Austenitische Edelstahllegierungen haben die für technische Metalle bzw. Metalllegierungen typischen kubisch-flächenzentrierten (kfz) Kristallstrukturen als festen Ordnungszustand. Bei der metallographischen Betrachtung von Kristallstrukturen wird zunächst von Idealkristallen bzw. fehlerfreien Kornstrukturen ausgegangen, bei denen keine Abweichung vom regelmäßigen Gitteraufbau (Metallgitter) der Kornstruktur vorliegt. Realstrukturen zeigen allerdings eine nennenswerte Zahl von Gitterfehlern, die sowohl das mechanische als auch das physikalische Verhalten der Werkstoffe entscheidend bestimmen.
In diesem Zusammenhang kennt man als Kristallordnungs- oder Gitterfehler:
- strukturelle Fehlordnungen (Abweichungen der Lage der Kristallbausteine vom idealen Gitteraufbau),
- chemische Fehlordnungen (bestimmt durch den Gehalt an Fremdatomen),
- elektrische Fehlordnungen (Abweichungen der elektr. Ladungsverteilung im Kristall).
- Die verschiedenen Abweichungen beeinflussen sich in weiten Bereichen gegenseitig.Nach ihrer Form werden Gitterfehler in
- punktförmige (Leerstellen, Zwischengitteratome),
- linienförmige (Versetzungen, Verschraubungen, Stapelfehler),
- flächenhafte (Korngrenzen, Zwillingswälle [Zwillingsbildung])
Defekte unterteilt.
Abb. G 5: Schematische Darstellung von Gitterfehlern. Bildung einer Leerstelle durch Anlagerung eines Atoms an a) eine Versetzung im Sprung, b) einen Versetzungssprung. (Quelle: G. Henkel)
Bei Versetzungen (Abb. G 5 bis G 7) wird zwischen Stufen- und Schraubenversetzungen unterschieden, die in der Metallographie durch den Burgersvektor beschrieben werden. Bei Korngrenzen (Abb. G 8 bis G 10) unterscheidet man Kleinwinkelkorngrenzen und Zwillingskorngrenzen, wobei Zwillingskorngrenzen wiederum in inkohärente, semikohärente und kohärente Varianten unterteilt werden.
Gitterfehler im strukturellen Aufbau eines Metallgittersystems haben aus thermodynamischer Sicht sowohl energetische Konsequenzen (Energiespeicherung im Kristallgitter, Entropieerhöhung [Entropie]) als auch Diffusionskonsequenzen (Diffusion, Erleichterung von Diffusionsprozessen durch Gitterfehler).
Abb. G 6: Schematische Darstellung einer Stufenversetzung. Burgersvektor b senkrecht zur Versetzungslinie. (Quelle: G. Henkel)
Abb. G 7: Schematische Darstellung einer Schraubenversetzung. Burgervektor b parallel zur Versetzungslinie AB. (Quelle: G. Henkel)
Abb. G 8: Aufbau einer symmetrischen Kleinwinkelkorngrenze. (Quelle: G. Henkel)
Abb. G 9: Kohärente und inkohärente Zwillingsgrenzen: a) Lage der Zwillingsgrenzen im Gitter (schematisch), b) Erscheinungsform im Schliffbild. (Quelle: G. Henkel)
Abb. G 10: Grenzflächen zwischen zwei Phasen: a) kohärente Grenzfläche, b) semikohärente Grenzfläche. (Quelle: G. Henkel)
Die bedeutendste Auswirkung ist aber, dass die reale mechanische Festigkeit nur etwa 10 % der idealen Festigkeit bei fehlerfreiem Gitteraufbau erreicht; d. h. dass Gitterfehler im Systemaufbau die theoretische Festigkeit vom idealen Gitteraufbau drastisch reduzieren. Durch Gitterfehler wird daher die Anwendung der plastischen Kaltverformung (Kaltplastisches Umformen) auch auf austenitische Edelstahllegierungen ermöglicht.
© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie