12. V12 Erholung und Rekristallisation

Bei der Kaltumformung eines metallischen Werkstoffes wird der überwiegende Teil der geleisteten Verformungsarbeit in Wärme umgesetzt, und nur ein relativ kleiner Teil (< 5 %) führt als Folge der erzeugten Gitterstörung zur Erhöhung der inneren Energie und damit der freien Enthalpie des Werkstoffzustandes. Dieser thermodynamisch instabile Zustand ist bei Temperaturerhöhung bestrebt, durch Umordnung und Abbau der Gitterstörungen seine freie Enthalpie zu verkleinern. Das führt dazu, dass kaltverformte Werkstoffe nach gleich langer Glühung die aus Abb. 12.1 ersichtliche Abhängigkeit der Raumtemperaturhärte von der Glühtemperatur zeigen. Lichtmikroskopische Gefügeuntersuchungen ergeben nach Glühungen links vom Steilabfall der Kurve keine Änderungen des vorliegenden Verformungsgefüges. Die dort auftretenden geringen Härteänderungen müssen also submikroskopischen Prozessen zugeordnet werden. Man spricht von Erholung. Dabei treten Reaktionen punktförmiger Gitterstörungen (vgl. V2) untereinander und mit anderen Gitterstörungen auf. Ferner finden Annihilationen von Versetzungen unterschiedlichen Vorzeichens statt, und es bilden sich energetisch günstigere Versetzungsanordnungen aus. Als treibende Kraft für diese Prozesse ist der Abbau der freien Enthalpie des verformten Werkstoffvolumens anzusehen. Im Temperaturbereich des Steilabfalls und des sich anschließenden Plateaus der Härtewerte werden dagegen Gefügeänderungen in Form von Kornneubildungen sichtbar. Diesen Prozess bezeichnet man als Rekristallisation. Er umfasst alle Vorgänge, die zur Bildung neuer Kristallkeime und deren Wachstum auf Kosten des verformten Gefüges führen. Rekristallisation besteht daher in der Bildung und in der Wanderung von Großwinkelkorngrenzen. Die treibende Kraft für das Keimwachstum ist die Differenz der gespeicherten Verformungsenergien in den Spannungsfeldern der Versetzungen der Keime und der verformten Matrix. Die treibende Kraft für die innerhalb rekristallisierter Bereiche stattfindende weitere Kornvergrößerung ergibt sich aus dem relativen Abbau der spezifischen Korngrenzenenergie. Im Gegensatz zur Erholung beginnen Rekristallisationsprozesse bei gegebener Temperatur erst nach einer temperaturabhängigen Inkubationszeit. Abb. 12.2 zeigt als Beispiel drei transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen (vgl. V19) eines 50 % kaltverformten austenitischen Stahls (X10CrNiMoTiB15‐15) (a) nach Glühung im oberen Plateaubereich, (b) im oberen Teil des Steilabfalls und (c) im unteren Plateaubereich einer Härte‐Temperatur‐Kurve. Man sieht bei (a) das verformte Gefüge, bei (b) in dieses hineinwachsende relativ störungsfreie Kristallbereiche und bei (c) das vollkommen rekristallisierte Gefüge.