Waarom zijn aluminiumlegeringen harder dan zuiver aluminium?

Zuiver aluminium is zacht omdat dislocaties zich relatief gemakkelijk door het kubisch vlakgecentreerde kristalrooster kunnen verplaatsen. Aluminiumlegeringen zijn harder omdat door legering en warmtebehandeling obstakels worden gecreëerd die deze beweging tegenhouden.

Versterking door vaste-stofoplossingen

Wanneer legeringsatomen in aluminium oplossen, veroorzaken hun verschillende atoomgroottes een vervorming van het rooster. De hierdoor ontstane lokale spanningsvelden staan in wisselwerking met dislocaties, waardoor er meer spanning nodig is voor plastische vervorming. Het versterkende effect hangt af van het type en de hoeveelheid opgeloste stof en van de hoeveelheid die in de vaste oplossing achterblijft.

Intermetallische verbindingen en secundaire fasen

Legeringselementen kunnen ook intermetallische verbindingen of andere secundaire fasen vormen. Deze deeltjes zijn over het algemeen veel harder dan de aluminiummatrix en belemmeren de beweging van dislocaties. Een mechanisch mengsel van een zachte matrix en een harde verbinding heeft daarom een grotere hardheid dan zuiver aluminium, hoewel een te groot aandeel broze verbindingen de ductiliteit en taaiheid kan verminderen.

Verouderingsharding

Warmtebehandelbare aluminiumlegeringen kunnen worden onderworpen aan een oplossingsbehandeling, worden afgekoeld en worden verouderd. Tijdens het verouderen ontstaat er een fijne verspreiding van neerslagen uit de oververzadigde vaste oplossing. Dicht bij elkaar gelegen coherente of semi-coherente deeltjes belemmeren dislocaties sterk. Naarmate de neerslagdeeltjes groeien en hun onderlinge afstand verandert, stijgt de hardheid eerst tot een piek en kan deze later tijdens oververoudering weer dalen.

Waarom samenstelling en materiaaltoestand van belang zijn

De hardheid wordt niet uitsluitend bepaald door het aluminiumgehalte. Ze is afhankelijk van het legeringssysteem, het gehalte aan opgeloste stoffen, het type en de verdeling van de verbindingen, de korrelstructuur, de koudvervorming en de warmtebehandelingscondities. Daarom kunnen twee aluminiumlegeringen, of dezelfde legering in verschillende hardheidsgraden, zeer uiteenlopende hardheidswaarden hebben.