Gusseisen hat zahlreiche Anwendungen, insbesondere in der Automobilindustrie und im Maschinenbau. Hier ist die Metallographie ein wichtiger Teil der Qualitätssicherung während der Fertigung. Erfahren Sie, wie Sie genaue metallographische Analysen von Gusseisen mit reproduzierbaren Ergebnissen durchführen.
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Eisen ist ein besonders vielseitiges Metall. Es ist seit Jahrhunderten ein wichtiger Baustoff, der für Bahnhofshallen und Markthallen, aber auch für Bürogebäude und Wohnhäuser genutzt wird.
Legiert mit Kohlenstoff und anderen Elementen bietet Eisen eine enorme Vielfalt. Der Begriff Gusseisen bezieht sich auf Eisen-Kohlenstoff-Silizium-Legierungen mit 2,5–4 % Kohlenstoff und in der Regel 1–3 % Silizium. In Grauguss liegt der Kohlenstoff als Graphit vor, in weißem Gusseisen in Form von Eisenkarbid und Legierungskarbiden.
Gusseisen zeichnet sich durch eine gute Gießbarkeit und Bearbeitbarkeit sowie ausreichende mechanische Eigenschaften aus. Aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile wird Gusseisen in den verschiedensten Anwendungen in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und der metallverarbeitenden Industrie verwendet. Außerdem sind bestimmte Gusseisen der bevorzugte Werkstoff für die Gehäuse von Salzwasserpumpen, die Walzen von Walzwerken und Teile von Erdbaumaschinen.
Abb. 1: ADI Gusseisen, Farbätzung nach Beraha (Verg. 500x, DIC)
Die größte Herausforderung bei der Präparation von Gusseisenproben ist der Erhalt von Graphit in dessen ursprünglicher Form und Größe, um eine exakte Repräsentation der Gefüge von Gusseisen zu gewährleisten.
Abb. 4: Grauguss mit Lamellengraphit, unzureichend poliert (Verg. 200x)
Abb. 5: Grauguss mit Lamellengraphit, ordnungsgemäß poliert (Verg. 200x)
Unter dem Mikroskop ist der Graphit zweidimensional abgebildet. Tatsächlich handelt es sich jedoch um eine dreidimensionale Struktur. Das bedeutet, dass ein bestimmter prozentualer Anteil von Graphit beim Schleifen und Polieren in geringer Höhe abgetragen wird und in der Matrix nur wenigHalt hat. Aus diesem Grund besteht immer die Möglichkeit, dass Graphit, insbesondere sehr große Lamellen oder Lamellenagglomerate, nicht erhalten bleiben. Das führt dazu, dass die Graphitphase nicht immer gut erkennbar oder polierbar ist.
In Temperguss kommt Graphit in Form von Rosetten oder Temperkohle vor. Diese spröde Graphitform lässt sich während der metallographischen Präparation besonders schwer erhalten.
Ein häufiger Fehler bei der Präparation ist das unzureichende Entfernen von verschmiertem Grundgefüge nach dem Schleifen, das die wahre Form und Größe von Graphit verschleiern kann. Besonders häufig kommt dies bei ferritischen und austentitischen Gusseisen vor, die zu Verformung und Kratzerbildung neigen. Bei diesen Werkstoffen ist ein sorgfältiges Diamantpolieren und Endpolieren besonders wichtig.
Die meisten routinemäßigen Beurteilung von Gusseisen mit dem Mikroskop erfolgen mit einer Vergrößerung von 100x, bei der Graphit schwarz erscheint. Zur Bestätigung, dass der gesamte Kohlenstoff erhalten ist, sind jedoch höhere Vergrößerungen erforderlich, da gut auspolierter Graphit grau ist.
Abb. 6: Graphitkugeln, durch unzureichendes Polieren von verschmiertem Metall verdeckt, geätzt, 3 % Nital (Verg. 200x)
Abb. 7: Korrekt poliert, Form und Größe der Graphitkugeln sind zur Beurteilung geeignet, geätzt, 3 % Nital (Verg. 200x)
Abb. 8: Gut auspolierte Graphitlamellen (Verg. 500x)
Tabelle 1: Präparationsmethode für weiße Gusseisen.
Als Alternative kann die DiaPro Diamantsuspension durch DP-Suspension P, 9 µm, 3 µm bzw. 1 µm ersetzt werden, die zusammen mit DP-Schmiermittel Blau verwendet wird.
Tabelle 2: Präparationsmethode für Gusseisen mit Graphit
*Falls sich der Erhalt von Graphit als sehr schwierig erweist, kann das Tuch MD-Plan zum Feinschleifen verwendet werden.
**Dieser Schritt ist optional.
Als Alternative kann die DiaPro Diamantsuspension durch DP-Suspension P, 9 µm, 3 µm bzw. 1 µm ersetzt werden, die zusammen mit DP-Schmiermittel Blau verwendet wird.
Abb. 9: Grauguss, präpariert durch Feinschleifen mit Siliziumkarbidfolie/-papier, Kratzer immer noch sichtbar
Abb. 10: Grauguss, präpariert durch Feinschleifen mit Diamant auf der starren Scheibe MD-Largo, mit guter Randschärfe
Weitere Informationen
Für die Farbätzung eignen sich die folgenden Beraha-Reagenzien, die entsprechend der jeweiligen Legierung modifiziert werden können:
1000 ml Wasser
200 ml Salzsäure
24 g Ammoniumbifluorid
Zu 100 ml dieser Stammlösung wird 1 g Kaliumdisulfit gegeben
Abb. 11: ADI Gusseisen, geätzt mit 3 % Nital, polarisiertes Licht (Verg. 200x)
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Gusseisen sind Eisenlegierungen mit in der Regel 2,5–4 % Kohlenstoff und 1–3 % Silizium. Das Hauptproblem bei der metallographischen Präparation von Gusseisen ist der Erhalt der wahren Form und Größe von Graphit in Lamellen, Kugeln oder nach Tempern. Insbesondere Gusseisen mit weicher Ferrit-Matrix neigen zum Verschmieren, zu Verformung und Kratzerbildung.
Beim Schleifen wird die Matrix über den Graphit geschmiert, sodass die wahre Form des Graphits nicht erkennbar ist, es sei denn, dem Schleifen folgt ein sehr sorgfältiges Diamantpolieren. Aus diesem Grund empfiehlt sich ein Planschleifen mit Siliziumkarbidfolie/-papier, gefolgt von Feinschleifen und Polieren mit Diamant. Ein kurzes Endpolieren mit kolloidalem Siliziumdioxid ist optional.
Wenn Sie mehr über die Materialographie anderer Metalle und Werkstoffe erfahren möchten, können Sie sich auf unserer Seite über Werkstoffe informieren.