Peierls-Spannung: Was ist damit gemeint?

Lösung: C. Ferritischer Kohlenstoffstahl (krz)

In krz-Metallen steigt die Spannung, die zum Bewegen einer Versetzung nötig ist (Peierls-Spannung), mit sinkender Temperatur stark an. Bei tiefen Temperaturen tritt daher vor dem Fließen ein Spaltbruch auf, und die Kerbschlagarbeit im Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy fällt in einem bestimmten Temperaturbereich steil ab. Das ist der Zäh-Spröd-Übergang; ferritischer Kohlenstoffstahl ist das typische Beispiel. Austenitischer nichtrostender Stahl und Aluminiumlegierungen mit kfz-Gitter haben viele Gleitsysteme, und Versetzungen bleiben auch bei tiefen Temperaturen beweglich; sie zeigen daher keinen deutlichen Übergang und werden für Tieftemperaturanwendungen wie Tanks für Flüssiggase eingesetzt. Die Übergangstemperatur sinkt durch Kornfeinung und steigt z. B. durch Neutronenbestrahlung.

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.