Lüdersband

Eine Lüders-Bande ist eine sichtbare Linie oder ein Band, das während der plastischen Verformung auf der Metalloberfläche erscheint und parallel zur Richtung der maximalen Schubspannung verläuft. Wenn ein Streifen oder Blech über seine Streckgrenze hinaus gedehnt wird, verformt sich das Material nicht gleichmäßig über seine Breite. Stattdessen bildet sich eine scharfe Grenze zwischen dem bereits plastifizierten Bereich und dem noch elastischen Bereich, wobei eine diagonale oder querverlaufende Linie entsteht, die sich über die Oberfläche bewegt, während die Belastung zunimmt. Dieses Phänomen tritt am häufigsten bei niedrig legiertem Stahl, Aluminiumerlegierungen und einigen anderen Metallen auf, die einen diskontinuierlichen Übergang bei der Streckgrenze aufweisen.

Das Band entsteht durch einen vorübergehenden Sperreffekt in der Kristallstruktur, der als Cottrell-Atmosphäre bezeichnet wird. Wenn die Spannung die Streckgrenze überschreitet, beginnen Versetzungen sich zu bewegen, werden aber durch atmosphärische Cluster aus Kohlenstoff- oder Stickstoffatomen fixiert, was zu einem Spannungsabfall führt. Sobald diese Atome von bewegten Versetzungen abdiffundieren, beschleunigt sich der plastische Fluss und breitet sich vom anfänglichen Fließpunkt aus aus, hinterlässt aber eine scharfe Verformungsdiskontinuität. Der Winkel des Bandes relativ zur Belastungsrichtung hängt von der Kristallorientierung und dem Spannungszustand ab und beträgt typischerweise etwa 45 Grad zur Richtung der Hauptspannung.

In Walzwerken und Ziehvorgängen erzeugen Lüders-Banden Oberflächenmarkierungsfehler, die die ästhetische Qualität beeinträchtigen und die Haftung von Beschichtungen in nachfolgenden Fertigungsprozessen gefährden können. Die Bänder sind dauerhaft und können durch Kaltumformung allein nicht beseitigt werden; sie erfordern eine Rekristallisationsglühung, um eine gleichmäßige Oberfläche wiederherzustellen. Dies macht sie besonders problematisch bei Karosseriepaneelen, Gehäusen für Hausgeräte und architektonischen Verkleidungen, bei denen das Aussehen entscheidend ist. Die Kontrolle der Bandenbildung ist einer der Gründe, warum Hersteller während der anfänglichen Verformungsphasen eine Dehnratenregelung und sorgfältiges Temperaturmanagement einsetzen.

Verringerung des Auftretens in der Fertigung

Walzwerksbetreiber reduzieren die Lüders-Bandenbildung durch mehrere Verfahren: Erhöhung der Verformungstemperatur zur Verringerung der Streckgrenzendiskontinuität, Erhöhung der Dehnrate zur Unterdrückung der gezackten plastischen Verformung oder Vorverformung des Materials in kontrollierter Weise vor der endgültigen Umformung. Einige Legierungen werden mit Niob oder Vanadium mikrolegiert, um den Cottrell-Spereffekt zu unterdrücken. Die Sichtbarkeit des Bandes hängt auch von der Oberflächenvorbereitung und dem Beleuchtungswinkel ab, weshalb Fehler nach dem Beizen oder Polieren manchmal deutlicher zu sehen sind.

Das Phänomen ist nach dem deutschen Metallurgen Wilhelm Lüders aus dem 19. Jahrhundert benannt, der die Bänder erstmals systematisch dokumentierte. Obwohl sie oberflächlich ähnlich wie plastische Verformungslinien aussehen (auch Chernov-Linien oder Hartmann-Linien genannt), entstehen Lüders-Banden bei einem bestimmten Streckgrenzübergang und kennzeichnen die Grenze der primären Verformungszone statt sekundäre Schermuster anzuzeigen. Die Unterscheidung zu erkennen ist für Materialingenieure wichtig, die Legierungen und Verfahren auswählen, bei denen die Oberflächengleichmäßigkeit entscheidend ist.