Hall-Petch-Beziehung

Kornfeinung ist eine Möglichkeit zum Erhöhen der Festigkeit metallischer Werkstoffe. Es handelt sich dabei um die Erzeugung eines feineren, kleineren Korns im Gefüge durch geeignete Wärmebehandlung oder Behandlung (Impfen) der Schmelze .

Für die Abhängigkeit der Streckgrenze von der Korngröße gilt die sog. Hall-Petch-Beziehung:

$R_e = \sigma_0 + {K \over \sqrt{d_{\rm K}}}$

mit σ₀ der Startspannung für die Versetzungsbewegung, K dem Korngrenzwiderstand und d_K dem mittleren Korndurchmesser. Es sind Konstanten, die vom Werkstoffzustand und den Prüfbedingungen abhängen.

Praktische Bedeutung

• Die Kornfeinung erhöht neben der Festigkeit auch die Zähigkeit von metallischen Werkstoffen durch Absenken ihrer Übergangstemperatur. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass durch die Herabsetzung des Schermoduls an Korngrenzen die Erzeugung von Versetzungen erleichtert wird^[1]. Dies verringert z.B. die Neigung des Stahls zur Entstehung von Warmrissen.

• Zu Bedenken ist dabei allerdings auch, dass bei kleineren Kristalliten mehr Korngrenzen entstehen und so eine höhere Korrosionsanfälligkeit besteht. Je kleiner der mittlere Durchmesser der Körner d_K, desto größer der Festigkeitsunterschied Δσ (siehe hierzu: Spannungs-Dehnungs-Diagramm). Dies verdeutlicht die Hall-Petch-Beziehung:

$\Delta \sigma = {K \over \sqrt{d_{\rm K}}}$

Jeder Werkstoff ist immer bestrebt, einen Gleichgewichtszustand mit dem geringstmöglichen Energieinhalt herzustellen. Ein höhere Festigkeit bedeutet einen hohen Energieinhalt, den der Werkstoff durch Korrosion abbaut. Trotz der vielen Hindernisse, die sich innerhalb des Werkstoffes durch die kleineren Körner ergeben, ist der Werkstoff gut verformbar. Aus diesen Gründen werden Feinkorn-Stahlbleche z. B. in der Automobilindustrie eingesetzt. Die höhere Festigkeit ermöglicht es, dünnere Bleche zu verwenden (und somit auch Gewicht einzusparen). Wegen der starken Korrosionsanfälligkeit müssen Vorkehrungen zum Korrosionsschutz getroffen werden. Alle Autokarosserien, sind deswegen heute verzinkt.

Quellen

1. ↑ http://dx.doi.org/10.1016/S0966-9795(98)00061-2