4. Grundlagen der Wärmebehandlung

Über die Wärmebehandlung von Werkstoffen werden viele wichtige Werkstoffeigenschaften eingestellt und wir müssen deshalb die Grundlagen der Wärmebehandlung verstehen. Deshalb befassen wir uns in diesem Kapitel zunächst mit der Diffusion, die die Beweglichkeit von Atomen in Festkörpern beschreibt. Wir lernen die beiden Fickschen Gesetze kennen und wir werden sehen, dass der erste Schritt zur Lösung eines Diffusionsproblems im Erarbeiten einer geeigneten Lösung des zweiten Fickschen Gesetzes besteht, die die Entwicklung von Konzentrationen im Verlauf von Diffusionsprozessen als Funktion von Zeit und Ort beschreibt. Wir behandeln dann die Erholung und die Rekristallisation, zwei Prozesse, die bei einer Wärmebehandlung im Anschluss an eine Kaltverformung (bei der die Versetzungsdichte ansteigt) auftreten. Es folgen Überlegungen zur Entstehung glasartiger Strukturen und zur Ausscheidung aus übersättigten Mischkristallen bzw. zur Kristallisation in polymeren Phasen. Dem schließen sich Betrachtungen zur thermischen Stabilität von Mikrostrukturen an, man muss verstehen, warum kleine Teilchen im Werkstoff vergröbern oder warum Körner wachsen, wenn man den Werkstoff bei hohen Temperaturen auslagert. Nach den diffusionskontrollierten Strukturbildungsprozessen wird die martensitische Umwandlung, eine diffusionslose Umwandlung, besprochen, die sowohl bei der Stahlhärtung als auch bei den faszinierenden Formgedächtniseffekten eine Rolle spielt. Abschließend diskutieren wir den allgemeinen Fall des Entstehens heterogener Gefüge und einige Besonderheiten von Nanostrukturen.