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Werkstofftechnik 1 - Erzeugung kleinster Korngrößen

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Werkstofftechnik 1

Erzeugung kleinster Korngrößen

Weitaus besseres Ergebnisse zur Festigkeitssteigerung liefern Verfahren, die sehr kleine Korngrößen erzeugen. Dafür kann man sich gleich mehrerer Verfahrensarten bedienen. Die gängigsten Verfahrensarten seien nachfolgend aufgelistet

  • Beeinflussung der Abkühlbedingungen,
  • Beeinflussung der Keimbildungsbedingungen,
  • Kornwachstum hemmende Technologien bei Sinterwerkstoffen/Pulvermetallurgie,
  • Kaltverformung
  • Rekristallisation

Jedes dieser Verfahren ermöglicht eine Reduzierung der Korngröße bis auf einen Durchmesser von ca. $ 10^{-4} cm $ und gewährleistet damit eine Zugfestigkeit bis ca. $ 1000 \frac{N}{mm^2} $. Soll die Festigkeit noch weiter erhöht werden, so muss auch die Korngröße weiter verringert werden. Ein Verfahren, dass gerade bei metallischen Werkstoffen Erfolge erzielt, ist die Mikrokristallisation. Bei der Mikrokristallisation wird die Schmelze sehr schnell herunter gekühlt. 

Festigkeitssteigerung bei Metallen

Wird ein Eisen aus der Gasphase direkt in den krz-Zustand überführt, so weisen die abgeschiedenen polykristallinen Eisen-Kohlenstoff-Fäden, FeC-Fäden, eine Korngröße von ca. $ 10^{-6} cm $ auf. In Zugversuchen konnten somit Zugfestigkeiten von ungefähr $ 7000 - 8000 \frac{N}{mm^2} $ erreicht werden. In diesem Bereich stoßen polykristalline Eisen an ihre theoretisch erreichbare Festigkeit. 

Festigkeitssteigerung bei Gläsern/Keramiken

Nicht nur bei Metallen lässt sich die Festigkeitssteigerung durch Korngrößenreduzierung erreichen, auch Gläser und Keramiken profitieren von diesem Verfahren. So lassen sich mit unterschiedlichen Wärmebehandlungen Kristallitgrößen von weniger als $ 10^{-4} cm $ erzeugen, wodurch letztlich die Bruchfestigkeit stark erhöht wird. Der Nachteil ist jedoch, dass die bei diesem Verfahren entstehenden Defekte an der Oberfläche unter zunehmender Belastung, ein erneutes Absinken der Festigkeit zur Folge haben.