Metallgefüge (Entstehung)

Das charakteristische Gefüge eines Metalls entsteht durch Kristallisation beim Abkühlen der flüssigen Metallschmelze. Die Geschwindigkeit der Abkühlung und der zeitliche Verlauf der Abkühlung, hat dabei deutliche Auswirkungen auf das entstehende Gefüge. Technisch wird dies beispielsweise beim Härten und Glühen ausgenutzt, um bestimmte Materialeigenschaften herzustellen oder zu verbessern. In der flüssigen Schmelze bewegen sich die einzelnen Metallatome frei umher, bis die Schmelze auf die Erstarrungstemperatur abgekühlt ist. Nun kommt es zur Bildung erster Kristallisationskeime, diese bestehen aus Metallatomen, die sich in charakteristischer Kristallgitterform zusammenfügen. Dabei geben die Metallatome überschüssige kinetische Energie als Wärme an die Umgebung ab. In diesem Stadium kühlt die Schmelze daher zunächst nicht weiter ab. Erst wenn die Kristallisation abgeschlossen ist, kühlt der nun entstandene Metallfestkörper weiter ab. Da das regelmäßige Kristallgitter an vielen Orten in der Schmelze gleichzeitig zu wachsen beginnt, stoßen die einzelnen Kristalle in der verbleibenden Schmelze früher oder später zusammen, und das regelmäßige Kristallgitter wird an diesen Stellen unterbrochen. Im Festkörper lassen sich diese Kontaktflächen später als Kristall- oder Korngrenzen erkennen. Je nach Gehalt an Legierungselementen und Kohlenstoff ist das entstehende Kristallgitter mehr oder weniger regelmäßig, denn die integrierten Atome fremder Elemente können nicht genauso wie die Metallatome in ein einheitliches Gitter integriert werden. Kohlenstoff beispielsweise kann zu einem gewissen Anteil im Metallkristallgitter eingeschlossen werden, ist mehr Kohlenstoff in der Schmelze enthalten, so fällt dieser an den Korngrenzen aus. Daraus entstehen die charakteristischen Strukturen unterschiedlicher Stähle und Gusswerkstoffe.