Metallographie
Die Metallographie ist die qualitative und quantitative Beschreibung des Gefüges metallischer Werkstoffe mit Hilfe mikroskopischer Verfahren. Für die metallographischen Untersuchungen werden von den zu untersuchenden Bauteilen Schliffe hergestellt und diese anschließend geätzt. An diesen Schliffbildern werden in unserem Labor mittels Lichtmikroskopie (LiMi) oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) die Gefügestrukturen untersucht. Anhand des Gefüges wird die Qualität beurteilt und auf Auffälligkeiten untersucht. Darüber hinaus werden Schichtdickenmessungen an Schliffbildern entweder lichtmikroskopisch oder mittels Materialkontrast (BSE) am REM durchgeführt.
Als Steinbeis-Transferzentrum für wir metallographische Untersuchungen incl. der Erstellung von Schliffbildern als Dienstleistung durch.
Unsere Leistungen
- Anfertigung von Schliffbildern
- Materialanalysen
- Härteprüfungen
- Gefügeuntersuchungen
- Korngrößenbestimmung Linienschnittverfahren (ISO 643)
- Graphitklassifizierung Gusseisen (ISO 645)
- Einhärtetiefe Eht (ISO 2639), Rht (ISO 18203), Nht (DIN 50190-3)
- Entkohlungstiefe (ISO 3887)
- Korrosionsschäden
- Härteverlaufsmessung
- Karbidausbildung in Stählen (SEP 1520)
- Bestimmung nichtmetallischer Einschlüsse (EN 10247, ISO 4917)
- Schichtdickenbestimmung im Querschliff (ISO 2808, ISO 1463)
- Schleifbrandprüfung mittels Nitalätzung (ISO 14104)
- Verbindungsschichten und Porösität von Nitrierschichten
Durch entsprechende Trenn- und Präparationsverfahren ist es möglich die zu untersuchenden Bauteilabschnitte herauszupräparieren:
- Präzisionstrennschleifer
- Kalt- und Warmeinbettverfahren
- Schleif- und Polierverfahren
- Ätzen mit Säuren, Laugen und Basen
- Erzeugung metallischer Schutzschichten
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für metallographische Untersuchungen.
Gefügeanalyse
Die Legierungselemente, die Wärmebehandlung und die Bearbeitung eines Bauteils beeinflussen die Eigenschaften und die Güte von Metallen. Diese haben Einfluss auf Aufbau, Größe und Orientierung der Körner, also den kristallinen Einzelbereichen des Gefüges. Bei der Erstarrung der Werkstoffe wachsen diese Körner aus der Schmelze und interagieren miteinander. Mittels moderner Lichtmikroskopie werden die Gefügeanalysen an geätzten Schliffproben durchgeführt und diese bei Vergößerungen von 50 – 1000x untersucht.
Gefügeanalyse
Korngrößenbestimmung
Das am häufigsten eingesetzte Verfahren zur Korngrößenbestimmung ist das Linienschnittverfahren. Bei dieser werden über die lichtmikroskopische Aufnahme des präparierten Schliffes einer Probe Linien mit definierter Strecke aufgetragen. Schneidet dann eine Linie eine Korngrenze so wird diese Stelle markiert. Daraus ergibt sich eine bestimmt Anzahl der Schnitte die auf die Länge der Linie bezogen wird. Diese ermöglicht es die Anzahl der Körner (Kristalle) im Gefüge zu bestimmen Dabei wird der das Verhältnis der Schnittsehnenlänge durch eine Gefügebestandteil zur Länge der Linie bestimmt. Des Weiteren wir die Anzahl der Punkt der geschnittenen Korngrenzen auf die Länge der Messlinie ermittelt. Wenn nichts anderes vereinbart wurde, dann muss die Schlifffläche in Längsrichtung der Probe liegen, d.h. parallel zur Hauptverformungsachse bearbeiteter Bauteile. Die Bestimmung der Korngröße in einem Querschliff würde bei nicht gleichachsigen Körnern einen Messfehler verursachen.
Härteverlaufsmessungen
Die Härteverlaufsmessung erfolgt indem eine Reihe von Härteeindrücken von Rand in Richtung Probenmitte gesetzt werden, an denen mit kleinen Prüfkräften die Härten bestimmt werden. Dies wird je nach Größenordnung der Prüfkräfte mit der Mikrohärteprüfung oder der Nanoindentierung durchgeführt. Aus diesem so ermittelten Härteverlauf wird der Abstand von der Oberfläche zur Grenzhärte (GH) berechnet. Ähnlich wird auch dazu vorgegangen, um an Schweißnähten die Härteverteilung zu bestimmen. Lichtbogenschweißverbindungen werden nach ISO 9015 geprüft und die mit Laser- und Elektronenstrahlen hergestellte Schweißverbindungen nach ISO 22826.
Härteverlaufsmessungen
Härtemapping
Mit dem sogenannten Härtemapping kann die flächenhafte Verteilung von Werkstoffeigenschaften (Härte, E-Modul uvm.) bestimmt werden. Dabei werden die Prüfpunkte matrixartig über die zu untersuchende Fläche verteilt. So lässt sich zum Beispiel die Verteilung der einzelne Phasen im Gefüge bestimmen.
Härtemapping
Schichtdickenmessung
Für die lichtmikroskopische Schichtdickenmessung im Querschliff wird die Probe mit einem Präzisionsschleifer an der zu messenden Stelle mit minimalster Wärmeentstehung ganz präzise getrennt. Anschließend wird die Querschnittsfläche geschliffen und je nach Schichtdicke auch noch poliert. Je nach Schichtdicke und Werkstoff wird die Probe zuvor in eine Einbettmasse eingebettet, um ein Ausbrüche an der Beschichtung durchs Schleifen zu verhindern.
An der geschliffenen Querschnittsfläche kann die Schichtdicke von Einzelschichten und ggfs. auch von Mehrschichtsystemen bestimmt werden. Die Messung ist weitgehend unabhängig von der Zusammensetzung der Schicht und des Grundwerkstoffes.
Schichtdickenmessung
Lichtmikroskopie
Das Prinzip der Lichtmikroskopie besteht darin, dass ein räumlicher Bildausdruck erzeugt wird. Ein Mikroskop ist ein optisches Vergrößerungsgerät für das Betrachten von Objekten. Der Betrachter sieht durch das Okular ein vergrößertes, virtuelles Abbild des reellen Bildes. Das Lichtmikroskop besitzt zwei Tuben mit jeweils einem Okular, d.h. für jedes Auge wird ein getrennter Strahlengang bereitgestellt. Die optische Vergrößerung wird durch ein Hintereinanderschalten von Linsen erzeugt.
Mit Lichtmikroskopen werden mikroskopische Bildaufnahmen von Bauteiloberflächen angefertigt und kleine Strukturen von Oberflächen untersucht. Durch die Möglichkeit der Bildzusammensetzung (Stitching) können auch größere Bereiche erfasst werden. Mit einem Digitalmikroskop können sogar dreidimensionale Bilder gemach werden. Die mit einem Lichtmikroskop angefertigten Aufnahmen können anschließend mit entsprechender Software ausgewertet werden. Dies ermöglich die Bestimmung der Größen von Strukturen und Flächen. Die Messfunktionen werden auch für die Partikelanalysen im Rahmen von Restschmutzanalysen verwendet.
Rasterelektronenmikroskopie
(REM, EDX, RFA, XRF, EBSD)
Bei der Rasterelektronenmikroskopie (REM Analyse) wird die Mikrostruktur einer Oberflächen mit Hilfe eines Elektronenstrahls sehr fein untersucht. Dazu wird ein Primärelektronenstrahl mit Hilfe einer Elektronenkathode zur Beschleunigung zur Anode hin erzeugt. Anschließend wird dieser Elektronenstrahl durch elektromagnetische Linsen auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes fokussiert. Der fein gebündelte Elektronenstrahl wird zeilenförmig über das darzustellende Objekt geführt und die hierbei stattfindende Wechselwirkung der Elektronen mit der Oberfläche analysiert. Der auf die Probe treffende Primärelektronenstrahl löst in der Oberfläche eine Vielzahl von Reaktionen aus. Der Sekundärelektronenkontrast (SE) bildet die Oberflächentopografie ab und dies mit einer sehr hohen Auflösung. Der SE Detektor registriert die Sekundärelektronen und somit die Information über die Oberflächentopografie. Des Weiteren entstehen durch elastische Wechselwirkungen reflektierte Elektronen, der sogenannte Rückstreukontrast (BSE). Dieser wird auch Materialkontrast genannt. Die Signalintensität ist dabei von der Ordnungszahl der Elemente abhängig. Schwere Elemente (Elemente mit hoher Ordnungszahl) führen zu einer stärkeren Rückstreuung und erscheinen hell.
Die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, XRF) am Rasterelektronenmikroskop dienen dazu die chemischen Elemente für Materialanalysen zu bestimmen. Dazu werden die Konzentrationen der chemischen Elemente an diskreten Stellen oder über eine Fläche ermittelt. Die se Analyse beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird. Die Energiedifferenz wird in Form eines Röntgenquants frei. Mit dem Röntgenstrahldetektor können diese Energien bestimmt werden, wobei deren Intensität charakteristisch für die in der Probe vorkommenden Elemente ist.
Die Kristallstruktur- und Mikrotextur-Analyse (EBSD) ermöglicht ein ortsaufgelöstes Mapping der Kristallstruktur und der Mikrotextur, sowie die Analyse von Materialverspannungen (Orientierungsmikroskopie).