Metallografie: Der Blick tief ins Innere

Bei der Analyse der Martensitstruktur, welche z.B. für Schrauben nach DIN EN ISO 898-1 vorgesehen ist, kann nachvollzogen werden, ob beide Umwandlungen im gesamten Bauteil stattgefunden haben. Wenn keine vollständige Austenitisierung stattgefunden hat, ist im Schliff noch ein Teil des ursprünglichen Ferrits erkennbar. Bei einer zu langsamen Abschreckung bilden sich neben Martensit noch andere Phasen. In beiden Fällen ist die Härte des Bauteils reduziert. Ein fehlerhafter C-Pegel in der Atmosphäre des Ofens kann zu einer Veränderung des Kohlenstoffgehalts im Randbereich der Bauteile führen. Ist der C-Pegel zu gering, diffundiert der im Stahl enthaltene Kohlenstoff im Randbereich der Bauteile in die Atmosphäre. Dieser an Kohlenstoff verarmte Bereich wird als entkohlt bezeichnet und weist eine reduzierte Festigkeit und Härte auf. In einem metallografischen Schliff macht sich dies bei einer Ätzung mit verdünnter alkoholischer Salpetersäure durch einen hellen Saum am Bauteilrand bemerkbar. Ein zu hoher C-Pegel wiederum führt zu einer Eindiffusion von zusätzlichem Kohlenstoff aus der Ofenatmosphäre in das Bauteil, einer sogenannten Aufkohlung. Der erhöhte Kohlenstoffgehalt im Randbereich führt zu einer spröden Schicht, welche unter anderem die Dauerfestigkeit negativ beeinflusst. Der entstehende dunkle äußere Bereich kann in einem metallografischen Schliff festgestellt werden.

Es existieren noch eine ganze Reihe weiterer Parameter, welche wir mithilfe der Metallografie bestimmen können. Wir beraten Sie gerne, welche Merkmale bei Ihren Produkten von Relevanz sind.

Das Funktionsprinzip der Metallografie

Um die Gefügestruktur sichtbar zu machen ist eine sorgfältige Probenvorbereitung der Bauteile essenziell. Das Muster wird zunächst an einer geeigneten Position getrennt und in der Regel in Kunststoff eingebettet (d. h. Verbacken mit flüssigem Kunststoff und zu einem „Schliff“ in Standardgröße erstarrt). Das Einbetten erleichtert die weitere Handhabung der Probe.

Durch das Trennen ist die Schnittfläche stark verformt. Um wieder die ursprüngliche Struktur freizulegen, muss die eingebrachte Verformung durch Schleifen und Polieren in mehreren immer feiner werdenden Stufen abgetragen werden. Der letzte Polierschritt erfolgt mit einer Diamantsuspension mit einer Korngröße von 1-3 µm (abhängig von der Anwendung und der Probenhärte).

Die so erzeugte spiegelnde und nahezu unverformte Schnittfläche muss im nächsten Schritt angeätzt werden, um einen Kontrast zwischen den verschiedenen Gefügebestandteilen zu erzeugen. Je nach Material und der zu untersuchenden Eigenschaft kommen dabei verschiedene Säuren und Laugen zum Einsatz.

Die Analyse erfolgt anschließend am Auflichtmikroskop (fallabhängig auch am Rasterelektronenmikroskop). Hier untersuchen unsere Materialwissenschaftler und Werkstoffprüfer z.B. die Kristallstruktur, Korngrößen, Phasenverteilung und Schichtstärken.