Einblick in die Werkstoffprüfung: Fraktografie an einer Zugprobe
7. Dezember 2023
Abb. 1: Aufnahme eines Lunkers von etwa 3x2mm Größe mit 35-facher Vergrößerung.
Ein Beispiel aus der Arbeit unseres Prüflabors und unserer Inspektionsstelle zeigt: Manchmal muss man genauer hinschauen, um das tatsächliche Materialverhalten zu verstehen. Mithilfe der Fraktografie – der Analyse von Bruchflächen – konnte in diesem Fall eine unerwartete Auffälligkeit bei einer Zugprobe aufgeklärt werden.
Auffällige Zugprobe im Zugversuch
Eine B10×50-Rundzugprobe aus Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS-500) fiel im Zugversuch durch eine deutlich reduzierte Bruchdehnung von A = 2% auf. Eine Untersuchung unter dem Stereomikroskop sowie im Rasterelektronenmikroskop (REM) brachte schließlich die Ursache ans Licht: In der Bruchfläche befand sich ein makroskopischer Lunker mit einer Größe von etwa 3×2 mm.
Mikroskopisch lässt sich dieser Lunker durch seine auffallend glatten, rundlichen Oberflächenstrukturen erkennen. Diese entstehen während der freien Erstarrung des zuvor schmelzflüssigen Materials.
Einordnung mithilfe der Fraktografie
Neben der reduzierten Querschnittsfläche führte vor allem die Kerbwirkung des Lunkers dazu, dass ein Teil der Bruchfläche spröde versagte. Dieser Bereich ist an seinen spiegelartigen, scharfkantigen Spaltflächen erkennbar – ein typisches Merkmal eines spröden Bruchs. Der übrige – leider kleinere – Anteil der Bruchfläche zeigt dagegen einen duktilen Gewaltbruch, auch Wabenbruch genannt. Der Name leitet sich von den bienenwabenartigen Strukturen ab, die durch mikroskopische plastische Verformung des Materials entstehen.
Grafitkugeln im Bruchbild
In beiden Bruchanteilen sind zudem deutlich die schwarzen Grafitkugeln erkennbar, die charakteristisch für Gusseisen mit Kugelgrafit sind. Sie beherbergen einen Großteil des hohen Kohlenstoffgehalts dieses Werkstoffs. Bei genauer Betrachtung fällt auf, dass einige dieser Kugeln scheinbar fehlen. Die Erklärung ist jedoch einfach: Diese befinden sich auf der jeweiligen Gegenbruchfläche.
Fazit: Bruchflächen erzählen eine Geschichte
Der Fall zeigt anschaulich, wie fraktografische Untersuchungen wertvolle Hinweise auf das Versagensverhalten eines Werkstoffs liefern können. Selbst relativ kleine Fehlstellen – wie der hier gefundene Lunker – können das Bruchverhalten deutlich beeinflussen.
Durch die Kombination aus mechanischer Prüfung, Mikroskopie und Fraktografie lassen sich solche Ursachen zuverlässig identifizieren und einordnen.
