Wärmebehandlung von Nichteisenmetallen: Lösungsglühen, Nitrieren, Auslagern & mehr

Lösungsglühen und Weichglühen sind die gängigsten Wärmebehandlungsverfahren für Nichteisenmetalle. Während in einem vorherigen Artikel die Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen (Stahl) behandelt wurde, liegt der Fokus hier auf Verfahren für Aluminium, Kupfer, Titan & Co.: Lösungsglühen, Weichglühen, Ausscheidungshärten (Auslagern), Nitrieren, Kaltverformen und Entkohlung.

Lösungsglühen (Solution Heat Treatment)

Ziel: Erhöhung der Zugfestigkeit durch Ausbildung einer übersättigten Mischkristallstruktur. Ablauf:

1. Erhitzen auf eine legierungsspezifische Temperatur unter dem Solidus (Beginn des Schmelzens).
2. Halten (Ausdiffundieren der Legierungselemente in die Matrix).
3. Schnelles Abschrecken (Wasser, Polymer, Luft) – „Einfrieren“ der Hochtemperaturstruktur.

Die so erhaltene metastabile Mischkristallstruktur ist die Basis für die nachfolgende Ausscheidungshärtung.

Künstliches Altern / Ausscheidungshärten (Precipitation Hardening / Aging)

Nach dem Abschrecken sind die Legierungselemente im Mischkristall „eingefroren“. Durch thermische Aktivierung (Altern) diffundieren sie aus und bilden feinverteilt intermetallische Phasen (Ausscheidungen), die die Versetzungsbewegung behindern → Festigkeitssteigerung.

• Natürliches Altern: Bei Raumtemperatur (Tage bis Wochen).
• Künstliches Altern: Erhöhte Temperatur (z. B. 120–200 °C für Al-Legierungen), kontrollierte Zeit (Stunden). Erreicht höhere Endfestigkeit.

Weichglühen (Annealing)

Ziel: Abbau von Kaltverfestigung, Spannungsarmglühen, Verbesserung der Umformbarkeit. Ablauf: Erhitzen auf rekristallisationstypische Temperatur, langsames Abkühlen (Ofenabkühlung). Unterschied zu Stahl: Bei vielen Nichteisenlegierungen (z. B. Al, Cu) führt schnelles Abkühlen nach dem Glühen zu weicherem Zustand (kein Härten wie bei Stahl), da keine martensitische Umwandlung stattfindet.

Wichtige Fachbegriffe

Abschrecken (Quenching)

Schnelles Abkühlen durch Eintauchen in Wasser, Öl, Polymerlösung oder Luftstrom. Kritisch für Lösungsglühen: Verhindert vorzeitige Ausscheidung.

Ausscheidungshärten (Precipitation Hardening)

Synonym: Altern, Age Hardening. Festigkeitssteigerung durch feinste Ausscheidungen (z. B. θ'' in Al-Cu, γ'' in Ni-Basis). Erfordert lösungsgeglühten Zustand als Ausgangsbasis.

Nitrieren (Nitriding)

Thermochemisches Verfahren: Stickstoffdiffusion in die Randzone (meist 500–580 °C, Ammoniakgas/Plasma). Bildet harte Nitridschicht (z. B. ε-Fe₂₋₃N, AlN, TiN). Vorteile: Geringe Verzug, keine Nachhärtung nötig, hohe Oberflächenhärte, gute Korrosions-/Verschleißbeständigkeit. Auch für Nichteisenmetalle (Al, Ti) anwendbar.

Entkohlung (Decarburization)

Unerwünschter Kohlenstoffverlust an der Stahloberfläche durch Oxidation bei hohen Temperaturen. Führt zu weicher Randzone, Rissgefahr. Vermeidung: Schutzgas, Vakuum, kurze Zeiten, Schutzbeschichtungen.

Kaltverformen (Cold Working)

Kein Wärmebehandlungsverfahren, aber wichtige Festigkeitssteigerung durch Versetzungsvermehrung bei Raumtemperatur. Erhöht Zugfestigkeit, Streckgrenze, verringert Dehnung. Folgen: Texturausbildung, Anisotropie, Spannungen. Oft Zwischenglühen nötig für weitere Umformstufen.

Die korrekte Auswahl und Parametrierung dieser Verfahren (Temperatur, Zeit, Atmosphäre, Abschreckmedium) ist entscheidend für die Zielerreichung: Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit, Maßhaltigkeit. Moderne Prozesssimulation und Werkstoffdatenbanken unterstützen die Optimierung.