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Probenvorbereitung

Für eine metallographische Untersuchung ist es oft notwendig nur einen kleinen Teil eines Werkstückes zu untersuchen. Man muss sich also schon vor der eigentlichen Präparation gedanken über das zu untersuchende Werkstück machen. Am besten mit 3 W´s

  • Wo soll untersucht werden?
  • Was soll untersucht werden?
  • Wie gehe ich bei der Präprartion vor?

Probenahme

Die Probenahme unterscheidet man in der Regel in gezielte oder systematische Probennahme. Zusätzlich muss man sich in klaren sein was ich brauche? Ein Querschliff, ein Längsschliff und/oder ein Flachschiff? Gerade bei gezogenen Materialien mit einem gestreckten Gefüge ist dies wichtig. Auch sollte die eine maximale Probengröße von 6 cm3 nicht überschritten werden.

Bei der gezielten Probenahme wird nur ein interessierender Bereich untersucht. Meist sind dies Fehlstellen im Material, Schweißnähte oder Schädigungen des Materials durch Belastungen während des Einsatzes. Es bietet sich daher bei dieser Untersuchungsmethode an, vor dem Trennen eine Übersichtsaufnahme des Bauteils anzufertigen und den Entnahmeort zu kennzeichnen.

Eine systematische Probenahme findet oft in der Qualitätssicherung oder Chargenüberprüfung statt. Es wird Anhand eines Stichprobenplans immer nach einem festgelegten Muster an den selben stellen eine Probestück entnommen.

Trennen

Dem Heraustrennen des Probestückes ist allergrößte Beachtung zu geben! Ein unsachgemäßes herauslösen der Probe führt oft zu einer weiteren Zerstörung oder sogar Werkstoffveränderung die zu Fehlinterpretationen des Gefüges führen kann. Daher gilt beim Trennen:

  • keine Hitzeentwicklung
  • kein Wärmeeintrag
  • keine chemischen Reaktionen
  • keine nachträgliche Verformung

Die am weitesten verbreiteten Geräte zum ordnungsgemäßen Trennen sind Nasstrennschleifen, Diamantdrahtsägen oder Wasserstrahlschneidemaschinen. Bei diesen Maschinen lassen sich die Trennparameter optimal über Kühlung, Vorschub-/ Schnittgeschwindigkeit und Abrasiva bzw. verschiedene Trennscheibentypen einstellen. Die entnommenen Probestücke sollten sofort und dauerhaft gekennzeichnet werden.

Einbetten

Zur Automatisierbarkeit oder zur besseren Handhabung bei kleinen Probestücken ist es von Vorteil diese auf eine von Maschinen handhabbare Größe einzubetten . Es gibt die Möglichkeit die Proben bei der Präparation in Schliffklammern zu halten bzw.  die Proben in Polymere oder niedrigschmelzende Metalllegierungen einzubetten.

Am weitesten verbreitet sind Kalt- oder Warmeinbetten auf Polymerbasis. Beim Kalteinbetten werden Mehrkomponenten-Kunstharze verwendet. Es sind oft Pulver die mit einem flüssigen Binder durch eine chemische Reaktion oder UV-Strahlung miteinander aushärten. Das Warmeinbetten findet im Vergleich zum Klateinbetten bei erhöhten Druck und Temperatur statt. Es gibt für die verschiedensten Materialien optimierte Einbettmittel – jedoch bei allen steht eins Vordergrund: optimale Härte des Polymers im Vergleich zur Probe, keine Spaltbildung zwischen Probe und Einbettmittel sowie eine gute Viskosität um eventuelle Poren oder Löcher zu füllen.

Metallographische Untersuchung von Werkstoffen

Was versteht man unter einer metallographischen Untersuchung und was ist ihr Ziel?

Die Aufgabe der Metallographie besteht in der quantitativen und qualitativen Beschreibung von metallischen Werkstoffgefügen.
Dabei werden die Art, Menge, Größe, Form, örtliche Verteilung und Orientierung der enthaltenden Phasen näher untersucht. Mit der metallographischen Untersuchung bzw. Charakterisierung des Gefüges sollen Zusammenhänge zwischen chemischer Zusammensetzung, technologischen Prozessen zur Gewinnung bzw. Nachbehandlung metallischer Körper und der Gefügeausbildung aufgeklärt werden. Die Metallografie hilft somit bei der Aufklärung der Zusammenhänge zwischen Technologie (Gewinnung, Be- und Vorbearbeitung der Werkstoffe), Struktur und Eigenschaften von Werkstoffen.
Mit Hilfe der Gefügekenngrößen kann eine geometrische und quantitative Aussage über den Aufbau und die Zusammensetzung eines Gefüges getroffen werden.

Unter einem Gefüge versteht man die Gesamtheit aller im Werkstoff vorliegenden Bestandteile bzw. Phasen. Eine Phase besitzt eine bestimmte chemische Zusammensetzung und Anordnung/Strukur der Atome. Die einzelnen Gefügebestandteile sind durch Korn- oder Phasengrenzen voneinder getrennt. Um jedoch die Struktur des Werkstoffes sichtbar zu machen, muss meist eine Präparation des Stoffes voraus gegangen sein.

Beispiele für die Einteilung von Gefügen sind u.a.:

  • Primärgefüge – Sekundärgefüge
  • polyedrisches Gefüge – dendritisches Gefüge
  • einphasig – mehrphasig
  • homogen – heterogen

In der Metallographie ist das Lichtmikroskop dass wohl wichtigste aller Geräte zur  Untersuchung von Proben oder Werkstücken. Aber auch das Rasterelektronenmikroskop ist aus der Metallografie nicht mehr wegzudenken.
Bei metallographischen Untersuchungen sind die Vergleichbarkeit der Untersuchungsergebnisse und die Reproduzierbarkeit (Wiederholbarkeit) sehr wichtig, damit beispielsweise auch zu einem späteren Zeitpunkt oder durch eine andere Person immer wieder die gleichen Ergebnisse erzielt werden können. Daher ist eine ausführliche Dokumentation über die Präparationsschritte von Vorteil.

Bei klar erkennbaren Gefügen sind mit Hilfe von z.B. Flächenanalyse, Linearanalyse und Punktanalyse quantitative Aussagen möglich. Dazu zählt beispielsweise die Ermittlung der Korngröße mit dem Linien- und Kreisschnittverfahren, wobei die Körner, die in einem festgelegten Bereich liegen oder diesen schneiden, ausgezählt werden und das Ergebnis, mit einer Formel umgerechnet und in einer Tabelle abgelesen werden kann. In dieser Tabelle wird die Korngrößenkenzahl G abgelesen, die die Größe der Körner im Gefüge beschreibt. Allerdings ermöglicht diese Ermittlung der Korngröße keine Unterscheidung ob ein Gefüge homogen verteilt ist oder es z.B. eine bimodale Verteilung aufweist.