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Alterungsbehandlung von Aluminiumlegierungen

February 23 , 2021

Nach dem Abschrecken sind Festigkeit und Härte der Aluminiumlegierung nicht besonders hoch, die Plastizität hingegen sehr gut. Nach einigen Tagen Lagerung nehmen Festigkeit und Härte jedoch deutlich zu, während die Plastizität deutlich abnimmt. Das Phänomen, dass sich die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen nach dem Abschrecken mit der Zeit deutlich verbessern, wird als Aushärtung bezeichnet, und dieser Prozess wird als Alterung bezeichnet.

Aluminium unterliegt keiner allotropen Umwandlung und weist nahe dem Aluminiumende keine eutektoide Umwandlung auf, sondern lediglich eine temperaturabhängige Löslichkeitskurve. Bei der Lösungsglühung der Aluminiumlegierung bleibt der übersättigte α-Mischkristall bei hohen Temperaturen bis Raumtemperatur intakt. Dieser übersättigte Mischkristall befindet sich jedoch bei Raumtemperatur in einem unausgeglichenen Zustand und neigt dazu, durch Lösungsmittelentzug und Ausfällung von Härtungsphasen stabil zu werden. Mit der Zeit löst sich die Härtungsphase allmählich auf, wodurch die Festigkeit und Härte der Legierung zunimmt (Aushärtung). Es gibt zwei Arten der Alterung: natürliche und künstliche Alterung.

Die Alterungstemperatur hat einen großen Einfluss auf die Alterungsgeschwindigkeit. Je höher die Alterungstemperatur, desto schneller die Alterung, aber je höher die Temperatur, desto geringer die durch die Alterung erreichte maximale Festigkeit. Übersteigt die Alterungstemperatur 150 °C, nachdem die Festigkeit ihren Maximalwert erreicht hat, lässt der Effekt bei fortgesetzter Alterung nach und die Legierung beginnt zu erweichen. Je höher die Temperatur, desto früher beginnt die Erweichung und desto schneller ist die Erweichungsgeschwindigkeit. Fällt die Alterungstemperatur unter Raumtemperatur, ist die Alterungsgeschwindigkeit sehr gering. Bei -50 °C ändern sich die Eigenschaften der abgeschreckten festen Lösung auch nach längerer Alterung nicht signifikant. Daher kann die Alterung durch Absenken der Temperatur unterdrückt werden.

Unter den verschiedenen aushärtbaren Legierungen werden Duraluminiumlegierungen üblicherweise mindestens vier Tage lang einer natürlichen Alterung unterzogen. Aluminiumknetlegierungen werden üblicherweise künstlich gealtert. Die Alterungstemperatur beträgt 150–180 °C und die Alterungsdauer 6–10 Stunden. Superduraluminium wird üblicherweise künstlich gealtert. Die Alterungstemperatur beträgt 120–140 °C und die Alterungsdauer 16–24 Stunden. Werkstücke, die nach dem Abschrecken künstlich gealtert werden müssen, sollten im Abstand von höchstens vier Stunden gealtert werden.

Auch die gealterte Aluminiumlegierung erzeugt beim Schneidvorgang Spannungen. Für Werkstücke mit hohen Präzisionsanforderungen ist zusätzlich ein Spannungsarmglühen erforderlich. Die Temperatur des Spannungsarmglühens der Aluminiumlegierung nach der künstlichen Alterung sollte 20–40 °C niedriger sein als die Alterungstemperatur nach dem Abschrecken. Die Dauer beträgt 2 bis 4 Stunden. Für Duraluminium nach natürlicher Alterung sollte die Temperatur des Spannungsarmglühens 80–100 °C betragen und die Dauer 2 Stunden betragen.

Bei der Mischkristallbehandlung vor der Alterung muss die Heiztemperatur streng kontrolliert werden, damit sich die gelösten Atome maximal in der Mischkristalllösung lösen können, ohne dass die Legierung schmilzt. Bei vielen Aluminiumlegierungen beträgt die zulässige Abweichung der Heiztemperatur bei der Lösungsbehandlung nur etwa 5 °C. Bei der künstlichen Alterung müssen Heiztemperatur und Haltezeit streng kontrolliert werden, um eine optimale Härtungswirkung zu erzielen. In der Produktion wird manchmal eine stufenweise Alterung angewendet, d. h. die Legierung wird eine Zeit lang bei Raumtemperatur oder einer etwas höheren Temperatur gehalten und anschließend eine Zeit lang bei einer höheren Temperatur. Dies kann manchmal zu besseren Ergebnissen führen.

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