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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.