16. Legierungstechnologie

Reine Metalle erreichen nur relativ geringe Elastizitätsgrenzen (unter 50 MPa). In Abschn. 15.6 sind die Verfestigungsmechanismen beschrieben. Die Schmelzmetallurgie nützt die Mischbarkeit der Elemente im flüssigen Zustand zur Herstellung von Legierungen. Werden unlösliche Feststoffe in die Schmelze eingebracht, so spricht man ab etwa 5 % Volumenanteil von der Herstellung von Verbundwerkstoffen. Mittels Pulvermetallurgie können nicht mischbare Komponenten mechanisch legiert (gemischt) werden (Kap. 31). Jedes Metall kann durch geringe Mengen an Legierungselementen wesentlich verfestigt werden. Während der Erstarrung bilden sich in vielen Legierungen Mischkristalle und/oder Entmischungsprodukte in bestimmten Gefügestrukturen. Wie groß ist die Löslichkeit von Legierungselementen in einem Mischkristall? Welche Ausscheidungen bilden sich, wenn die Löslichkeitsgrenze überschritten wird? Wie entstehen Umwandlungsgefüge in Stahl, und wo sind sie wünschenswert? Die mechanischen Eigenschaften einer Legierung werden durch sein Basismetall, die Legierungselemente und das sich aus der thermomechanischen Geschichte ergebende Gefüge bestimmt. Bei Gusslegierungen entsteht das Gefüge während der Erstarrung und kann durch nachträgliche Wärmebehandlungen verändert werden. Bei einer Knetlegierung wird das Gefüge durch die Verformung und die damit verbundenen oder nachfolgenden Wärmebehandlungen eingestellt. Der Werkstoffhersteller legt die Basis für die Gefügeeinstellung, die durch die Weiterverarbeitung verändert wird und im Produkt das erforderliche Eigenschaftsprofil ergeben soll. Der Maschinenbau-Ingenieur soll die Möglichkeiten der Gefügeeinstellung zumindest in den Grundzügen kennen. Er muss wissen, wie temperaturstabil die durch Wärmebehandlung erzielten Gefüge und die damit verbundenen Eigenschaften sind. Besonders wichtig ist, dass bei der Werkstoffauswahl die Temperaturgeschichte eines Bauteils im Einsatz beachtet wird, die vor allem metastabile Gefügezustände verändern kann, wodurch sich auch die Eigenschaften ändern.