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Arnold Horsch e.K. Wissensdatenbank.

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Metallographie

Zur Metallographie Begriff

Definition der Metallographie

Die Metallographie ist eine metallkundliche Untersuchungsmethode. Sie umfasst die optische Untersuchung einer Metallprobe mit dem Ziel einer qualitativen und quantitativen Beschrei-bung des Gefüges. Es sind dabei makroskopische, mikroskopische und elektronenmikroskopische Gefügebe-trachtungen zu unterscheiden. Diese Versuche in diesem Praktikum beschränken sich auf makroskopische, mesoskopische und mikroskopische Gefügebetrachtung.

Metallographische Probenpräparation – die Schliffherstellung

Probenentnahme

Die Probenentnahme muss dem Untersuchungszweck angepasst sein. Bei Bauteilen die eine irgendwie geartete Vorzugrichtung haben wie z.B. gewalztes Blech muss bei der Probenent-nahme zwischen Querschliff, Längs- und Flachschliff unterschieden werden. Durch die Pro-benentnahme darf das Gefüge nicht verändert werden. So muss bei mechanischer Abtren-nung durch Anwendung geeigneter Kühlmittel die Probenerwärmung möglichst klein gehalten werden, um Gefügebeeinflussungen zu verhindern.

Einfassen, bzw. Einbetten der Probe

Zur besseren Handhabung und/ oder zum Randschutz werden die Proben eingefasst oder eingebettet. Man unterscheidet verschiedene Methoden: Einspannen in einen Schliffhalter Kalt- oder Warmeinbetten in Kunststoff oder anderen Materialien Galvanisches Einbetten wird insbesondere zum Randschutz angewandt

Schleifen

Zur Sichtbarmachung des Gefüges ist eine absolut plane, d.h. polierte Oberfläche Vorausset-zung. Hierzu wird die Oberfläche vorsichtig schrittweise geschliffen, wodurch eine eventuell vorhandene verformte Schicht abgetragen werden soll. Das Schleifen erfolgt von Hand mit Schleifpapier, das auf einer ebenen Platte oder auf einer Drehscheibe aufliegt, oder mit einer automatischen Schleif- und Poliermaschine (Bild 2). Im Praktikum werden die Proben von Hand geschliffen und poliert. Beim ersten Schleifschritt wird normalerweise grobes Schleifpapier benutzt, welches anschließend schrittweise durch Schleifpapier mit feineren Körnungen ersetzt wird. Nach jedem Schleifprozess wird die Probe um 90° gedreht und in der gleichen Schleifrichtung weitergeschliffen. Auf diese Weise wer-den die Schleifriefen des vorher benutzten Papiers beseitigt. Wegen der Gefahr unzulässiger Erwärmung darf die Metallprobe nicht zu kräftig auf die Un-terlage aufgedrückt werden. Die Schmier- und Kühlflüssigkeit soll gleichzeitig das Schleifpa-pier und die Probe von ausgebrochenen Schleifkörnern reinigen.

Polieren

Durch Polieren werden die vom Schleifprozess zurückbleibenden Schleifriefen beseitigt so-wie eine evtl. noch vorhandene dünne Verformungsschicht weiter abgetragen. Auf Samt- oder Wolltüchern aufgetragene geschlämmte Tonerde (AI203), Magnesia Usta (MgO), Poliergrün (Cr203) , Polierrot (Fe203) oder neuerdings fast ausschließlich Diamantpas-te dienen dafür als Poliermittel. Die Elastizität der Poliertücher beeinflusst die Poliergüte. Durch Polieren mit einem weichen Tuch entsteht eine riefenfreie Oberfläche. Dabei runden sich die Kanten mehr oder weniger ab, auch ist mit RiefenbiIdung durch Abtragen weicher nichtmetallischer Einschlüsse zu rechnen. Durch Polieren mit einem härteren Tuch lässt sich die Kantenabrundung und ReliefbiIdung eher vermeiden, man erhält aber keine absolut krat-zerfreie Oberfläche. Poliertücher werden während des Polierprozesses mit destiIIiertem Was-ser oder bei Verwendung von Diamantpasten mit Öl und Petroleum geschmiert. Im polierten Zustand lassen sich unter dem Mikroskop bereits nichtmetallische Einschlüsse, wie Karbide, Sulfide oder Oxyde im Stahl, Graphit im Grauguss, oder Unregelmäßigkeiten, wie Poren, Risse, Lunker u.a., jedoch kein Gefüge erkennen. Bild 2: Schleif- und Poliermaschine

Ätzen

Zu einer Gefügeentwicklung ist Ätzen notwendig. Da der chemische Angriff des Ätzmittels auf die verschieden Gefügebestandteile von deren Orientierung und chemischen Zusam-mensetzung abhängt, wird Reflexionsverhalten der Gefügebestandteile so verändert, dass eine eindeutige Unterscheidung möglich wird. Um ein zu starkes Angreifen des Ätzmittels zu verhindern, wird es z.B. mit Alkohol, Glyzerin oder Glykol verdünnt. Bei Ätzmitteln, welche die Haut angreifen, färben oder verätzen kön-nen, werden die Proben mit Hilfe von Ätzzangen aus beständigem Material, wie nichtrosten-dem Stahl und Nickel, angeätzt. Danach wird die Probe mit Wasser und Alkohol abgespült, in warmer Luft gründlich getrocknet und unter dem Mikroskop betrachtet. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt einen groben Überblick über die gebräuchlichsten Ätzmittel.

Definitionen

Um eine einwandfreie Bestimmung metallischer Gefüge durchführen zu können muss man eine Sprache Sprechen um Missverständnisse zu vermeiden. Durch das falsche Anwenden der entsprechenden Fachbegriffe können die verschiedensten Fehlinterpretationen entstehen. Um alle Missverständnisse zu vermeiden die bei der Interpretation von Begriffen entstehen, werden nachfolgend die Wortbedeutungen der einzelnen Gefügebestandteile und weiterer Bedeutungen, mit Ihren Definitionen, wiedergegeben. Die hier angegebenen Definitionen stammen aus den relevanten internationalen Normen und aus Fachbüchern. Diese Zusammenfassung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Ätzen

Dient zur Sichtbarmachung der verschiedenen Gefügebestandteile mittels eines Ätzmittels. Ätzmittel Säure, Laugen oder deren Gemische zum anätzen von Schliffen. Bildreihe Darstellung bestimmter Merkmale des Werkstoffgefüges in mehr oder weniger regelmäßiger Abstufung in einer Reihe von Bildvorlagen zur einfachen, aber hinreichend genauen Beurteilung des Gefüges, insbesondere bei laufenden Prüfungen (z.B. Bildreihe der Carbidausbildung, der Graphitausbildung, der nichtmetallischen Einschlüsse u.a.: z.B. Stahl-Eisen-Prüfblätter, ISO Normen). Carbidzeilen Ansammlung von Carbiden in Zeilenform vorwiegend in hochkohlenstoffhaltigen Stählen z.B. Schellarbeitsstahl, Kaltarbeitsstahl usw.. CLT DIN EN ISO 15787, CLT = Compound layer thicknes, siehe Verbindungsschicht. Einbetten Einbetten einer metallographischen Probe in Kunststoff oder anderen Einbettmitteln. Einformung Gestaltänderung von Carbidteilchen, z. B. Zementitlamellen, in eine beständigere kugelige Form Einhärtungsschicht durch Abschrecken gehärtete Randschicht eines Werkstückes, deren Dicke im Allgemeinen durch die Einhärtungstiefe festgelegt ist Entkohlung Verringerung des Kohlenstoffgehaltes in der Randschicht eines Werkstückes ANMERKUNG Dies kann ein teilweiser (Abkohlung) oder ein nahezu vollständiger Entzug (Auskohlung) des Kohlenstoffes sein. Beide Entkohlungsarten zusammen werden als „Gesamtentkohlung“ bezeichnet. (Siehe ISO 3887.) Entkohlungstiefe Abstand von der Oberfläche eines Werkstückes bis zu einer die Dicke der entkohlten Schicht kennzeichnenden Grenze ANMERKUNG Diese Grenze ist je nach Art der Entkohlung unterschiedlich und kann durch Verweisung auf einen Gefügezustand, Härtewert oder den Kohlenstoffgehalt des unveränderten Grundwerkstoffes (siehe ISO 3887) oder einen anderen festgelegten Kohlenstoffgehalt gekennzeichnet werden. eutektoidische Umwandlung reversible Umwandlung von Austenit in Perlit (Ferrit und Zementit), die bei einer konstanten Temperatur abläuft feste Lösung Mischkristall homogene, feste, kristalline Phase aus zwei oder mehreren Elementen ANMERKUNG Man unterscheidet den Substitutionsmischkristall, bei dem Gitteratome des Grundelements durch Atome des Lösungsmittels ersetzt sind, und den Einlagerungsmischkristall, bei dem sich Fremdatome auf Zwischengitterplätzen des Grundelementes befinden. Gefügebestandteile Bestandteile der einzelnen vorhandenen Strukturen (Gefüge) wie, Perlit, Martensit, Bainit, Austenit, Restaustenit, Carbiden und anderen Phasen, in verschiedenen Prozentzahlen

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