Unter Verfestigung (strengthening) versteht man alle mikrostrukturellen Mechanismen, die die Streckgrenze, Fließspannung oder Härte eines Werkstoffs erhöhen, indem sie die Bewegung von Versetzungen hemmen. Zentral ist dabei, dass die makroskopische Festigkeit direkt von der Wechselwirkung zwischen Versetzungen und Hindernissen wie Ausscheidungen, gelösten Atomen, Korngrenzen oder Teilchen abhängt.

Wichtige Verfestigungsmechanismen sind:

1. Lösungsverfestigung (Festkörperlösungsverfestigung): Fremdatome im Kristallgitter erzeugen elastische Spannungsfelder, die Versetzungsbewegung behindern. Substitutions- und interstitielle Legierungselemente (z. B. C in Fe, Si in Al) führen so zu einer Erhöhung der Fließspannung.

2. Ausscheidungs- bzw. Präzipitationsverfestigung: Fein verteilte, kohärente oder teilkohärente Ausscheidungen (z. B. γ′ in Nickelbasis-Superlegierungen) wirken als starke Versetzungshindernisse. Je nach Partikelgröße dominieren Schermechanismen oder Umgehung nach Orowan.

3. Teilchen- und Dispersionverfestigung: Thermisch stabile, meist inkohärente Teilchen (z. B. Oxiddispersion-gestärkte Stähle, ODS) erzeugen eine ausgeprägte Orowan-Verfestigung und verbessern Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit.

4. Versetzungs- bzw. Kaltverfestigung: Plastische Verformung erhöht die Versetzungsdichte. Versetzungen behindern sich gegenseitig, was zu einer Zunahme der Fließspannung führt.

5. Korngrenzenverfestigung: Feinkornstrukturen erhöhen die Festigkeit gemäß der Hall-Petch-Beziehung, da Korngrenzen als Barrieren für Versetzungsbewegung wirken.

In der Werkstoffentwicklung werden diese Mechanismen gezielt kombiniert und über Wärmebehandlung, Legierungskonzept und Umformung eingestellt, um ein optimiertes Verhältnis von Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit und Hochtemperatureigenschaften zu erreichen.