Vom Schliff zum Gefüge: Was ist eigentlich Metallographie?
19. Oktober 2023
Trennmaschine für die Probenbearbeitung
Sowohl in den Dienstleistungen unseres akkreditierten Prüflabors als auch in unseren Weiterbildungen spielt die Metallographie eine zentrale Rolle. Doch was versteckt sich hinter dem Begriff?
Metallographie im Überblick
Die Metallographie ist ein Teilgebiet der Werkstoffprüfung und Werkstoffwissenschaft, der sich mit der Untersuchung der inneren Struktur von Metallen und Legierungen, beschäftigt. Werden nicht-metallische Werkstoffe untersucht, spricht man häufig auch von Materialographie. Ziel der metallographischen Untersuchung ist es, die Mikrostruktur eines Werkstoffs sichtbar und analysierbar zu machen.
Auf dieser Grundlage lassen sich beispielsweise Aussagen treffen über:
- mechanische Eigenschaften
- Korrosionsbeständigkeit
- Auswirkungen von Herstellungsprozessen
- Effekte von Wärmebehandlungen
Aufgaben der Metallographie
- Analyse des inneren Aufbaus: Die Metallographie ermöglicht die Untersuchung des inneren Gefüges und gewissermaßen auch der „Lebensgeschichte“ eines Werkstoffs. Dabei können beispielsweise Phasen, Körner oder Einschlüsse identifiziert werden.
- Bestimmung der Korngröße: Die Korngröße beeinflusst die mechanischen Eigenschaften eines Materials erheblich – etwa die Streckgrenze oder Festigkeit. Entsprechend wichtig sind diese Informationen beispielsweise für Konstrukteurinnen und Konstrukteure.
- Ermittlung von Phasenanteilen: Viele erinnern sich aus Ausbildung oder Studium an das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm – manche mit Freude, andere vielleicht mit weniger Begeisterung. In der Praxis ist das Verständnis der Phasenverteilung in einem Werkstoff jedoch entscheidend für zahlreiche Anwendungen.
- Bewertung von Einschlüssen: Metallographische Untersuchungen ermöglichen außerdem die Identifizierung und Bewertung von Einschlüssen oder Verunreinigungen, die die Qualität und Leistungsfähigkeit eines Werkstoffs beeinträchtigen können.
Probenvorbereitung
Da Oberflächen können uneben, verunreinigt oder für mikroskopische Untersuchungen ungeeignet sein, sind Werkstoffproben in der Regel nicht unmittelbar analysierbar. Daher beginnt jede metallographische Untersuchung mit einer sorgfältigen Probenpräparation.
Ist das Bauteil für die Untersuchung zu groß, wird zunächst ein repräsentativer Probenabschnitt abgetrennt. Dieser wird anschließend entgratet, gereinigt und getrocknet.
Ist die Probe sehr klein oder schwer handhabbar, wird sie eingebettet. Dabei wird die Probe beispielsweise in Epoxidharz oder Acrylat eingebettet, wodurch sie stabilisiert und für die weitere Bearbeitung besser handhabbar wird.
Schleifen und Polieren
Nach der ersten Bearbeitung besitzt die Probe zwar die richtige Größe für die Untersuchung am Mikroskop, die Oberfläche ist jedoch noch nicht geeignet für eine Analyse. Es folgen daher mehrere Schleifschritte mit zunehmend feiner Körnung. Dadurch werden Unebenheiten entfernt und die Oberfläche plan ausgerichtet. Anschließend wird die Probe mit Diamantsuspension poliert und regelmäßig zwischengereinigt. Am Ende dieses Prozesses entsteht eine spiegelglatte, ebene und saubere Oberfläche, die für mikroskopische Untersuchungen geeignet ist.
Erste Untersuchungen im Lichtmikroskop
Nach der Präparation kann die Probe erstmals im Lichtmikroskop untersucht werden. Bereits in diesem Stadium lassen sich zahlreiche Merkmale erkennen, beispielsweise bestimmte Schichten oder Beschichtungen, Einschlüsse, Lunker und Poren sowie makroskopische Merkmale von Schweißnähten. Durch unterschiedliche Objektive und Vergrößerungen können erste Aussagen über die Materialstruktur getroffen werden. Für weitergehende Gefügeanalysen reflektiert die polierte Oberfläche jedoch häufig noch zu stark. Daher folgt meist ein weiterer wichtiger Arbeitsschritt.
Ätzen – das Gefüge sichtbar machen
Das Gefüge eines Werkstoffs wird oft erst durch ein gezieltes Anätzen der Oberfläche sichtbar. Hierbei werden Säuren oder Laugen eingesetzt, die die verschiedenen Gefügebestandteile unterschiedlich stark angreifen. Dadurch entsteht eine mikroskopische Oberflächentopographie, die ein verändertes Reflexionsverhalten im Mikroskop erzeugt. Erst durch diesen Effekt lassen sich Gefügebestandteile klar voneinander unterscheiden und auswerten.
Fazit Metallographie
Metallographische Untersuchungen sind ein unverzichtbarer Bestandteil moderner Werkstoffprüfung – sowohl in der industriellen Qualitätssicherung als auch in der Forschung und Schadensanalyse. So lassen sich sowohl praktische Fähigkeiten als auch fundiertes Hintergrundwissen rund um die metallographische Analyse gezielt vertiefen.
W.S. Werkstoff Service – Kompetenz in Metallographie
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