Allgemeine Bergriffe der Metallographie

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Einleitung

Neben den Definition der Gefügebestandteile gibt es noch ein Vielzahl weitere Fachbegriffe die hier nachfolgend erklärt und definiert werden. Hier werden nicht die einzelnen Definition der Gefügebestandteile angegeben, sondern Begriffe die zur Gefügebeschreibung und zur Probenpräparation eingesetzt werden. Gefügedefinitionen und Gefügebeschreibungen finde Sie hier,zu den Definitionen der Gefügebestandteile.

• Um alle Missverständnisse zu vermeiden die bei der Interpretation von Fachbegriffen entstehen, habe ich mir die Mühe gemacht aus unterschiedlichen Literaturstellen und Normen einen Glossar über die Wortbedeutungen der einzelnen Fachbegriffe der Werkstoffprüfungen, der Wärmebehandlungsverfahren und weiterer Bedeutungen mit Ihren Definitionen, zu erstellen. Die in diesem Glossar angegebenen Definitionen stammen aus den relevanten DIN EN ISO Normen und aus Fachbüchern und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit, werden aber ständig ergänzt.
  • Diesen Glossar können Sie bei mir kostenlos anfordern, unter - info@arnold-horsch.de

Persönliche Anmerkung

• Das falsche wiederholen und anwenden von Fachbegriffen der Metallographie (auch in Fachbüchern) ausserhalb der Gefügedefinitionen und Gefügebeschreibungen macht diese nicht richtiger. Die wesentlichen Standardwerke der Metallographie und der Gefügedefinitionen und Gefügebeschreibungen werden leider kaum noch gelesen bzw. sind den Anwendern offenbar gar nicht bekannt, anders lassen sich manche Gefügebeschreibungen nicht erklären. Lesen kann bekanntlich weiterhelfen, was aber nicht weiter hilft ist das weitergeben falscher Fachbegriffe. Die folgende Literatur sollte gelesen worden sein, wenn Metallograpie und Gefügebeurteilungen durchgeführt werden .

Fachbegriffe der Metallographie

Ätzen

Dient zur Sichtbarmachung der verschiedenen Gefügebestandteile mittels eines Ätzmittels.

Ätzmittel

Säure, Laugen oder deren Gemische zum anätzen von Schliffen.

Baumann oder Schwefelabdruck

Mit Hilfe des Baumann- oder Schwefelabdruckes können Schwefelseigerungen sofort auf photographischem Papier festgehalten werden. Bromsilberpapier wird mit 5%iger Schwefelsäure (bei Tageslicht) getränkt und der Schliff je nach dem S-Gehalt 1 bis 5 Minuten lang aufgedrückt. Das Papier wird normal fixiert und gewässert. Die Schwefelseigerungen erscheinen Schwarzbraun. Dies ermöglicht Vergleiche und Bewertungen der Stahlqualität.

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 Karbidausbildung, der Graphitausbildung, der nichtmetallischen Einschlüsse u.a.. Enthalten in z.B. Stahl-Eisen-Prüfblätter, ISO Normen).

Carbidzeilen

Ansammlung von Carbiden in Zeilenform vorwiegend in hochkohlenstoffhaltigen Stählen z.B. Schellarbeitsstahl, Kaltarbeitsstahl usw., aber auch in Stählen mit weniger C wie 100Cr6.

Dendriten

Das Erstarrungsgefüge eines Gußblockes oder eines Gußstückes bildet sich nach sehr komplexen Gesetzen. Atomar gesehen ist die Erstarrung der Übergang von einem ungeordneten Zustand zu einem geordneten Zustand. Die Erstarrung verläuft in der sogenannten dentritischen Struktur (als Dendriten (von griechisch déndron „Baum“) bezeichnet man in der Metallo- und Kristallographie baum- oder strauchartige Kristallstrukturen), diese können im festen Zustand durch ätzen sichtbar gemacht werden.

Einbetten

Einbetten einer metallographischen Probe in Kunststoff oder anderen Einbettmitteln.

Einformung

Gestaltänderung von Karbidteilchen, 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.

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

intermetallische Verbindung

Verbindung von zwei oder mehreren Metallen mit anderen physikalischen Eigenschaften und anderer Kristallstruktur als die der reinen Metalle oder ihrer festen Lösungen

Korn

Kristallit, Einzelkristall einer vielkristallinen Gestalt (oder Form) ANMERKUNG Die Form eines Ferritkorns kann k-r-z sein.

Korngrenze

Grenzfläche zwischen zwei Körnern mit unterschiedlicher kristallographischer Orientierung

Korngröße

Kenngröße für die Abmessungen eines Korns, wie im metallographischen Schliff sichtbar; siehe ISO 643 oder ASTM E112. ANMERKUNG Die Art des Korns sollte angegeben werden, z. B. austenitisch, ferritisch, usw.. Die Korngröße ist ein Maß für den Raum- insbesondere den Flächeninhalt der als „idealen Körper“ vorgestellten Kristallite innerhalb eines Kristallhaufwerkes. Die „Korngröße“ gibt in der Regel ein Mittel über mehrere Körner an und wird durch Vergleich mit Bildreihen, Linienschnittverfahren und Bildanalytisch ermittelt. Prüfung nach McQuaid-Ehn Prüfverfahren zur Bestimmung der scheinbaren Austenitkorngröße von Einsatzstählen. Die Prüfergebnisse werden als von 1 aufsteigende Kennzahlenreihe dargestellt, für weitere Informationen siehe ISO 643

'=='Makrogefüge==

Gefüge eines Werkstoffes, das mit bloßem Auge oder nur geringer optischer Vergrößerung (Lupe) erkennbar ist.

Materialografie

Materialografie ist ein Kunstwort welches geschaffen wurde um die „metallographischen“ Prüfmethoden, die heute auch bei anderen als metallischen Werkstoffen eingesetzt werden neu zu benennen. Dieser Begriff wird immer öfter bei der Untersuchung von Metallen eingesetzt, dies ist falsch, auch wenn immer mehr Fachleute diesen Begriff verwenden wird es nicht richtiger.

Metallmikroskop

Ein Metallmikroskop hat die Aufgabe, die Beobachtung und Auswertung einer geätzten oder ungeätzten Probenoberfläche zu ermöglichen.

Metallografie

Die Metallographie ist eine metallkundliche Untersuchungsmethode. Sie umfasst die optische Untersuchung einer Metallprobe mit dem Ziel einer qualitativen und quantitativen Beschreibung des Gefüges. Es sind dabei makroskopische, mikroskopische und elektronenmikroskopische Gefügebetrachtungen zu unterscheiden.

Metallographische Präparation

Herstellung einer metallographischen Probe, mit den verschiedenen Präparationsschritten, zur Sichtbarmachung der Gefügebestandteile.

Metallographische Untersuchung

Bei einer metallographischen Untersuchung wird eine Metallprobe Mikroskopisch oder Makroskopisch untersucht. Hierbei wird das Gefüge, zum Gefüge gehören insbesondere die Phasen mit dazwischen befindlichen Phasengrenzen, Seigerungen bzw. Dendriten, die Körner mit dazwischen befindlichen Korngrenzen, Poren, Lunker, Einschlüsse etc., beschrieben.

Mikrogefüge

Gefüge eines Werkstoffes, erst bei Anwendung besonderer optischer (Mikroskop) Hilfsmittel erkennbar ist.

Mischkristall

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.

nadelige Struktur von Gusseisen

graues Gusseisen mit Kugelgraphit. Es unterscheidet sich vom grauen Gusseisen mit Lamellengraphit in seiner chemischen Zusammensetzung lediglich durch die Zugabe von Magnesium (von 0,04 % bis 0,06 %), Cer und seltenen Erden, welche die Bildung des Kugelgraphits beeinflussen. ANMERKUNG Üblicherweise wird Gusseisen mit nadeliger Struktur einer Wärmebehandlung unterzogen, z. B. Austempern, Normalglühen, Abschrecken und Anlassen.

nadelförmiges Gefüge

nadeliges Gefüge, dessen Bestandteile im Schliffbild als Nadeln erscheinen

Orientierung

Orientierung der Schliffebene zur Verformungsrichtung, es wird zwischen Längs-, Quer- und Flachschliff -(oder Aufschliff) unterschieden. Siehe Schlifflage/Schliffrichtung

Netzwerk

Netzwerkartig angeordnete Struktur im Gefüge. z.B. Karbidnetzwerk

Oxidation

Ergebnis einer Reaktion von Sauerstoff mit Eisen und oxidbildenden Legierungselementen in Eisenwerkstoffen. Mit steigenden Temperaturen und Dauer erhöht sich die Dicke der Oxidschicht ANMERKUNG 1 Beim Eisen kommen drei verschiedene Oxide vor: Wüstit (FeO), Magnetit (Fe3O4) und Hämatit (Fe2O3). ANMERKUNG 2 Es ist zu unterscheiden zwischen Oxidation als Ergebnis eines gewünschten Oxidierens, z. B. bei Oxynitrierung, Bläuen oder nach einem Nitrocarburieren, und Oxidation als unerwünschtem Effekt der Aufkohlung in sauerstoffhaltigen Aufkohlungsmitteln, siehe auch „Oxidation innere“.

Oxidation innere

Ausscheidung fein verteilter Oxide in mehr oder weniger großem Abstand von der Oberfläche eines Eisenwerkstoffes infolge von der Randschicht her eindiffundierten Sauerstoffs

Phase

strukturell homogener Bestandteil eines Systems

Polieren

Polieren einer Probe um einen metallographischen Schliff Fertigzustellen, erfolgt in verschiedenen Schritten, je nach Poliermittel bis zu einer Körnung von 0,05µm.

Primärgefüge

Übliche Bezeichnung für das bei der Erstarrung des flüssigen Stahles/Gußes sich aus der Schmelze bildende Kristallgefüges, das u.U. auch nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur vorhanden sein kann.

Primärkorn

Übliche Bezeichnung für das Austenitkorn, im Gegensatz zum Ferrit-Perlit-Korn, dem sogenannten Sekundärkorn.

Riss

Im Allgemeinen wird ein Riss durch Hinweis auf die Bedingungen der Rissbildung gekennzeichnet, z. B. Warmriss, Härteriss. Wärmebehandlungsriss / Härteriss, Riss der in einem Eisenwerkstoff durch unmittelbare oder verzögerte Auswirkungen eines Wärmens oder eines Abkühlens hervorgerufen wird. Schleiffriss, Riss der während des Schleifprozesses entsteht

Schleifen

Schleifen einer Probe um einen metallographischen Schliff herzustellen, erfolgt in verschiedenen Schritten oftmals mit Siliciumcarbidpapier bis zu einer Körnung von FEPA 1200 (4000), oder mit Diamantscheiben.

Schliff

Bezeichnung für eine Werkstoffprobe, die für eine Gefügeuntersuchung an einer Fläche geschliffen, poliert und meist geätzt ist.

Schlifflage/Schliffrichtung

|Lage des Schliffes in einem Bauteil, bezogen auf die Vorformungsrichtung beim Umformen. Es wird unterschieden zwischen:

• Längsschliff
• Querschliff
• Flachschliff

Abhängig von der Schlifflage zur Verformungsrichtung können metallographische Strukturen vollkommen anders aussehen und wenn zwei Betrachter, dann dasselbe Material betrachten sehen sie beide was anderes. Die Schlifflage muss bei der Gefügeauswertung immer angegeben werden. Ist die Orientierung der Verformungsrichtung nicht bekannt muß dies im Prüfbericht zu vermerkt werden.

Im gezeigten Beispiel ist gut erkennbar, dass bei den unterschiedlichen Schlifflagen zur Verformungsrichtung, sowohl der Gesamteindruck des Gefüges als auch die Korngröße anders erscheint. |}

Segregation

|Ungleichmäßige Konzentration von Kohlenstoffteilchen, Schwefelteilchen oder anderen Bestandteilen in Stahlprodukten infolge langsamer Verfestigung. ANMERKUNG Durch Diffusionsglühen kann die Segregation vermindert werden. Das Problem tritt in der modernen Stahlherstellung und beim Stranggussverfahren weitgehend nicht mehr auf. |}

Sekundärgefüge

Übliche Bezeichnung für das nach Umwandlung des Austenits im festen Zustand gebildete Gefüge.

Sekundärkorn

Übliche Bezeichnung für das nach der Umwandlung des Austenits vorhandene Korn, z.B. Ferrit-Perlit-Korn.

Trennen

Heraustrennen von metallographischen Proben aus eine Werkstück oder Bauteil. Erfolgt mit verschiedenen Methoden wie Sägen, Trennen usw..

Überlappung - Überwalzung

Oberflächenfehler der beim Walzen oder Schmieden entsteht wenn Material übereinander geschoben wird.

Verbrennung

Irreversible Änderung des Gefüges und der Eigenschaften durch beginnendes Aufschmelzen an den Korngrenzen

Versetzung

kristallographischer Fehler oder Unregelmäßigkeit innerhalb eines kristallinen Gefüges. Es sind zwei grundlegende Arten zu unterschieden: Stufenversetzungen und Schraubenversetzungen. ANMERKUNG Kaltumformen erhöht den Anteil an Versetzungen und bewirkt eine höhere Festigkeit.

voreutektoidische Ausscheidung

Bestandteil, der sich beim Austenitzerfall vor der eutektoidischen Umwandlung bildet ANMERKUNG 1 Bei untereutektoidischen Stählen ist die voreutektoidische Ausscheidung Ferrit, bei übereutektoidischen Stählen ist die voreutektoidische Ausscheidung ein Carbid. ANMERKUNG 2 Die Phasen eines Eisenwerkstoffes sind z. B. Ferrit, Austenit, Zementit, usw.

Widmannstätten-Struktur

Das Widmanstätten-Gefüge, benannt nach dem österreichischen Naturwissenschaftler Alois von Beckh-Widmanstätten (1754–1849). Das eigentliche Widmannstättensche Gefüge entsteht bei Stählen mit C-Gehalten bis ca. 0,4 %. Dabei tritt bei gröberem Austenitkorn diese Gefügeanomalie schon bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten und bei kleineren Abkühlgeschwindigkeiten auf.. Die Gefügeausbildung in "Widmannstättensche Anordnung" kommt sowohl bei untereutektoiden als auch bei übereutektoiden Stählen vor. Bei grobem Austenitkorn (dadurch zu lange Diffusionswege) und schneller Abkühlung von hoher Austenitisierungstemperatur (dadurch zu geringe Diffusionszeit) erfolgt die Ausscheidung voreutektoider Segregate, wie Ferrit oder Sekundärzementit, auch als nadelförmiger (spießiger) Gefügebestandteil innerhalb der Austenitkörner. Durch diese Gefügeanordnung liegt dann entweder der Ferrit oder der Zementit in der typischen spießigen Form vor. Bei Kohlenstoffgehalten in der Nähe des Eutektoids kommt diese Gefügeanomalie nicht vor, oder ist hier, aufgrund zu weniger voreutektoider Ausscheidungen, zumindest nicht zu erkennen. Bei untereutektoiden Stählen ist das Widmannstättensche Gefüge dem Zwischenstufengefüge (Bainit) im Aussehen und im Entstehungsmechanismus sehr ähnlich. Oft liegt es auch parallel vor und ist manchmal nicht von Zwischenstufe zu unterscheiden. ANMERKUNG Bei untereutektoidischen Stählen erscheinen im metallographischen Schliff Ferritnadeln in einer perlitischen Matrix. Bei übereutektoidischen Stählen bestehen die Nadeln aus Zementit.

Zeilengefüge / Zeiligkeit

Zeilenstruktur parallel zur Umformrichtung verlaufende Zeilen, die im Schliffbild sichtbar werden und die im Laufe des Umformens eingetretene Streckung der Bereiche unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung wiedergeben.

Einzelnachweise

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