Stapelfehler

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Stapelfehlerbildung in FCC-Materialien

Ein Stapelfehler ist ein 2-dimensionaler Gitterfehler in bestimmten Kristallstrukturen. Er tritt z. B. in der kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur (FCC) auf, die als Stapelung von Kristallebenen mit der Abfolge ABCABC... beschrieben werden kann. Wird diese Regelmäßigkeit unterbrochen (z. B. ABCBCABC...), so liegt ein Stapelfehler vor. Üblicherweise bildet sich hierbei eine lokale HCP-Gitterstruktur mit der Stapelung ABAB... aus.

Allgemein bilden sich Stapelfehler am leichtesten in den dichtestgepackten Kristall-Ebenen (z. B. (111) im FCC-Kristall), weil in diesen die Wechselwirkung zwischen den Atomen am stärksten ist. Weiter wachsen sie mit gleicher Argumentation am leichtesten in den dichtestgepackten Richtungen (z. B. (112) im FCC-Kristall).

Der Stapelfehler ist ein wichtiger Gitterfehler, da er zur Bildung von Korngrenzen führt und so die Bildung von Einkristallen verhindert. Stapelfehler entstehen beispielsweise durch Zwillingsbildung oder wenn eine Partialversetzung durch den Kristall läuft. Je kleiner die dazu nötige Stapelfehlerenergie (SFE, stacking fault energy), desto leichter bildet sich ein Stapelfehler.

Silber hat eine niedrige SFE:

 \gamma_\mathrm{Ag} \approx 20 \, \mathrm{\frac{mJ}{m^2}},

Versetzungen können sich deshalb leicht in Partialversetzungen aufspalten. Schraubenversetzungen müssen dann zum Quergleiten unter Energieaufwand wieder einschnüren, deswegen steigt die Festigkeit.

Die Aufspaltungsweite spielt weiterhin eine wichtige Rolle bei der Warmumformung. Da aufgespaltene Versetzungen schlecht quergleiten oder klettern können, ist bei Werkstoffen mit geringer Stapelfehlerenergie die dynamische Kristallerholung behindert und es findet eine stärkere Verfestigung des Metalls statt. Es kann sich so eine genügend große treibende Kraft für dynamische Rekristallisation aufbauen, die zu einem Kraftmaximum in der Warmfließkurve führt.

In reinem Eisen beträgt die SFE:

 \gamma_\mathrm{Fe} = 140 \pm 40 \, \mathrm{\frac{mJ}{m^2}},[1]

bei austenitischen Stählen z. T. aber

 \gamma_\mathrm{Stahl} < 30 \, \mathrm{\frac{mJ}{m^2}}.

Deswegen zeigen nur letztere einen TWIP-Effekt.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Schumann, H.: Einfluß der Stapelfehlerenergie auf den kristallographischen Umgitterungsmechanismus der γ/α-Umwandlung in hochlegierten Stählen. Krist. Techn., 9: 1141–1152. 1974 doi:10.1002/crat.19740091009