DIN EN ISO 643, ASTM E 112, DIN EN 10247, EN ISO 17639, DIN 50602
Was ist Metallographie?
Die Metallographie macht das innere Gefüge eines Werkstoffs sichtbar. Sie ist zerstörend — die Probe wird entnommen, mechanisch und chemisch präpariert und dann unter dem Mikroskop ausgewertet. Sie ist das wichtigste analytische Werkzeug zur Beurteilung von:
- Wärmebehandlungszuständen (gehärtet, angelassen, geglüht)
- Schweißnahtqualität (Bindefehler, Gefügeumwandlungen im WEZ)
- Schadensursachen (Risse, Einschlüsse, Korrosion, Überhitzung)
- Legierungszusammensetzung (qualitativ)
- Korngrößenbestimmung nach ASTM E 112 / DIN EN ISO 643
Probenentnahme und Trennung
Die Probe muss repräsentativ für den zu prüfenden Bereich sein. Trennverfahren:
- Trennschleifen (nass): häufigste Methode, Kühlmittel verhindert Wärmeeinbringung
- Drahterodieren (EDM): für härteste Werkstoffe ohne Wärmeeintrag
- Sägen: für weiche Metalle (Aluminium, Kupfer)
Regel: Keine Wärme erzeugen — Überhitzung verändert das Gefüge und verfälscht das Ergebnis.
Einbetten
Kleine Proben werden in Kunststoff eingebettet für einfacheres Handling:
- Warmeinbettung (Phenol-/Epoxidharz): unter Druck und Wärme gepresst — ca. 150 °C, 15–20 kN
- Kalteinbettung (Acrylharz): ohne Presse, polymerisiert bei Raumtemperatur — für temperaturempfindliche Proben
Schleifen und Polieren
Die eingebettete Probe wird schrittweise bis zur Spiegeloberfläche gebracht:
- Planschleifen: Körnung 180–320 — Trennschaden abtragen
- Feinschleifen: Körnung 500–1200 — Kratzer reduzieren
- Polieren: 3 μm Diamantsuspension → 1 μm → 0,05 μm Al₂O₃ (OP-S) — spiegelblank
Jede Stufe muss die Kratzer der vorherigen vollständig entfernen. Polierrichtung je Stufe um 90° drehen.
Ätzen
Chemische Ätzmittel greifen Korngrenzen und Gefügebestandteile unterschiedlich stark an und machen das Gefüge unter dem Mikroskop sichtbar:
| Ätzmittel | Werkstoff | Gefüge sichtbar |
|---|---|---|
| Nital (2–5 % HNO₃ in Ethanol) | Stahl, Gusseisen | Martensit, Perlit, Ferrit, Karbide, Korngrenzen |
| Pikrinsäure (Pikral) | Stahl | Korngrenzen (besser als Nital) |
| Keller-Ätzmittel | Aluminium | Korngrenzen, Ausscheidungen |
| V2A-Beize | Austenitischer Stahl | Korngrenzen, Sigma-Phase |
| Murakami | Hartmetall, Werkzeugstahl | Karbide |
Mikroskopie und Auswertung
Auflichtmikroskopie (Hellfeldbeleuchtung ist Standard) bei Vergrößerungen 50×–1000×:
- Korngrößenbestimmung: Linienschnittverfahren oder Vergleich mit Normbildern (ASTM E 112, EN ISO 643)
- Gefügebestandteile identifizieren: Ferrit (hell), Perlit (lamellar), Martensit (nadelförmig), Bainit, Zementit
- Fehler bewerten: Einschlüsse (nach EN 10247), Seigerungen, Risse, Poren
- Härtegefüge nach Wärmebehandlung: Randhärtungstiefe, Einsatzhärtungstiefe (CHD)
Rasterelektronenmikroskopie (REM)
Für höhere Auflösung und Tiefenschärfe (keine Einbettung nötig, aber Leitfähigkeit erforderlich):
- Bruchflächenanalyse (Fraktographie): Versprödung vs. Duktilbruch
- EDX-Analyse: Elementzusammensetzung von Phasen und Einschlüssen
Normen
- DIN EN ISO 643: Mikrophotographische Bestimmung der Ferritkorngrößen
- ASTM E 112: Korngrößenbestimmung (US-Standard)
- DIN EN 10247: Gefügebewertung nichtmetallischer Einschlüsse
- DIN 50602: Einschlussrating (zurückgezogen, aber noch referenziert)
- EN ISO 17639: Zerstörende Prüfung von Schweißnähten — Makro- und Mikroschliff
Anwendungsgebiete
Schweißnahtqualität und WEZ-Beurteilung, Wärmebehandlungskontrolle (Härtungstiefe, Gefügezustand), Schadensanalyse (Ursachenforschung bei Bauteilversagen), Rohmaterialeingangskontrolle (Einschlüsse, Seigerungen), Korngrößenbestimmung für Eigenschaftsvorhersage
✓ Vorteile
- Direkte Sichtbarkeit des Gefügezustands
- Gleichzeitige Beurteilung mehrerer Werkstoffeigenschaften
- Unverzichtbar zur Schadensanalyse und Qualitätssicherung
- Hohe Bildwirkung — Befunde eindeutig dokumentierbar
- Kombinierbar mit Härtemessung am Schliff
✗ Nachteile
- Zerstörend — Probenentnahme erforderlich
- Zeitaufwändig (Schliffpräparation 30–120 Minuten)
- Repräsentativität abhängig von Probenentnahmeort
- Ätzchemikalien (HNO₃, Pikrinsäure) erfordern Arbeitsschutz
- Hohe Qualifikationsanforderungen an den Auswerter