Gefügeatlas: Gefüge erkennen

Erscheinungsbild

• Helle, kantige Körner etwa gleicher Größe (gleichachsige Körner) füllen das Bildfeld, und die Korngrenzen erscheinen als dünne dunkle Linien.
• Bei etwas Kohlenstoff sitzen kleine dunkle Perlitinseln an einzelnen Kornecken (Beispiel: warmgewalztes Eisen mit etwa 0,05 % C).

Warum hell oder dunkel

• An den Korngrenzen ist die Atomanordnung gestört, deshalb werden sie schneller angegriffen als das Korninnere; sie werden zu Furchen, die kein Licht zurückwerfen, und erscheinen als dunkle Linien.
• Bei längerem Ätzen hängt der Angriff von der Kristallorientierung ab: Körner gleicher Orientierung sind gleich hell, sodass benachbarte Körner etwas unterschiedlich hell aussehen.

Ätzmittel und Aussehen

• Nital (alkoholische Salpetersäure) macht die Ferritkorngrenzen sichtbar. Pikral (alkoholische Pikrinsäure) entwickelt die Ferritkorngrenzen nicht; zur Beurteilung der Korngröße wird daher Nital verwendet.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Eisen mit sehr wenig Kohlenstoff (Reineisen oder Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt) wird aus dem Austenitgebiet abgekühlt oder geglüht. Im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist dies das α-Gebiet (krz), das bei 727 °C höchstens 0,022 % C löst.
• Rekristallisation nach Kaltverformung stellt wieder verzerrungsfreie, gleichachsige Körner her.

Eigenschaften

• Je feiner das Korn, desto härter und fester der Werkstoff (Hall-Petch-Beziehung). Die Korngröße wird als Korngrößenkennzahl angegeben (siehe Korngröße auf dieser Seite). [5]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Austenit (Glühzwillinge): Glühzwillinge (Bänder zwischen zwei geraden, parallelen Linien quer durch ein Korn) sind typisch für kfz-Metalle wie austenitische nichtrostende Stähle und Kupferlegierungen. Ferritkörner (krz) zeigen normalerweise keine.
• Ferrit + Perlit (untereutektoider Stahl): Nimmt dunkler Perlit einen nennenswerten Teil der Fläche ein, handelt es sich um einen untereutektoiden Stahl. Nur wenige dunkle Punkte bedeuten ein ferritisches Gefüge eines kohlenstoffarmen Stahls.
• Mischkorn (ungleichmäßige Korngröße): Bei Mischkorn schwankt die Korngröße von Ort zu Ort stark. Ferritkörner sind ungefähr gleich groß.

Erkennungsmerkmale

• Nur helle, gleichachsige, vieleckige Körner
• Keine geraden parallelen Bänder (Zwillinge) in den Körnern
• Kaum dunkler Perlit

Verwandte Begriffe: Hall-Petch-Beziehung Rekristallisation

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Die Streckgrenze eines Stahls folgt der Hall-Petch-Beziehung σy = σ₀ + k/√d mit σ₀ = 70 MPa und k = 0,74 MPa·√m. Welcher Wert kommt der Streckgrenze bei einer mittleren Korngröße d = 25 µm am nächsten?
2. Welche Aussage über die Rekristallisation beim Erwärmen eines kaltverformten Metalls trifft zu?

Erscheinungsbild

• Weiße (helle) Körner aus voreutektoidem Ferrit wechseln mit dunklen Perlitinseln. Bei höherer Vergrößerung zeigt der Perlit Lamellen.
• Je mehr Kohlenstoff, desto mehr Perlit. Mit dem Schieberegler unter der Skizze ändern Sie den Kohlenstoffgehalt; die Skizze wird mit dem Anteil nach dem Hebelgesetz neu gezeichnet.

Warum hell oder dunkel

• Perlit besteht aus feinen Lamellen von Ferrit und Zementit; beim Ätzen entstehen Stufen zwischen den Lamellen, deren Schatten ihn insgesamt dunkel erscheinen lassen. Voreutektoider Ferrit wird gleichmäßig abgetragen und bleibt eben, deshalb erscheint er hell.

Ätzmittel und Aussehen

• Nital zeigt sowohl die Ferritkorngrenzen als auch den Perlit (die übliche Wahl). Pikral löst die Perlitlamellen gut auf, entwickelt aber die Ferritkorngrenzen nicht.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Stahl mit 0,022–0,76 % C wird aus dem Austenitgebiet langsam im Ofen (Glühen) oder an Luft (Normalglühen) abgekühlt.
• Ferrit bildet sich zuerst an den ehemaligen Austenitkorngrenzen; der restliche Austenit reichert sich mit Kohlenstoff an und wandelt bei Erreichen von 0,76 % bei 727 °C in Perlit um.
• Knapp unterhalb von 727 °C beträgt der Massenanteil des Perlits nach dem Hebelgesetz (C − 0,022)/(0,76 − 0,022); bei 0,40 % C etwa 0,51. Die Skizze verwendet diesen Massenanteil als Flächenanteil.

Eigenschaften

• Normalglühen (Luftabkühlung) kühlt schneller ab als Glühen mit Ofenabkühlung und ergibt daher weniger Ferrit und feineren Perlit (Beispiel: ein Stahl mit 0,35 % C). [1][2]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Widmanstätten-Ferrit: Widmanstätten-Ferrit wächst als parallele weiße Keile von den Korngrenzen in die Körner hinein. Im geglühten untereutektoiden Stahl bildet der weiße Ferrit ungefähr gleichachsige Körner.
• Perlit (eutektoider Stahl): Sind weiße Ferritkörner deutlich vorhanden, handelt es sich um einen untereutektoiden Stahl. Ist fast die ganze Fläche lamellar, ist es eutektoider Perlit.
• Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroguss): Gusseisen mit Kugelgraphit hat ebenfalls weißen Ferrit und dunklen Perlit, enthält aber dunkle Graphitkugeln. Stahl enthält keinen Graphit.

Erkennungsmerkmale

• Weiße gleichachsige Körner wechseln mit dunklen Inseln
• Die dunklen Inseln sind bei höherer Vergrößerung lamellar
• Keine Graphitkugeln oder -lamellen

Verwandte Begriffe: Hebelgesetz Eutektoide Reaktion Perlit

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Ein untereutektoider Stahl mit 0,40 Massen-% C wird im Gleichgewicht bis knapp unter 727 °C abgekühlt. Welcher Wert kommt dem Massenanteil des voreutektoiden Ferrits am nächsten? Die eutektoide Zusammensetzung sei 0,76 Massen-% C, der Kohlenstoffgehalt des Ferrits bei 727 °C 0,022 Massen-% C und der des Zementits 6,70 Massen-% C.
2. Welche Aussage über den eutektoiden Punkt im Zustandsdiagramm Fe-Fe₃C trifft zu?

Erscheinungsbild

• Abwechselnde Lamellen aus Ferrit und Zementit. Die Lamellenrichtung wechselt von Kolonie zu Kolonie, sodass ein fingerabdruckartiges Streifenmuster entsteht.
• In derselben Probe zeigen schräg angeschnittene Kolonien einen größeren scheinbaren Abstand und fast senkrecht angeschnittene einen kleineren. Zu feine, nicht auflösbare Kolonien erscheinen gleichmäßig dunkel.

Warum hell oder dunkel

• Beim Ätzen wird zuerst der Ferrit gelöst, sodass der Zementit leicht erhaben stehen bleibt. Im Lichtmikroskop sind beide Phasen weiß, doch die Zementitlamellen sind dünn, und die Schatten der Stufen werden zu dunklen Linien; deshalb erscheint Perlit insgesamt dunkel.

Ätzmittel und Aussehen

• Pikral entwickelt die Ferritkorngrenzen kaum, hebt aber den Zementit (die Perlitlamellen) deutlich hervor und eignet sich daher gut zum Auflösen der Perlitlamellen. Auch nach Nitalätzung erscheint Perlit dunkel.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Eutektoider Stahl mit etwa 0,76 % C wird aus dem Austenitgebiet langsam unter 727 °C abgekühlt (γ → α + Fe₃C).
• Langsamere Abkühlung (geringe Unterkühlung) ergibt groben Perlit mit großem Lamellenabstand, schnellere Abkühlung feinen Perlit. Bei feinem Perlit aus Luftabkühlung (Normalglühen) lassen sich die Lamellen im Lichtmikroskop oft kaum auflösen.

Eigenschaften

• Je feiner der Lamellenabstand, desto härter und fester der Perlit. Die Härte nimmt in der Reihenfolge feiner Perlit > grober Perlit > kugeliger Zementit ab. [7][8]
• Das Lichtmikroskop löst bis etwa 500 nm auf; sehr feiner Perlit mit einem Lamellenabstand von etwa 50 nm erfordert daher ein Elektronenmikroskop. [9]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Eutektikum (Pb–Sn und andere): Ein Eutektikum (etwa Pb–Sn) ist ebenfalls lamellar, doch seine beiden Lamellenarten sind ähnlich dick. Im Perlit sind die Zementitlamellen viel dünner als die Ferritlamellen (nach dem Hebelgesetz beträgt der Zementitanteil (0,76 − 0,022)/(6,70 − 0,022) ≈ 0,11).
• Oberer Bainit: Oberer Bainit wächst als federartige Garben von den Korngrenzen aus, mit Karbiden in unterbrochenen Teilchenreihen statt langer durchgehender Streifen wie im Perlit.
• Ferrit + Perlit (untereutektoider Stahl): Sind Gruppen aus weißem voreutektoidem Ferrit vorhanden, handelt es sich um einen untereutektoiden Stahl.

Erkennungsmerkmale

• Lamellare Streifen über die ganze Fläche
• Die Streifenrichtung wechselt von Kolonie zu Kolonie
• Keine weißen Körner und kein weißes Netz

Verwandte Begriffe: Perlit Eutektoide Reaktion

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Welche Aussage über den eutektoiden Punkt im Zustandsdiagramm Fe-Fe₃C trifft zu?

Erscheinungsbild

• Ein dünnes weißes Netz (voreutektoider Zementit) umgibt Körner aus lamellarem Perlit (die ehemaligen Austenitkörner).
• Mehr Kohlenstoff macht das Netz dicker. Mit dem Schieberegler unter der Skizze ändern Sie den Kohlenstoffgehalt; die Skizze wird mit der Dicke nach dem Hebelgesetz neu gezeichnet.

Warum hell oder dunkel

• Voreutektoider Zementit wird von Nital oder Pikral kaum angegriffen und bleibt weiß; die Stufen an den Rändern des Netzes erscheinen als dünne dunkle Linien.

Ätzmittel und Aussehen

• Nach Nital- oder Pikralätzung ist voreutektoider Zementit weiß und leicht mit weißem Ferrit zu verwechseln. Heißätzen in alkalischer Kaliumhexacyanoferrat(III)-Lösung (rotes Blutlaugensalz) färbt Zementit schwarz und Perlit braun und unterscheidet beide so.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Stahl mit mehr als 0,76 % C (übereutektoider Stahl) wird aus dem Austenitgebiet langsam abgekühlt. Beim Unterschreiten der Acm-Linie scheidet sich voreutektoider Zementit netzförmig an den Austenitkorngrenzen aus, und der restliche Austenit wandelt bei 727 °C in Perlit um.
• Knapp unterhalb von 727 °C beträgt der Massenanteil des voreutektoiden Zementits nach dem Hebelgesetz (C − 0,76)/(6,70 − 0,76); bei 1,2 % C etwa 0,074. Die Skizze verwendet diesen Anteil als Fläche des Netzes.

Eigenschaften

• Beispiel: Ein Stahl mit 1,3 % C, aus 970 °C im Ofen abgekühlt, zeigt voreutektoiden Zementit an den Korngrenzen und deutlich sichtbare Perlitlamellen. [1]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Ferrit + Perlit (untereutektoider Stahl): Weißer Ferrit im untereutektoiden Stahl bildet ganze Körner mit großer Fläche. Weißer voreutektoider Zementit im übereutektoiden Stahl ist ein dünnes Netz entlang der Korngrenzen. Im Zweifel färben Sie den Zementit mit alkalischer Hexacyanoferrat-Lösung dunkel.
• Ausscheidungen (an Korngrenzen und im Korninneren): Im sensibilisierten nichtrostenden Stahl sind die Korngrenzen dunkle Gräben, und in den Körnern gibt es keine Lamellen. Das Netz im übereutektoiden Stahl ist weiß und enthält Perlitlamellen.
• Perlit (eutektoider Stahl): Ohne weißes Korngrenzennetz ist es eutektoider Perlit.

Erkennungsmerkmale

• Ein dünnes weißes Netz um Perlitkörner
• Das Netz folgt den Korngrenzen
• Im Inneren Perlitlamellen

Verwandte Begriffe: Perlit Hebelgesetz

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Ein übereutektoider Stahl mit 1,2 Massen-% C wird aus dem Austenitgebiet langsam abgekühlt. Welches Gefüge liegt bei Raumtemperatur vor?

Erscheinungsbild

• Auf den ehemaligen Austenitkorngrenzen liegt ein weißes Ferritband, von dem viele gleich ausgerichtete weiße, keilförmige Platten in das Korn hineinwachsen. Zwischen den Platten liegt dunkler Perlit.

Warum hell oder dunkel

• Widmanstätten-Ferrit hat kaum eine innere Struktur und bleibt beim Ätzen sauber weiß. Bainit, ein Aggregat aus feinen Platten und Karbiden, wird dunkel geätzt.

Ätzmittel und Aussehen

• Nital ergibt einen starken Kontrast zwischen den weißen Platten und dem dunklen Perlit.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Wenn die Abkühlung weit vom Gleichgewicht abweicht, etwa bei unlegiertem Stahl im Gusszustand (Beispiel: 0,40–0,50 % C), wächst keilförmiger Ferrit von den Korngrenzen aus. Ein Teil wächst sekundär aus einer Schicht von Korngrenzenferrit.
• Glühen, Normalglühen oder Warmwalzen beseitigen ihn.

Eigenschaften

• Nadelförmiger Ferrit senkt die Zähigkeit; Stahl mit diesem Gefüge sollte daher nicht für wichtige Bauteile verwendet werden (Beispiel: Stahl im Gusszustand). [3]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Oberer Bainit: Beide wachsen parallel von den Korngrenzen aus, doch Widmanstätten-Ferrit bildet saubere weiße Keile mit dunklem Perlit dazwischen, während die Garben des oberen Bainits insgesamt dunkel sind und zwischen feinen Platten Karbidreihen enthalten.
• Ferrit + Perlit (untereutektoider Stahl): Ferrit in geglühtem untereutektoidem Stahl ist gleichachsig, ohne Reihen paralleler Keile (durch Normalglühen kann der Ferrit allerdings nadelförmig werden).

Erkennungsmerkmale

• Parallele weiße Keile wachsen in die Körner hinein
• Ein weißes Band auf den Korngrenzen
• Dunkler Perlit zwischen den Keilen

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Erscheinungsbild

• Runde Zementitteilchen sind gleichmäßig in einer Matrix aus gleichachsigem Ferrit verteilt, viele davon auf den Ferritkorngrenzen.
• Keine Lamellen und keine Nadeln.

Warum hell oder dunkel

• Zementitteilchen werden nicht angegriffen und stehen leicht erhaben, sodass die Stufe um jedes Teilchen einen Schatten wirft: Sie erscheinen als Punkte mit dunklem Rand.

Ätzmittel und Aussehen

• Pikral ist das Standardätzmittel für Gefüge mit kugeligem Zementit und für die Verteilung von Anlasskarbiden. Um auch die Ferritkorngrenzen zu sehen, wird es mit Nital kombiniert.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Perlit, Bainit oder gehärteter Stahl wird lange knapp unterhalb von A1 (727 °C) gehalten (Weichglühen). Beispiel: Ein Stahl mit 0,40–0,50 % C wird von 830–850 °C in Wasser abgeschreckt, 72 h bei 710 °C gehalten und langsam abgekühlt.
• Auch langes Anlassen gehärteten Stahls bei 600 °C (über Tage) vergröbert die Zementitteilchen, und nadelförmiger Ferrit wird allmählich gleichachsig.

Eigenschaften

• Die Härte nimmt in der Reihenfolge feiner Perlit > grober Perlit > kugeliger Zementit ab; das Gefüge mit kugeligem Zementit ist am weichsten. [4]
• Ein Werkzeugstahl mit etwa 0,85 % C hat vor der Wärmebehandlung (Ferrit mit Karbiden von einigen µm Größe) etwa 165 HV. [5]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Angelassener Martensit: Auch angelassener Martensit enthält Karbidteilchen, doch die ursprünglichen Latten- oder Nadelformen und eine dunklere Matrix bleiben erhalten. Beim kugeligen Zementit ist der Ferrit gleichachsig und hell, und die Teilchen sind rund und größer.
• Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroguss): Graphitkugeln im Gusseisen mit Kugelgraphit sind schon bei geringer Vergrößerung zu sehen und von weißen Ferrithöfen umgeben. Kugelige Zementitteilchen erfordern eine hohe Vergrößerung.
• Ausscheidungen (an Korngrenzen und im Korninneren): Korngrenzenausscheidungen reihen sich durchgehend entlang der Korngrenzen auf. Kugelige Zementitteilchen sind auch im Korninneren gleichmäßig verteilt.

Erkennungsmerkmale

• Überall verstreute runde Teilchen
• Keine Lamellen und keine Nadeln
• Gleichachsige, helle Ferritmatrix

Verwandte Begriffe: Ostwald-Reifung

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Eine Legierung, in deren Matrix Ausscheidungsteilchen unterschiedlicher Größe verteilt sind, wird lange bei hoher Temperatur gehalten. Welche Aussage beschreibt die dabei ablaufende Ostwald-Reifung richtig?

Erscheinungsbild

• Garben aus parallelen dünnen Ferritplatten (Latten) wachsen federartig von den ehemaligen Austenitkorngrenzen aus.
• Zementitteilchen liegen in unterbrochenen Reihen zwischen den Platten. Das Lichtmikroskop löst die einzelnen Platten nicht auf; man sieht Gruppen von Garben.
• Die Skizze zeigt eine Probe, die teilweise umgewandelt und dann abgeschreckt wurde: Die wachsenden Garben sind dunkel, der Rest ist heller Martensit.

Warum hell oder dunkel

• Das Ätzmittel greift rund um die Zementitteilchen an, deshalb erscheint Bainit insgesamt dunkel.

Ätzmittel und Aussehen

• Nital ätzt ihn dunkel. Für einzelne Platten und Karbide ist ein Elektronenmikroskop nötig.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Austenit wird schnell bis knapp unterhalb des Perlitgebiets (meist unter 500 °C) abgekühlt und dort gehalten (isotherme Umwandlung).
• Ist die Abschreckung etwas langsamer als die kritische Abkühlgeschwindigkeit, kann federartiger oberer Bainit nur an den Korngrenzen auftreten (Beispiel: ein Stahl mit 0,35 % C, in Wasser abgeschreckt).

Eigenschaften

• Beispiel: Stahl 4340, isotherm zu überwiegend oberem Bainit umgewandelt, 32 HRC. [1]
• Seine Karbide sind grob und liegen zwischen den Platten, deshalb ist er weniger zäh als unterer Bainit. [4]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Unterer Bainit: Unterer Bainit besteht aus dunklen Nadeln in regelloser Richtung; oberer Bainit wächst als parallele Garben von den Korngrenzen aus. Die Lage der Karbide (beim oberen Bainit zwischen den Platten, beim unteren in den Platten unter etwa 60°) ist nur im Elektronenmikroskop zu erkennen.
• Perlit (eutektoider Stahl): Perlit bildet lange durchgehende Streifen. Oberer Bainit hat unterbrochene Reihen von Karbidteilchen in federartigen Garben.
• Widmanstätten-Ferrit: Widmanstätten-Ferrit bildet saubere weiße Keile mit dunklem Perlit dazwischen; die Garben des oberen Bainits sind insgesamt dunkel.

Erkennungsmerkmale

• Parallele Garben wachsen federartig von den Korngrenzen aus
• Unterbrochene Reihen dunkler Punkte in den Garben
• Insgesamt dunkel geätzt

Verwandte Begriffe: Einhärtbarkeit

Übungsfragen:

1. Welche Aussage beschreibt den Unterschied zwischen dem isothermen ZTU-Schaubild (TTT-Diagramm) und dem kontinuierlichen ZTU-Schaubild (CCT-Diagramm) richtig?
2. Die Zugabe von Legierungselementen wie Mn, Cr und Mo verbessert die Einhärtbarkeit von Stahl. Welche Begründung ist richtig?

Erscheinungsbild

• Dünne dunkle Nadeln (eigentlich Platten) liegen in vielen Richtungen, nicht parallel zueinander (nadelig).
• In einer teilweise umgewandelten und dann abgeschreckten Probe erscheinen sie als dunkle Nadeln in einer hellen Martensitmatrix (wie in dieser Skizze).

Warum hell oder dunkel

• Das Ätzmittel greift rund um die feinen Karbide in den Platten an, deshalb werden sie dunkel geätzt.

Ätzmittel und Aussehen

• Nach Nitalätzung erscheinen sie als dunkle Nadeln. Die Karbide in den Platten (parallele Reihen unter etwa 60° zur Plattenachse) sind nur im Elektronenmikroskop zu sehen.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Austenit wird auf eine tiefere Temperatur als beim oberen Bainit (typischerweise 200–350 °C) abgeschreckt und dort gehalten.

Eigenschaften

• Beispiel: Stahl 4340, bei 280 °C und 330 °C isotherm zu überwiegend unterem Bainit umgewandelt, 50 HRC bzw. 44 HRC. [1]
• Zwischen den Platten liegen weniger und feinere Karbide, deshalb ist er zäher als oberer Bainit. [2]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Angelassener Martensit: Im Lichtmikroskop sehen beide sehr ähnlich aus. Angelassener Martensit hat Karbide in mehreren Orientierungen (Widmanstätten-Anordnung), unterer Bainit oft nur in einer (im Elektronenmikroskop zu sehen). Auch die Wärmebehandlungsgeschichte ist ein Merkmal.
• Platten- bzw. Linsenmartensit (gehärteter Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt): Plattenmartensit im Härtezustand hat dickere Platten mit einer Mittelrippe (Midrib) und weißem Restaustenit dazwischen. Die Nadeln des unteren Bainits sind dünn und dunkel.
• Oberer Bainit: Oberer Bainit wächst als parallele Garben von den Korngrenzen aus; die Nadeln des unteren Bainits zeigen in regellose Richtungen.

Erkennungsmerkmale

• Dünne dunkle Nadeln in regelloser Richtung
• Keine Mittelrippe
• Keine parallelen Garben von den Korngrenzen aus

Übungsfragen:

1. Welche Aussage beschreibt den Unterschied zwischen dem isothermen ZTU-Schaubild (TTT-Diagramm) und dem kontinuierlichen ZTU-Schaubild (CCT-Diagramm) richtig?

Erscheinungsbild

• Die Grenzen der ursprünglichen Austenitkörner (ehemalige Austenitkorngrenzen) bleiben erhalten, und jedes Korn ist in Bereiche mit feinen, gleich ausgerichteten Streifen unterteilt. In einem Bereich reihen sich Bänder von etwas unterschiedlicher Helligkeit (Blöcke) auf.
• Die einzelnen Latten sind zu fein, um im Lichtmikroskop aufgelöst zu werden.

Warum hell oder dunkel

• Martensit im Härtezustand ergibt mit Nital nur schwachen Kontrast; Orientierungsunterschiede zwischen den Bereichen zeigen sich nur als geringe Helligkeitsunterschiede.

Ätzmittel und Aussehen

• Mit Nital ätzen (der Kontrast ist eher schwach). Auch Pikral greift Martensit an.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Stahl mit weniger als etwa 0,6 % C wird aus dem Austenitgebiet schneller als mit der kritischen Abkühlgeschwindigkeit abgeschreckt (in Wasser oder Öl). Zwischen etwa 0,6 und 1 % C liegen Latten und Platten gemischt vor.

Eigenschaften

• Die Härte im Härtezustand hängt fast nur vom Kohlenstoffgehalt ab; Legierungselemente ändern nicht die Härte, sondern die Einhärtungstiefe. [2]
• Martensit erreicht seine Höchsthärte von 66 HRC bei 0,8–1,0 % C. [1]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Angelassener Martensit: Die Form ist sehr ähnlich, doch durch Anlassen erscheint die Matrix dunkler. Martensit im Härtezustand ist heller und kontrastarm.
• Oberer Bainit: Oberer Bainit wächst als federartige Garben von den Korngrenzen aus und zeigt Reihen dunkler Karbidpunkte. Die Streifen des Lattenmartensits sind fein und gleichmäßig, und die Bereiche füllen das ganze Korn aus.
• Platten- bzw. Linsenmartensit (gehärteter Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt): Im Plattenmartensit ist jede Platte einzeln zu sehen, mit einer Mittelrippe und weißem Restaustenit.

Erkennungsmerkmale

• Ehemalige Austenitkorngrenzen bleiben erhalten
• Körner in Bereiche mit feinen parallelen Streifen unterteilt
• Insgesamt hell und kontrastarm

Verwandte Begriffe: Martensit Einhärtbarkeit

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Welche Aussage über die martensitische Umwandlung in Stahl trifft zu?
2. Die Zugabe von Legierungselementen wie Mn, Cr und Mo verbessert die Einhärtbarkeit von Stahl. Welche Begründung ist richtig?

Erscheinungsbild

• Linsenförmige Platten liegen in vielen Richtungen, jede mit einer dünnen Linie in der Mitte (Mittelrippe, Midrib). Die zuerst gebildeten großen Platten durchqueren das ganze Korn; spätere füllen die Räume dazwischen und sind kleiner.
• Zwischen den Platten bleibt weißer Restaustenit zurück. Wo Platten aufeinandertreffen, können Mikrorisse entstehen.

Warum hell oder dunkel

• Restaustenit wird kaum angegriffen und bleibt weiß; die Martensitplatten erscheinen dunkler.

Ätzmittel und Aussehen

• Mit Nital ätzen. In Werkzeugstahl, der von zu hoher Temperatur gehärtet wurde, erscheint viel weißes Gefüge, das als Restaustenit gilt.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Oberhalb von etwa 0,6 % C treten erste Platten auf, oberhalb von etwa 1 % C überwiegen sie. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (etwa Werkzeugstahl) wird von hoher Temperatur abgeschreckt.
• Oberhalb von etwa 0,4 % C bleibt auch nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur zunehmend Restaustenit erhalten.

Eigenschaften

• Martensit erreicht seine Höchsthärte von 66 HRC bei 0,8–1,0 % C. Bei mehr Kohlenstoff nimmt der Restaustenit zu, und die Härte steigt nicht weiter. [1]
• Wegen der Mikrorisse, die beim Aufeinandertreffen von Platten entstehen, wird Plattenmartensit für die meisten Anwendungen vermieden. [1]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Unterer Bainit: Die Nadeln des unteren Bainits sind dünn und dunkel, ohne Mittelrippe und ohne weißen Restaustenit.
• Lattenmartensit (gehärteter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt): Lattenmartensit besteht aus Bereichen mit Streifen, die einzeln nicht zu erkennen sind. Im Plattenmartensit ist jede Platte einzeln zu sehen.
• Austenit (Glühzwillinge): Glühzwillinge im Austenit sind Bänder mit geraden, parallelen Seiten, keine Linsen.

Erkennungsmerkmale

• Linsenförmige Platten mit Mittelrippe
• Weißer Restaustenit zwischen den Platten
• Große und kleine Platten gemischt

Verwandte Begriffe: Martensit

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Übungsfragen:

1. Welche Aussage über die martensitische Umwandlung in Stahl trifft zu?

Erscheinungsbild

• Die ursprünglichen Latten- oder Plattenformen und die ehemaligen Austenitkorngrenzen bleiben erhalten, doch die Matrix erscheint dunkler als im Härtezustand.
• Je höher die Anlasstemperatur und je länger die Dauer, desto größer werden die Karbidteilchen; die Nadelformen verschwinden allmählich, und der Ferrit nähert sich gleichachsigen Körnern (600 °C über 2 h im Vergleich zu 4 Tagen).

Warum hell oder dunkel

• Beim Anlassen zerfällt der Martensit (der übersättigte Kohlenstoff scheidet sich als feine Karbide aus), und die Matrix erscheint zunehmend dunkler.

Ätzmittel und Aussehen

• Pikral dient dazu, die Karbidverteilung in vergütetem Stahl sichtbar zu machen. Auch Nital ist geeignet.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Gehärteter Stahl wird auf eine Temperatur unterhalb von A1 (727 °C) wiedererwärmt (Anlassen). Je höher die Temperatur und je länger die Dauer, desto weicher wird der Stahl.

Eigenschaften

• Beispiel: Stahl 4340, in Öl abgeschreckt und bei 200 °C angelassen, 52 HRC. [1]
• Beispiel: Ein Werkzeugstahl mit etwa 0,85 % C (SK85), von 780 °C gehärtet, behält beim Anlassen bis 200 °C 700 HV oder mehr und hat nach Anlassen bei 400 °C etwa 400 HV. [4]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Lattenmartensit (gehärteter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt): Martensit im Härtezustand ist heller und kontrastarm; Anlassen dunkelt die Matrix ab.
• Unterer Bainit: Im Lichtmikroskop sehen beide sehr ähnlich aus. Prüfen Sie die Karbidorientierung im Elektronenmikroskop (beim angelassenen Martensit mehrere Orientierungen, beim unteren Bainit oft nur eine) oder ziehen Sie die Wärmebehandlungsgeschichte heran.
• Kugeliger Zementit (weichgeglühtes Gefüge): Sehr langes Anlassen bei hoher Temperatur nähert das Gefüge dem kugeligen Zementit an, doch bei üblichem Anlassen bleiben die ursprünglichen Nadel- oder Lattenformen erhalten.

Erkennungsmerkmale

• Martensitstreifen noch erkennbar
• Insgesamt dunkler
• Ehemalige Austenitkorngrenzen sichtbar

Verwandte Begriffe: Anlassen Martensit

Übungsfragen:

1. Wozu dient das Anlassen von gehärtetem Stahl in erster Linie?

Erscheinungsbild

• Lange, dünne schwarze Graphitlamellen sind verstreut, gekrümmt und teilweise verzweigt. Lamellen gleichmäßiger Größe in regelloser Orientierung sind Graphit der Form A.
• Die Matrix (Grundmasse) ist perlitisch, ferritisch oder gemischt.

Warum hell oder dunkel

• Graphit ist auch ungeätzt zu sehen. Durch Ätzen mit Nital wird die perlitische Matrix sichtbar.

Ätzmittel und Aussehen

• Zuerst Form und Verteilung des Graphits im ungeätzten Zustand beurteilen, dann die Matrix mit Nital (2 %, 10–30 s) entwickeln.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Ein kohlenstoffreiches Eisen (im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm über 2,14 % C) mit relativ hohem Siliziumgehalt (in einem Beispiel 2,5–2,7 %) wird vergossen und langsam bis mittelschnell durch das Temperaturgebiet der eutektischen Reaktion abgekühlt; bei der Erstarrung scheidet sich der Kohlenstoff dann als Lamellengraphit aus. Bei wenig Silizium oder schneller Abkühlung bildet sich Graphit nur schwer.
• Graphit der Form D – kleine Lamellen oder Punkte in den Räumen zwischen den ehemaligen Austenitdendriten – verschlechtert die mechanischen Eigenschaften und ist unerwünscht.

Eigenschaften

• Beispiel aus einer Spezifikation für Grauguss im Automobilbau: Sorte G3000 mit perlitischer Matrix 187–241 HB, Sorte G1800 mit ferritisch-perlitischer Matrix höchstens 187 HB. [4]
• Grauguss hat mehrere technisch nützliche Eigenschaften: Er ist gut zerspanbar, schmilzt bei niedriger Temperatur, ist verschleißbeständig und gibt die Form gut wieder. [1]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroguss): Runde Graphitkugeln bedeuten Gusseisen mit Kugelgraphit. Gekrümmte schwarze Lamellen bedeuten Grauguss.
• Dendriten: Ein Dendrit hat einen regelmäßigen Stamm mit rechtwinklig abgehenden Seitenarmen. Graphitlamellen sind dünne schwarze Lamellen, die regellos gekrümmt sind.

Erkennungsmerkmale

• Verstreute gekrümmte schwarze Lamellen
• Spitze Enden der Lamellen
• Graphit auch ungeätzt sichtbar

Verwandte Begriffe: Eutektische Reaktion

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Erscheinungsbild

• Runde schwarze Graphitkugeln sind verstreut.
• Weißer Ferrit umgibt jede Kugel wie ein Ring (Ochsenaugengefüge, Bull’s-Eye), außen liegt dunkler Perlit. Die Matrix ist häufig ein Gemisch aus Ferrit und Perlit.

Warum hell oder dunkel

• Graphit ist auch ungeätzt schwarz. Nach Nitalätzung erscheint Perlit als dunkle Inseln und Ferrit als heller Untergrund.

Ätzmittel und Aussehen

• Zuerst die Graphitform (wie rund die Kugeln sind) im ungeätzten Zustand beurteilen, dann die Matrix mit Nital (2 %) entwickeln.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Wird der Gusseisenschmelze vor dem Vergießen eine kleine Menge Magnesium zugesetzt, wird der Graphit kugelig.
• Im Gusszustand ist die Matrix oft ferritisch-perlitisch. Glühen ergibt eine vollständig ferritische, Normalglühen eine überwiegend perlitische Matrix.

Eigenschaften

• Im Gusszustand steigen Festigkeit und Härte mit zunehmendem Perlitanteil. [3]
• Die Zugfestigkeit ist am geringsten, wenn die Matrix vollständig ferritisch ist. In der japanischen Norm JIS G 5502 geben die drei Ziffern nach FCD die Zugfestigkeit (N/mm²) an. [4]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Gusseisen mit Lamellengraphit (Grauguss): Lamellenförmiger Graphit bedeutet Grauguss.
• Ferrit + Perlit (untereutektoider Stahl): Die Kombination aus weißem Ferrit und dunklem Perlit ist dieselbe, doch schwarze Graphitkugeln bedeuten Gusseisen. Stahl enthält keinen Graphit.
• Kugeliger Zementit (weichgeglühtes Gefüge): Kugelige Zementitteilchen sind so klein, dass sie eine hohe Vergrößerung erfordern, und sie sind nicht von weißen Höfen umgeben.

Erkennungsmerkmale

• Runde schwarze Kugeln
• Ein weißer Hof um jede Kugel
• Dunkler Perlit außerhalb der Höfe

Mit einem Rechner nachprüfen: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm interaktiv

Erscheinungsbild

• Stämme (Primärarme) mit Reihen von Sekundärarmen in nahezu rechtem Winkel, wie Äste oder Farnwedel.
• Die Kerne der Arme und die Räume dazwischen (die zuletzt erstarrten) unterscheiden sich in der Helligkeit.

Warum hell oder dunkel

• Kühlt ein Gussstück schnell ab, kommt die Diffusion im Festkörper nicht nach, und die Zusammensetzung ändert sich vom Kern zum Rand (Seigerung, Kristallseigerung). Bereiche unterschiedlicher Zusammensetzung werden unterschiedlich schnell geätzt, deshalb unterscheiden sich Kerne und interdendritische Räume in der Helligkeit.

Ätzmittel und Aussehen

• In einer Bronze Cu–4 % Sn macht alkoholische Eisen(III)-chlorid-Lösung die Sn-Seigerung deutlich sichtbar.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Beim Gießen einer Legierung während der Erstarrung aus der Schmelze. Legierungen mit großem Erstarrungsintervall seigern leichter (Cu–4 % Sn erstarrt über mehr als 100 °C).
• Glühen verringert die Seigerung und ergibt ein Gefüge aus gleichachsigen Körnern (Beispiel: Cu–4 % Sn, 2 h bei 700 °C geglüht).

Eigenschaften

• Die Volumenschrumpfung bei der Erstarrung kann feine Porosität (Mikroporosität) hinterlassen. [2]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Widmanstätten-Ferrit: Widmanstätten-Platten sind Keile, die parallel von den Korngrenzen aus wachsen, keine Stämme mit Seitenarmen.
• Gusseisen mit Lamellengraphit (Grauguss): Graphitlamellen sind dünne schwarze Lamellen, kein regelmäßiger Stamm mit rechtwinkligen Armen.

Erkennungsmerkmale

• Seitenarme im rechten Winkel zu einem Stamm
• Kerne und interdendritische Räume unterschiedlich hell
• Gusszustand

Verwandte Begriffe: Stängelkristalle Lunker

Übungsfragen:

1. Eine Cu-Ni-Legierung wird wie beim realen Gießen schnell abgekühlt und erstarrt. Welche Aussage über die Zusammensetzung im Kern der Dendriten trifft zu?
2. Vergleicht man Bauteile gleicher Form aus Kohlenstoffstahl, die durch Gießen bzw. durch Warmschmieden hergestellt wurden, haben die Schmiedeteile im Allgemeinen eine höhere Zähigkeit und Schwingfestigkeit. Was ist der Grund dafür?

Erscheinungsbild

• Dunkle und helle Lamellen wechseln sich ab, und die Lamellenrichtung ändert sich von Kolonie zu Kolonie.
• Wo Lamellen schräg angeschnitten sind, erscheinen sie als gekrümmte Linien oder Punkte.

Warum hell oder dunkel

• Im Eutektikum Pb–Sn sind die dunklen Lamellen die Pb-reiche α-Phase und die hellen Lamellen die Sn-reiche β-Phase.
• Bei der eutektischen Temperatur beträgt der Massenanteil von α nach dem Hebelgesetz (97,8 − 61,9)/(97,8 − 18,3) ≈ 0,45; deshalb sind die beiden Lamellenarten ähnlich dick.

Ätzmittel und Aussehen

• Das Ätzmittel hängt von der Legierung ab (in einem Beispiel eines Bi–Cd-Eutektikums alkoholische Eisen(III)-chlorid-Lösung).

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Kühlt eine Legierung eutektischer Zusammensetzung (bei Pb–Sn 61,9 Gew.-% Sn) aus der Schmelze ab, wandelt sich die Schmelze bei der eutektischen Temperatur (183 °C) gleichzeitig in zwei feste Phasen um (L → α + β), und die beiden Phasen wachsen gekoppelt als Lamellen.
• In einer nichteutektischen Legierung (zum Beispiel Pb–30 Gew.-% Sn) füllt das Eutektikum die Räume um zuvor gebildete Körner aus primärem α.

Eigenschaften

• Eine Legierung eutektischer Zusammensetzung erstarrt vollständig bei einer einzigen Temperatur, der eutektischen Temperatur. [3]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Perlit (eutektoider Stahl): Perlit ist ein im festen Stahl gebildetes Eutektoid, und seine Zementitlamellen sind viel dünner als seine Ferritlamellen (Massenanteil etwa 0,11). Die beiden Phasen des Eutektikums Pb–Sn bilden Lamellen ähnlicher Dicke.
• Oberer Bainit: Oberer Bainit besteht aus federartigen Garben, die von den Korngrenzen aus wachsen, nicht aus regelmäßig abwechselnden Lamellen.

Erkennungsmerkmale

• Dunkle und helle Lamellen wechseln sich ab
• Beide Lamellenarten ähnlich dick
• Lamellenrichtung wechselt von Kolonie zu Kolonie

Verwandte Begriffe: Eutektische Reaktion Hebelgesetz Gibbssche Phasenregel

Mit einem Rechner nachprüfen: Labor für binäre Zustandsdiagramme (Rechner für das Hebelgesetz)

Übungsfragen:

1. Im Pb-Sn-System seien die eutektische Temperatur 183 °C und die eutektische Zusammensetzung 61,9 Massen-% Sn; bei dieser Temperatur habe die α-Phase 18,3 Massen-% Sn und die β-Phase 97,8 Massen-% Sn. Eine Legierung mit 30 Massen-% Sn wird im Gleichgewicht bis knapp unter die eutektische Temperatur abgekühlt. Welcher Wert kommt dem Massenanteil des Eutektikums am Gefüge am nächsten?
2. Wie groß ist bei konstantem Druck die Zahl der Freiheitsgrade im eutektischen Punkt eines binären Systems (dem Punkt, an dem die Schmelze und zwei feste Phasen koexistieren)?

Erscheinungsbild

• In den gleichachsigen Körnern liegen Bänder zwischen zwei geraden, parallelen Grenzen (Glühzwillinge). Die Bänder durchqueren oft das ganze Korn.
• Die Helligkeit unterscheidet sich von Korn zu Korn.

Warum hell oder dunkel

• Die Helligkeitsunterschiede entstehen durch unterschiedliche Ätzgeschwindigkeiten bei unterschiedlicher Kristallorientierung. Ein Zwillingsband hat eine andere Orientierung als der Rest des Korns und sieht deshalb anders aus.

Ätzmittel und Aussehen

• Für austenitischen nichtrostenden Stahl verwendet man Glyceregia (ein allgemeines Ätzmittel, das Korngrenzen und Zwillinge sichtbar macht) oder elektrolytisches Ätzen mit 10-prozentiger Oxalsäure. Kupferlegierungen wie Messing werden mit Eisen(III)-chlorid-Lösungen oder Ammoniumpersulfat geätzt.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Ein kfz-Metall (austenitischer nichtrostender Stahl wie SUS304, Kupfer, Messing) wird kaltverformt und dann geglüht, sodass es rekristallisiert und die Körner wachsen.
• SUS304 enthält Ni, das den Stahl bis Raumtemperatur austenitisch hält; er bleibt beim Abkühlen Austenit (durch Abschrecken wird er nicht hart).

Eigenschaften

• Austenitische nichtrostende Stähle lassen sich durch Wärmebehandlung nicht härten und sind nach schnellem Abkühlen von hoher Temperatur am weichsten; ihre Festigkeit wird durch Kaltverformung eingestellt. [4]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Ferrit (Reineisen, Stahl mit sehr wenig Kohlenstoff): Ferritkörner (krz) haben normalerweise keine Glühzwillinge. Bänder mit geraden, parallelen Seiten deuten auf ein kfz-Metall hin.
• Kaltverformtes Gefüge (gestreckte Körner): Kaltverformung streckt die Körner, verbiegt die Zwillinge und erzeugt Gleitbänder. Glühzwillinge sind gerade.
• Ausscheidungen (an Korngrenzen und im Korninneren): Bei sensibilisiertem nichtrostendem Stahl werden die Korngrenzen durch elektrolytisches Ätzen mit Oxalsäure zu breiten dunklen Gräben.

Erkennungsmerkmale

• Bänder mit zwei geraden, parallelen Seiten in den Körnern
• Gleichachsige Körner
• Dünne Korngrenzen

Verwandte Begriffe: Nichtrostender Stahl Rekristallisation Messing

Übungsfragen:

1. Welche Aussage über die Eigenschaften des austenitischen nichtrostenden Stahls mit 18 % Cr und 8 % Ni (SUS304) trifft zu?
2. Welche Aussage über die Rekristallisation beim Erwärmen eines kaltverformten Metalls trifft zu?

Erscheinungsbild

• Säumen Ausscheidungen die Korngrenzen, werden diese zu dicken dunklen Linien (Gräben). Auch in den Körnern können vereinzelt Teilchen erscheinen.
• Sensibilisierter austenitischer nichtrostender Stahl zeigt nach elektrolytischem Ätzen in Oxalsäure ein Grabengefüge (Ditch), bei dem die Körner vollständig von Gräben umgeben sind. Ein Stufengefüge (Step, keine Gräben an den Korngrenzen) gilt als nicht sensibilisiert, ein Mischgefüge (Dual, Gräben an einigen Korngrenzen, aber kein Korn vollständig umschlossen) liegt dazwischen. Die Skizze zeigt ein Grabengefüge.

Warum hell oder dunkel

• Ausscheidungen und ihre Umgebung werden anders schnell geätzt als die Matrix, deshalb treten die Korngrenzen als Linien oder Punktreihen hervor.

Ätzmittel und Aussehen

• Elektrolytisches Ätzen mit 10-prozentiger Oxalsäure (ASTM A262 Practice A) dient zur Einstufung als Step-, Dual- oder Ditch-Gefüge. Es macht auch Sigma-Phase und Karbide sichtbar.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Wird ein übersättigter Mischkristall erwärmt und gehalten, scheidet sich eine zweite Phase an den Korngrenzen und im Korninneren aus.
• Wird austenitischer nichtrostender Stahl auf etwa 500–800 °C erwärmt (etwa in der Wärmeeinflusszone einer Schweißnaht), scheiden sich Chromkarbide an den Korngrenzen aus, und der Stahl wird sensibilisiert.
• Das Lichtmikroskop löst nur Strukturen über etwa 500 nm auf; die feinen Ausscheidungen, die für die Ausscheidungshärtung verantwortlich sind, werden deshalb im Elektronenmikroskop untersucht.

Eigenschaften

• Ein Grabengefüge, bei dem die Körner vollständig von Gräben umgeben sind, gilt als sensibilisiert und ist anfällig für interkristalline Korrosion und interkristalline Spannungsrisskorrosion. [1][2]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Austenit (Glühzwillinge): In nicht sensibilisiertem nichtrostendem Stahl sind die Korngrenzen dünne Linien, und Glühzwillinge sind sichtbar.
• Kugeliger Zementit (weichgeglühtes Gefüge): Beim kugeligen Zementit sind runde Zementitteilchen auch im Korninneren gleichmäßig verteilt, und die Korngrenzen werden nicht zu durchgehenden Gräben.
• Voreutektoider Zementit + Perlit (übereutektoider Stahl): Das Netz im übereutektoiden Stahl besteht aus weißem Zementit, mit Perlitlamellen in den Körnern.

Erkennungsmerkmale

• Dicke dunkle Gräben oder Teilchenreihen an den Korngrenzen
• Vereinzelte Punkte in den Körnern
• Keine Lamellen oder Nadeln in den Körnern

Verwandte Begriffe: Sensibilisierung Ausscheidungshärtung Nichtrostender Stahl Wärmeeinflusszone

Übungsfragen:

1. Beim Schweißen austenitischer nichtrostender Stähle wie SUS304 kann in der Wärmeeinflusszone etwas abseits der Schweißnaht interkristalline Korrosion auftreten (Kornzerfall, engl. weld decay). Welche Kombination aus Ursache und Gegenmaßnahme ist richtig?
2. Welche Reihenfolge der Schritte bei der Ausscheidungshärtung einer Al-Cu-Legierung (Duralumin-Typ) ist richtig?

Erscheinungsbild

• Körner sehr unterschiedlicher Größe sind gemischt: grobe Körner verstreut zwischen feinen, feine Körner, die grobe Körner wie eine Kette umgeben (Halskettengefüge), oder abwechselnde Bänder unterschiedlicher Korngröße (oft in Verformungsrichtung gestreckt).

Warum hell oder dunkel

• Korngrenzen und Helligkeitsunterschiede von Korn zu Korn sind dieselben wie bei gewöhnlichen gleichachsigen Körnern.

Ätzmittel und Aussehen

• Das für das Metall übliche Korngrenzenätzmittel verwenden (bei Stahl Nital).

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Wenn die Korngrößenverteilung sich von Bereich zu Bereich unterscheidet. Beschrieben wird es entweder als regellose Mischung der Größen oder als Muster (Halskette, Bänder, Änderung über den Querschnitt).

Eigenschaften

• Eine einzige mittlere Korngrößenkennzahl beschreibt eine Mischkornprobe nicht richtig und kann sogar eine Größe angeben, die in der Probe gar nicht vorkommt. ASTM E1181 beschreibt Art und Anteile des Mischkorns. [1]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Ferrit (Reineisen, Stahl mit sehr wenig Kohlenstoff): Ein gewöhnliches gleichachsiges Gefüge hat eine ungefähr einheitliche Korngröße, die sich mit einer Korngrößenkennzahl beschreiben lässt.
• Kaltverformtes Gefüge (gestreckte Körner): Im kaltverformten Gefüge sind die Körner in einer Richtung gestreckt. Im Mischkorngefüge können die Körner gleichachsig sein, unterscheiden sich aber in der Größe.

Erkennungsmerkmale

• Grobe Körner, gemischt mit Gruppen feiner Körner
• Gleichachsige Kornformen
• Die Korngröße ändert sich von Ort zu Ort stark

Verwandte Begriffe: Rekristallisation Hall-Petch-Beziehung

Erscheinungsbild

• Die Körner sind in Walz- oder Ziehrichtung gestreckt, und in ihnen erscheinen parallele Linien (Gleitbänder). Stellenweise kreuzen sich Gleitbänder unterschiedlicher Richtung.
• Vor der Verformung vorhandene Zwillinge werden verbogen (Beispiel: Messing).

Warum hell oder dunkel

• Gleitbänder sind Bereiche, in denen sich die Verformung konzentriert hat; sie erscheinen als dünne parallele Linien.

Ätzmittel und Aussehen

• Kupferlegierungen werden mit alkoholischer Eisen(III)-chlorid-Lösung geätzt, Stahl mit Nital.

Entstehung (Legierung und Wärmebehandlung)

• Plastische Umformung (Walzen, Ziehen, Stauchen) unterhalb der Rekristallisationstemperatur (Kaltumformung).
• Glühen nach der Umformung stellt durch Erholung und Rekristallisation wieder verzerrungsfreie, gleichachsige Körner her.

Eigenschaften

• Plastische Verformung erhöht die Versetzungsdichte und verringert die Beweglichkeit der Versetzungen, was zur Kaltverfestigung führt (etwa 10¹⁰ m⁻² im geglühten, etwa 10¹⁶ m⁻² im kaltverformten Zustand). [3]

Ähnliche Gefüge und ihre Unterscheidung

• Mischkorn (ungleichmäßige Korngröße): Ein Mischkorngefüge hat gleichachsige Körner, auch wenn ihre Größe verschieden ist.
• Austenit (Glühzwillinge): Glühzwillinge sind Bänder mit geraden, parallelen Seiten. Im kaltverformten Gefüge sind die Zwillinge verbogen, und Gleitbänder sind dünne parallele Linien in den Körnern.
• Lattenmartensit (gehärteter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt): Die Streifen des Lattenmartensits sind bereichsweise in den ursprünglichen Körnern ausgerichtet, und die Körner selbst sind nicht gestreckt.

Erkennungsmerkmale

• Körner in einer Richtung gestreckt
• Parallele Gleitbänder in den Körnern
• Korngrenzen noch sichtbar

Verwandte Begriffe: Kaltverfestigung Erholung Rekristallisation

Übungsfragen:

1. Ein Kupferdraht mit 10,0 mm Durchmesser wird auf 8,0 mm Durchmesser gezogen. Wie groß ist der Kaltumformgrad (Querschnittsabnahme)?
2. Welche Aussage über die Rekristallisation beim Erwärmen eines kaltverformten Metalls trifft zu?
3. Ein kaltumgeformtes Metall wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der noch keine Rekristallisation einsetzt. Welche Aussage über die dabei ablaufende Erholung trifft zu?