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Metallographie

Metallographie oder auch Gefügelehre untersucht die Mikrostruktur von Metallen zur Beurteilung derer Gefüge.

Was ist METALLOGRAPHIE

Die Metallographie, auch bekannt als Gefügelehre, ist eine essenzielle Wissenschaft in der Metallkunde, die sich mit der detaillierten Untersuchung und Analyse der Mikrostruktur metallischer Werkstoffe beschäftigt. Diese spezialisierte Disziplin spielt eine zentrale Rolle in der Qualitätssicherung bei der Herstellung und Verarbeitung von Metallen. Durch den Einsatz mikroskopischer Techniken ermöglicht die Metallographie die Beurteilung metallischer Gefüge, sowohl in qualitativer als auch quantitativer Hinsicht.

Unsere Experten, ausgebildete Metallographen, besitzen ein tiefgehendes Verständnis der Werkstoffkunde (Korrosionsverhalten, physikalische und mechanische Eigenschaften, Werkstoffprüfung, etc.) sowie der Eigenschaften und Verarbeitung von Metallen und verfügen über die notwendige Erfahrung, um metallische Proben akkurat vorzubereiten und zu analysieren. Diese Erfahrung ist unerlässlich, um Fehleinschätzungen in der Gefügebeurteilung zu vermeiden und somit höchste Qualitätsstandards zu gewährleisten. Wir verstehen die Bedeutung der Metallographie nicht nur als ein Instrument der Qualitätskontrolle, sondern auch als einen Weg, um sicherzustellen, dass Produkte unserer Kunden sowohl den gesetzlichen Anforderungen entsprechen als auch in ihrer Qualität überzeugen.

Kernziele der Metallographie

Analyse der Mikrostruktur: Die Metallographie bietet Einblicke in die innere Struktur und die «Geschichte» der Metalle. Dies umfasst die Identifikation verschiedener intermetallischer Phasen, Kornstrukturen und Einschlüsse, die für das Verständnis der Metallbeschaffenheit und Eigenschaften entscheidend sind.
Korngrößenbestimmung: Ein wesentliches Merkmal, das die mechanischen Eigenschaften eines Metalls, wie beispielsweise die Dehnbarkeit, beeinflusst, ist die Korngröße. Diese Information ist besonders für Konstrukteure von großer Bedeutung, um die Materialauswahl und -verwendung zu optimieren.
Phasenzusammensetzung: Viele erinnern sich vielleicht noch an das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm aus ihrer Ausbildung. Die Kenntnis über die Phasenzusammensetzung eines Metalls ist für zahlreiche Anwendungen essenziell.
Bewertung von Einschlüssen: Ein weiterer wichtiger Aspekt der Metallographie ist die Erkennung und Abschätzung von Einschlüssen oder Verunreinigungen. Diese können die Qualität und Funktionalität eines Werkstoffs erheblich beeinträchtigen.

Korngrössenbestimmung ISO/IEC 17025 akkreditiert und nach Norm

Unsere erfahrenen Metallographen führen regelmässig akkreditierte Kongrössenbestimmungen nach DIN EN ISO 643 oder ASTM E 112 - 13 durch und sind in der Lage den Kunden bei der Interpretation der Ergebnisse zu unterstützen.

makroskopische Untersuchungen

Häufig beginnen unsere Analysen mit einer makroskopischen Untersuchung. Wir betrachten und analysieren äußere und größere Struktureigenschaften, die mit bloßem Auge oder unter geringer Vergrößerung (ca. 50x) sichtbar sind. Das dient zur Identifizierung von Oberflächenfehlern, Rissen, Korrosion, sowie zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit und Qualität von zum Beispiel Schweißnähten oder anderen Verbindungen. Dies gibt einen ersten Überblick über mögliche Materialfehler oder Bearbeitungsmängel.

fraktografische Analysen also Bruchanalyse / Rissuntersuchung (Gewaltbruch, Dauerbruch, Sprödbruch, Wasserstoffversprödung)
Schweißnahtuntersuchung im Schliff
…

mIkroskopische Untersuchungen

Unsere Analysen schließen oft eine mikroskopische Untersuchung ein. Hierbei fokussieren wir auf die detaillierte Betrachtung der Mikrostrukturen, die nur unter hoher Vergrößerung mittels Mikroskopen sichtbar sind. Sichtbar werden hier Einschlüsse, Kristalle, Körner, Korngrenzen (z.B. Ferrit, Perlit). Diese Untersuchung ermöglicht es uns, die innere Beschaffenheit der Materialien, wie Korngrößen, Phasenverteilung und Mikrorisse, genau zu analysieren. Dadurch können wir tiefergehende Einblicke in die Materialeigenschaften und deren Einfluss auf die Gesamtperformance, wie Festigkeit und Haltbarkeit, gewinnen. Diese detaillierte Analyse ist entscheidend für das Verständnis und die Lösung komplexer Materialprobleme.

Gefügeuntersuchung im Mikroschliff
- Wärmebehandlungszustand
- Korngrößenbestimmung
- Porositätsbestimmung
- Primär Silizium-Kristall-Auswertung
- Randentkohlung

mögliche Prüfungen

mögliche Prüfungen beispielhaft aufgeführt:

Mikrophotographische Bestimmung der erkennbaren Korngröße von Stahl nach DIN EN ISO 643 bzw. ASTM E112 – 13
Mikrostruktur von Gusseisen
Elektronen- und Laserstrahl-Schweißverbindungen
Schmelzschweißverbindungen an Stahl, Nickel, Titan und deren Legierungen
Lichtbogenschweißverbindungen an Aluminium und seinen Legierungen – Bewertungsgruppen von Unregelmäßigkeiten
Standard Spezifikationen von Nickel-Kobald-Stählen

Unsicher ob man mit Metallographie Ihr Problem lösen kann?

Unsere Experten beraten Sie unverbindlich und mit breitem Überblick. Teilen Sie Ihr Anliegen mit uns physikalisch@suisse-tp.ch oder +41 52 551 11 88

Rufen Sie uns an

Methoden zur Unterstützung der Metallographie

Computer Tomographie – CT

ISO/IEC 17025

Funken-OES

ISO/IEC 17025

Härteprüfung

Oberflächentopographie

Rasterelektronenmikroskop – REM

Stereomakroskopie

Unsere Schwerpunkte in der Metallographie

Entscheidend für die Qualität einer komplexen metallographischen Analyse ist es Materialeigenschaften zu verstehen, Versagensverhalten zu interpretieren und Zusammenhänge zu erkennen. Das gelingt unseren Metallographen und Materialwissenschaftlern durch langjährige Erfahrung in der Metallindustrie. Einerseits durch die Zugehörigkeit zum ehemaligen Forschungszentrum eines Aluminiumherstellers, aber auch durch zahlreiche Industriekunden aus der MEM Industrie.

fraktograPHIsche Analysen von Bruchflächen

Die Durchführung fraktografischer Analysen von Bruchflächen ist ein essenzieller Bereich in der Metallographie, der sich auf die Untersuchung von Bruchmechanismen und -mustern in metallischen Werkstoffen konzentriert. Unsere erfahrenen Experten können Ursachen von Materialversagen wie Ermüdungsbrüche, Überlastbrüche oder korrosionsbedingte Brüche ermitteln. Fraktografische Untersuchungen bieten tiefgehende Einblicke in die Bruchmorphologie, wodurch Rückschlüsse auf die Belastungsgeschichte und eventuelle Materialfehler gezogen werden können. Diese Analysen sind entscheidend für die Verbesserung der Materialqualität und die Prävention zukünftiger Ausfälle in kritischen Anwendungsbereichen.

Begutachtung der Morphologie technischer Oberflächen

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Gefüge-Beurteilung

Ablauf einer Metallographischen Untersuchung

makroskopisch

mikroskopisch

Vor einer mikroskopischen Untersuchung müssen die Proben in aller Regel präpariert werden. Dazu gehören vor allem folgende Schritte

Probenvorbereitung

Einbetten

Schleifen

Polieren

Ätzen

Wofür nutzt Metallografie?

Allgemeine Metallographische Analysen
Untersuchung des inneren Aufbaus, Korngrößen, Phasenanteile, Einschlussbewertung.
Spezifische Untersuchungsmethoden
Gefügeuntersuchung, Wärmebehandlungszustand, Korngrößen- und Porositätsbestimmung, Randentkohlung.
Oberflächen- und Schweißnahtanalysen
Morphologie, Härteprüfungen, Feststellung von Oberflächenveränderungen, fraktografische Analysen, Bruch- und Rissuntersuchungen.
Normen und spezielle Prüfverfahren
Diverse standardisierte Verfahren für Metallanalysen und Schweißnahtprüfungen, einschließlich spezifischer Normen wie VW 50093 und 6093, DIN EN ISO 643, 945-1, 13919 – Teil 1, 5817, 10042, ASTM F15 – 04, E112 – 13, 14104, 5832 – Teil 3

Für folgende Werkstoffe besteht bei Suisse TP langjähriges Material-Know-how:

Stähle: Baustähle, Baustähle zur Wärmebehandlung bestimmt, Vergütungsstähle, Werkzeugstähle, chemisch beständige Stähle, warmfeste Stähle, Funktionswerkstoffe, Gusswerkstoffe
Aluminium: Gusslegierungen, Knetlegierungen, aushärtbar und nicht aushärtbar
Kupfer und Kupferlegierungen (Messing, Bronze)
Nickel und Nickellegierungen (Gusslegierungen, Knetlegierung; aushärtbar, nicht aushärtbar)
Titan und Titanlegierungen
Keramik (Oxidkeramik, Silikatkeramik)
Polymere: Plastomere (Thermoplaste), Duromere, Elastomere, Verbundmaterialien

Lichtmikroskopische Darstellung eines Gefüges.

Gerätetyp und Ausrüstung	Makroskop, Lichtmikroskop (Leica, Reichert), Auf- und Durchlicht, Hellfeld, Dunkelfeld, polarisiertes Licht, Differentialinterferenzkontrast)
Vergrösserung	5 – 500 fach ( 1000 fach )
Typische Anwendungen	Gefügebeurteilung, Korngrösse, Schichtdicken, Ausscheidungszustand
	Metallografische Schliffuntersuchungen, Gefügeuntersuchungen, Gefügezustände, Ätzungen zur Gefügekontrastierung, spezielle Ätzungen (auf Anfrage), Schichtdickenmessung im Schliff, Zielpräparationen, Ambulante Metallographie, physikalische Analysemethoden

Schadensanalytik und Bauteiloptimierung
INTERPRETATION UND BERATUNG

Allgemein: Analyse des inneren Aufbaus: Die Metallographie erlaubt die Untersuchung des inneren Aufbaues und der „Lebensgeschichte“ von Metallen. Dazu gehört z.B. die Identifizierung von Phasen, Körnern oder Einschlüssen.
Bestimmung von Korngrößen: Die Korngröße beeinflusst die mechanischen Eigenschaften eines Materials erheblich, z.B. die Streckgrenze – entsprechend wichtige ist diese information z.B. für Konstrukteure.
Ermittlung von Phasenanteilen: Leser/innen erinnern sich aus Ausbildung oder Studium evtl. noch an das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (die einen mit Freude, andere vielleicht mit Schrecken). Doch für viele Anwendungen ist es kritisch, die Zusammensetzung der Phasen in einem Metall zu kennen.
Einschlussbewertung: Ermöglicht die Identifizierung und Schätzung von Einschlüssen oder Verunreinigungen, welche die Qualität und Leistung eines Werkstoffs beeinträchtigen können.
Gefügeuntersuchung im Mikroschliff
- Wärmebehandlungszustand
- Korngrößenbestimmung
- Porositätsbestimmung nach VW 50093, VW 6093
- Primär Silizium-Kristall-Auswertung
- Randentkohlung
- Überprüfung der Schweißnahtgeometrie
- Gefügeuntersuchung
- Härteprüfung an den Wärmeeinflusszonen
- Begutachtung der Morphologie technischer Oberflächen
- Feststellung von Veränderungen der Oberflächen durch äußere Einwirkung wie Korrosion und Verschleiß
- Durchführung fraktografischer Analysen von Bruchflächen
- Morphologische und chemische Partikelanalyse
- Bruchanalyse / Rissuntersuchung (Gewaltbruch, Dauerbruch, Sprödbruch, Wasserstoffversprödung)
Löhtnahtprüfung bzw. Schweißnahtprüfung im Schliff
EDX-Analyse mit REM-Untersuchung
REM Linescan und Mapping
Mikrophotographische Bestimmung der erkennbaren Korngröße von Stahl nach DIN EN ISO 643
Mikrostruktur von Gusseisen nach DIN EN ISO 945-1
Elektronen- und Laserstrahl-Schweißverbindungen nach DIN EN ISO 13919 – Teil 1: Stahl, Nickel, Titan und deren Legierungen
Schmelzschweißverbindungen an Stahl, Nickel, Titan und deren Legierungen nach DIN EN ISO 5817
Lichtbogenschweißverbindungen an Aluminium und seinen Legierungen – Bewertungsgruppen von Unregelmäßigkeiten nach DIN EN ISO 10042
Standard Spezifikationen von Nickel-Kobald-Stählen nach ASTM F15 – 04
Bestimmung der Korngröße nach ASTM E112 – 13
Zahnräder nach ISO 14104 – Schleifbrandprüfung – chemische Methode
Chirurgische Implantate nach DIN EN ISO 5832 – Metallische Werkstoffe – Teil 3: Titan 6-Aluminium 4-Vanadium Knetlegierung“

Beurteilung von Makro- und Mikrogefüge, Bestimmung der Gefügemengenanteile
Schliffpräparation von dünnen Schichten und kleinsten Bauteilen
Auf- und Durchlichtmikroskopie
Fabrikationskontrollen
Prüfung von Schweissverbindungen
Beurteilung von Wärmebehandlungen
Durchführung von Spezialätzungen
Alle gängigen Härteprüfungen, Härteprofile, Mikrohärte
Ambulante Metallografie mit diversen Gefügeabdruckstechniken (sog. Replika)
Beratung bei Fragen der Werkstoffoptimierung
Charakterisierung von Werkstoffen und Beschichtungen
Restlebensdaueranalyse an Hochtemperaturwerkstoffen

Kontaktieren Sie mich.

Martin Ellenrieder

Dipl. Ing. Maschinenbau/Werkstofftechnik und Experte für Schadensanalysen

Tel: +41 52 551 11 77
Mail: schaden@suisse-tp.ch