Metallographische Analyse

Was ist Metallographische Analyse?

Bei der metallografischen Analyse handelt es sich um die mikroskopische Untersuchung einer Probe, nachdem diese geschnitten, montiert, geschliffen und poliert sowie mit einem geeigneten Reagenz geätzt wurde. Bei dieser Untersuchung werden die Wärmebehandlungsgeschichte, die Kornstruktur, die Phasenverteilung und die Defekte des Materials sichtbar.

Zweck von Metallographische Analyse

Der Zweck besteht darin, die strukturelle Ursache für die durch mechanische Tests ermittelten Zahlen zu ermitteln. Unerwartete Härte oder Sprödigkeit lassen sich oft nur durch die Untersuchung der Mikrostruktur erklären.

Bei welchen Produkten wird Metallographische Analyse angewendet?

Teile aus wärmebehandeltem Stahl
Schweißverbindungen
Guss- und Schmiedeteile
Aufgekohlte und nitrierte Oberflächen
Muster zur Fehleranalyse

In welchen Branchen wird Metallographische Analyse eingesetzt?

MetallAutomobilLuft- und RaumfahrtEnergieMaschinenbau

Normen zu Metallographische Analyse

ASTM E3 (Vorbereitung metallografischer Proben)
ASTM E112 (Bestimmung der durchschnittlichen Korngröße)
ISO 643 (ferritische oder austenitische Korngröße in Stählen)
ISO 3887 (Bestimmung der Entkohlungstiefe in Stählen)
ISO 17639 (makroskopische und mikroskopische Untersuchung von Schweißnähten)

Prüfbedingungen für Metallographische Analyse

Kesme: Kühlschneiden, das eine Erwärmung verhindert; Die Struktur sollte sich nicht ändern
Vorbereitung: Backen, schrittweises Schleifen und Polieren
Radierung: Ätzmittel und Zeit passend zum Material
Prüfung: Bei entsprechenden Vergrößerungen im Lichtmikroskop; Bei Bedarf SEM

Prüfgerät für Metallographische Analyse

Gekühlte Schneidemaschine
Montagepresse
Schleif- und Poliermaschine
Ätzeinrichtung und Abzug
Lichtmikroskop und Bildanalysesystem
Mikrohärteprüfer (ergänzend)

Probenanforderungen für Metallographische Analyse

Die Probe muss so entnommen werden, dass sie die Charge bzw. den Produktionslauf repräsentiert.
Die Probenbeschreibung, die Materialart und ggf. die Produktionsrichtung müssen angegeben werden.
Der anzuwendende Standard und etwaige Kundenspezifikationen müssen zusammen mit dem Muster angegeben werden.
Der Test kann destruktiv sein; Die erforderliche Probenanzahl muss vorab bestätigt werden.
Zu prüfende Oberflächen müssen während des Transports geschützt werden.

Dauer von Metallographische Analyse

Die Fertigstellung einer Probe erfolgt in der Regel innerhalb von ein bis zwei Werktagen inklusive Vorbereitung und Untersuchung.

Ablauf von Metallographische Analyse

1Der zu untersuchende Abschnitt wird identifiziert und die Probe unter Kühlung geschnitten.
2Die Probe ist montiert.
3Es wird schrittweise geschliffen und poliert.
4Es wird mit einem geeigneten Reagenz geätzt und gewaschen.
5Es wird unter dem Mikroskop bei unterschiedlichen Vergrößerungen untersucht.
6Gemessen werden Korngröße, Phasenanteil oder Schichttiefe.
7Bilder werden mit Maßstab angegeben.

Annahmekriterien für Metallographische Analyse

Der Methodenstandard definiert, wie der Test durchgeführt wird, nicht wie das Ergebnis aussehen muss. Die Akzeptanzgrenze ergibt sich aus der Material- oder Produktnorm, der Kundenspezifikation oder der einschlägigen Vorschrift; Auf dieser Seite wird daher keine Zahlenbegrenzung angegeben.

Auswertung der Ergebnisse

Die Beurteilung beruht auf dem Vergleich der beobachteten Struktur mit der in der Materialnorm oder -spezifikation definierten Struktur. Größen wie Korngröße und Entkohlungstiefe werden numerisch angegeben; Die Akzeptanzgrenze ergibt sich aus der Produktnorm.

Prüfbericht zu Metallographische Analyse

Probenbeschreibung, Material-/Produktinformationen und ggf. Chargennummer
Probenvorbereitungsmethode und Konditionierungsbedingungen
Es gelten Standard- und Testbedingungen
Verwendetes Instrument und Kalibrierungsstatus
Messergebnisse und Einheiten
Messunsicherheit (falls gewünscht)
Eine Aussage, dass das Ergebnis nur für die zum Test eingereichte Probe gilt

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Metall- und Metallurgieprüfung — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Metallographische Analyse gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Metall- und metallurgische Prüfungen ermitteln, welche Last ein Metall oder eine Schweißverbindung tragen kann, wie es versagt und wie seine innere Struktur aussieht. Das Ergebnis dieser Familie betrifft oft nicht das Produkt selbst, sondern die Identität des WERKSTOFFS: Entspricht der Stahl wirklich der angegebenen Güte, liefert die Schweißnaht die vom Design angenommene Festigkeit, enthält der Guss einen unzulässigen inneren Fehler?

Die praktische Bedeutung des Bereichs ergibt sich daraus, dass ein Metallteil selten allmählich versagt. Ein Kunststoffteil verformt sich, altert, reißt und gibt meist eine Vorwarnung. Eine Schweißnaht oder ein Verbindungselement hingegen bricht oft ohne Vorwarnung — besonders bei Ermüdung und Sprödbruch. Deshalb ist Materialprüfung in Bereichen wie Druckgeräten, Hebezeugen, Baustahl und Rohrleitungen eine Anforderung der VORSCHRIFT und nicht des Designs.

Die Familie vereint drei Methodengruppen, von denen jede eine andere Frage beantwortet. Mechanische Prüfungen quantifizieren das Verhalten des Werkstoffs unter Last. Zerstörungsfreie Prüfung sucht nach Fehlern, ohne das Teil zu beschädigen. Metallografie und chemische Analyse erklären, warum sich der Werkstoff so verhält — über Korngefüge, Phasenverteilung, Einschlussgehalt und Legierungszusammensetzung.

Das Abnahmekriterium dieser Prüfungen stammt fast nie aus der Prüfnorm, und das ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Die Prüfnorm sagt, wie die Messung durchzuführen ist; die zulässigen Werte stammen aus der Produktnorm, der Werkstoffgüte oder dem Fertigungskodex. ISO 6892-1 sagt, wie man einen Zugversuch durchführt; EN 10025 sagt, welche Streckgrenze dieser Stahl liefern muss. Beim Lesen eines Berichts ist entscheidend, gegen welche Produktnorm bewertet wurde.

Die Probenahme ist in diesem Bereich untrennbar mit dem Ergebnis verbunden. Zwei Proben aus derselben Schmelze können je nach Entnahmerichtung und -ort unterschiedliche Werte liefern; bei Walzprodukten liefern Proben parallel und quer zur Walzrichtung unterschiedliche Ergebnisse. Produktnormen regeln daher auch Entnahmeort und -richtung, und der Bericht muss dies dokumentieren.

Methodengruppen in diesem Bereich

Mechanische Tests
Zug-, Druck-, Biege-, Kerbschlag- (Charpy), Härte- (Brinell, Vickers, Rockwell), Ermüdungs-, Kriech- und Bruchzähigkeitsprüfung. Diese liefern das Verhalten des Werkstoffs unter Last in Zahlenform.
Zerstörungsfreie Prüfung
Durchstrahlungsprüfung, Ultraschallprüfung, Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung und Sichtprüfung. Sie sucht Oberflächen- und innere Fehler, ohne das Teil zu beschädigen, und ist ein unverzichtbarer Schritt bei geschweißten Konstruktionen.
Metallografie
Probenvorbereitung, Ätzung und mikroskopische Untersuchung. Beurteilt werden Korngröße, Phasenverteilung, Einschlussgehalt, Einsatzhärtetiefe und die Wärmeeinflusszone der Schweißung.
Chemische Analyse
Die Legierungszusammensetzung wird mittels optischer Emissionsspektrometrie und Nasschemie verifiziert; die Bestätigung der Werkstoffgüte läuft über diesen Schritt.
Korrosionsverhalten
Salzsprühnebel-, Lochfraß- und Spaltkorrosions- sowie interkristalline Korrosionsprüfungen. Bei nichtrostenden Stählen können diese die Qualität der Wärmebehandlung anzeigen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Ein Werkstoffzertifikat (wie EN 10204 3.1) ist kein Prüfbericht; es ist die Erklärung des Herstellers. Bei kritischen Anwendungen wird eine unabhängige Verifizierung durchgeführt, und beides darf nicht verwechselt werden.
ASTM- und ISO-Zugversuche messen dieselben Größen, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt äquivalent, angewendet wird, was die Spezifikation verlangt.
Umrechnungstabellen zwischen Härte und Festigkeit sind NÄHERUNGSWEISE. Die Berechnung der Streckgrenze aus der Härte ist kein ausreichender Nachweis für die Werkstoffabnahme.
Bei der zerstörungsfreien Prüfung bedeutet "kein Fehler gefunden" nicht, dass kein Fehler vorhanden ist; Fehler unterhalb der Nachweisgrenze der Methode können vorhanden sein. Der Bericht muss die angewandte Methode und die Empfindlichkeitsstufe angeben.
Das Bestehen einer Schweißnaht zeigt nicht, dass der Schweißer oder das Verfahren qualifiziert ist; das sind getrennte Prozesse.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Prüfung des Werkstoffzertifikats und Wareneingangsprüfung
Freigabe der Schweißkonstruktion; Schweißer- und Verfahrensqualifikation
Fertigungskontrolle von Druckgeräten und Baukomponenten
Schadensanalyse und Ermittlung der Grundursache von Feldschäden
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Metallographische Analyse

Beeinflusst die Probenvorbereitung das Ergebnis?

Es wirkt sich direkt darauf aus. Ein Schnitt, der die Probe erhitzt, ein zu starker Schleifschritt oder das falsche Ätzmittel können die Struktur verändern oder verbergen. Die Vorbereitung erfolgt daher gemäß der Norm und wird im Bericht angegeben.

Was tun, wenn ein Lichtmikroskop nicht ausreicht?

Für sehr feine Strukturen und Bruchflächen kommt ein Rasterelektronenmikroskop (REM) zum Einsatz; EDS wird daneben verwendet, wenn eine elementare Verteilung erforderlich ist.