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Werkstofftechnik 1 - Rekristallisation

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Werkstofftechnik 1

Rekristallisation

Die Rekristallisation als zweite Stufe der Rückbildung der Festkörperstruktur bewirkt, dass die Dichte der Versetzungen, in denen der größte Anteil der inneren Energie gespeichert ist, stark reduziert wird. Parallel dazu kommt es zu einer Rückbildung der mechanischen Eigenschaften durch die Entstehung und dem Wachstum von versetzungsarmen Kristalliten. 

Rekristallisation durch Vereinigung von Subkörnern
Rekristallisation durch Vereinigung von Subkörnern

Thermisch aktivierte Platzwechsel

Der thermisch aktivierte Platzwechsel benachbarter Atome in der Grenzfläche [Großwinkelkorngrenze] führt zum Wachstum von Kristalliten im verformten Gefüge und zur Vernichtung von darin enthaltenen Versetzungen. Die treibende Kraft $ p $ der Rekristallisation lässt aus zwei Faktoren berechnen:

  1. Differenz der Versetzungsdichten vom erholten und rekristallisierten Gefüge
  2. Linienenergie der Versetzungen

Formel 

Die formale Schreibweise ist wie folgt:

Methode

$ p = \triangle N \cdot G \cdot b^2 $

$ N = $ Versetzungsdichte,

$ G = $ Schubmodul

$ b = $ Burgervektor

$ G \cdot b^2 = $ Linienenergie der Versetzungen.

Unabhängig von der treibenden Kraft $ p $ benötigt die Rekristallisation eine Mindestverformung. Diese Mindestverformung, auch kritischer Verformungsgrad genannt, variiert von Werkstoff zu Werkstoff.

Beispiel

So liegt der notwendige kritische Verformungsgrad im Falle von Magnesium bei 0,2 %. Aluminium muss zu mindestens 1,6 % und Eisen sogar zu 3,25 % verformt werden, damit die Rekristallisation überhaupt eintreten kann. 

Neben dem kritischem Verformungsgrad, ist eine Mindesttemperatur zur Bildung neuer Körner notwendig. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Rekristallisationsschwelle. Die notwendige Temperatur einiger gängiger Werkstoffe ist nachfolgend aufgeführt:

Werkstoff Rekristallisationsschwelle [in °C]
Aluminium 150
Eisen 450
Nickel 600
Zinn Raumtemperatur [ca. 20]
Blei Raumtemperatur [ca. 20]

Die Rekristallisationsschwelle wird zudem vom Grad der Kaltumformung beeinflusst. Sie verhalten sich gegensätzlich zu einander. So sinkt die Rekristallisationsschwelle, wenn der Grad der Kaltumformung steigt. 

Merke

Je mehr potentielle Energie eine gestörte Gitterstelle besitzt, umso weniger Bewegungsenergie muss durch eine Temperaturerhöhung zugeführt werden, damit es zur Keimbildung kommt. 

Ob eine Rekristallisation eingetreten ist, lässt sich mit Hilfe von Härtemessungen oder anhand von Schliffbildern nachweisen.