Mikroseigerung

Mikroseigerung ist die ungleichmäßige Verteilung von Legierungselementen innerhalb eines einzelnen Korns eines Metalls oder einer Legierung im Bereich von Zehnern bis Hunderten von Mikrometern. Während der Erstarrung bewegen sich Fremdatome langsamer als die vorrückende Fest-Flüssig-Grenzfläche, wodurch sie sich in dem Material konzentrieren, das zuletzt erstarrt. Dies erzeugt Zusammensetzungsgradienten zwischen dem Kern und der äußeren Kante jeder Dendrite (die verzweigte Kristallstruktur, die sich beim Abkühlen des Metalls bildet), obwohl das Korn selbst bei niedrigerer Vergrößerung chemisch homogen ist.

Die Schwere der Mikroseigerung hängt von der Abkühlgeschwindigkeit und dem Ausmaß ab, in dem jedes Legierungselement die Fest- oder Flüssigphase bevorzugt. Schnelle Abkühlgeschwindigkeiten reduzieren die Seigerung, da Atome weniger Zeit zur Diffusion haben, während langsames Abkühlen die Homogenisierung der Zusammensetzung ermöglicht. Binäre Legierungen zeigen das einfachste Verhalten, aber handelsübliche Stähle und Superlegierungen enthalten mehrere Elemente, jedes mit seinem eigenen Seigerungskoeffizienten, was die Dendriten struktur in der radialen Richtung chemisch komplex macht.

Folgen und Lösungen

Mikroseigerung führt zu mechanischen und Korrosionsschwachstellen. Bereiche, die in Mangan oder Chrom angereichert sind, können spröde sein; Bereiche, die an Kohlenstoff verarmt sind, können weich sein. Bei nichtrostenden Stählen können chromverarmte Zonen Chromkarbide ausscheiden und reduzieren die Korrosionsbeständigkeit in diesen Bereichen. Wärmebehandlung kann Mikroseigerung durch Diffusion verringern, aber vollständige Homogenisierung erfordert längere Belastung bei hoher Temperatur und ist für große Blöcke oder Gussteile oft nicht praktikabel.

Der Begriff unterscheidet dieses Phänomen von Makroseigerung, die im Bereich von Millimetern bis Zentimetern auftritt und die Bulk-Bewegung von Flüssigkeit während der Erstarrung beinhaltet. Mikroseigerung ist in Gussstoffen und Schweißnähten unvermeidlich; Metallurgen akzeptieren sie und gleichen sie durch Zusammensetzungskontrolle, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Wärmebehandlung nach der Erstarrung aus. Bei Pulvermetallurgie und schnell erstarrten Legierungen wird Mikroseigerung unterdrückt, da die Abkühlgeschwindigkeit 10³ K/s überschreitet, deutlich schneller als beim herkömmlichen Gießen.