute Zugfestigkeit, Duktilität und Zähigkeit erzielt, allerdings bei relativ geringer Korrosionsbeständigkeit.

Vollständige künstliche Alterung

Der Guss wird auf 175 bis 185 °C erhitzt und 5 bis 24 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Dadurch werden eine ausreichende Zugfestigkeit und die höchste Härte erreicht, allerdings bei geringerer Dehnung.

Überalterung

Das Gussteil wird auf 190 bis 230 °C erhitzt und 4 bis 9 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Dabei nimmt die Festigkeit ab und die Duktilität zu, was zu einer verbesserten Belastbarkeit und Korrosionsbeständigkeit führt. Dieser Vorgang wird auch als Stabilisierungsanlassen bezeichnet.

Zyklische Behandlung

Der Guss wird auf eine Temperatur unter Null, beispielsweise −50, −70 oder −195 °C, abgekühlt und dort gehalten, anschließend auf unter 350 °C erhitzt. Das wiederholte Zusammenziehen und Ausdehnen des Festlösungsgitters bewirkt kleine Kornverschiebungen in jeder Phase, wodurch atomare Segregationszonen und intermetallische Partikel in einen stabileren Zustand versetzt werden. Dies verbessert die Maß- und Volumestabilität. Die zyklische Behandlung wird für hochpräzise, maßstabile Bauteile, darunter auch einige Komponenten von Prüfgeräten, eingesetzt, findet jedoch bei allgemeinen Gussteilen normalerweise keine Anwendung.

Bezeichnungen für die Grundzustände von Aluminiumlegierungen

ISO 2107:2023, Aluminium und Aluminiumlegierungen – Formgepresste Erzeugnisse – Zustandsbezeichnungen, definiert grundlegende Temperamentbezeichnungen unter Verwendung eines Großbuchstabens.