Verfestigungsmechanismen und Versetzungen

Die Streckgrenze von krz-Metallen wie Eisen steigt mit sinkender Temperatur stark an, während sie sich bei kfz-Metallen wie Kupfer und Aluminium mit der Temperatur kaum ändert. Was ist die Hauptursache für diesen Unterschied?

  1. ABei kfz-Metallen sinkt die Stapelfehlerenergie bei tiefer Temperatur, die Versetzungen spalten auf und bewegen sich leichter, daher sinkt die Streckgrenze bei tiefer Temperatur sogar
  2. BBei krz-Metallen sammeln sich interstitieller Kohlenstoff und Stickstoff bei tiefer Temperatur leichter an Versetzungen, daher wird die Verankerung durch Cottrell-Wolken mit sinkender Temperatur stärker
  3. CDie Kerne von Schraubenversetzungen in krz-Metallen erstrecken sich über mehrere Ebenen und bewegen sich schwer; sie überwinden den Gitterwiderstand mithilfe thermischer Schwankungen, daher ist bei tieferer Temperatur mehr Spannung nötig
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Lösung: C. Die Kerne von Schraubenversetzungen in krz-Metallen erstrecken sich über mehrere Ebenen und bewegen sich schwer; sie überwinden den Gitterwiderstand mithilfe thermischer Schwankungen, daher ist bei tieferer Temperatur mehr Spannung nötig

Der Kern einer Schraubenversetzung in krz-Metallen breitet sich nicht flach auf einer Ebene aus, sondern nimmt eine räumliche Form über mehrere {110}-Ebenen an; daher ist die Peierls-Spannung, der Widerstand des Gitters gegen die Versetzungsbewegung, groß. Die Versetzungen überwinden diese Barriere schrittweise mithilfe thermischer Schwankungen (Bildung von Doppelkinken); sinkt die Temperatur, fällt diese Hilfe geringer aus, und die Streckgrenze steigt steil an. Das ist eine Ursache des Zäh-Spröd-Übergangs von krz-Stählen. Versetzungen in kfz-Metallen sind flach auf den dichtest gepackten Ebenen aufgespalten, die Peierls-Spannung ist klein, und die Streckgrenze hängt kaum von der Temperatur ab. Die Antwort, nach der die Streckgrenze bei tiefer Temperatur sinkt, widerspricht den Tatsachen, und hochreine krz-Metalle ohne Kohlenstoff und Stickstoff zeigen dieselbe Temperaturabhängigkeit; daher ist auch die Antwort falsch, die sie hauptsächlich Cottrell-Wolken zuschreibt.

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