Metall unter dem Mikroskop: Einführung in die metallographische Gefügelehre

62 Pages·1964·3.951 MB·German

by  Egon Kauczor (auth.)

WERKSTATTBÜCHER
Verzeichnis der zur Zeit greifharen nnd der in Kürze erscheinenden Hefte,
nach Fachgebieten geordnet
Das Gesamtverzeichnis mit Inhaltsangabe jedes einzelnen Heftes ist erhilltlich in den
Fachbuchhandlungen und unmittelbar beim
Springer-Verlag, 1 Berlin 31 (Wilmersdorf), Heidelberger Platz 3
Preis jedes Heftes DM 4,50, bei gleichzeitigem Bezug von 10 beliebigen Heften DM 3,60
I. Wc rkstoft'e, Hilfsstotre, Hilfsverfahren (s. auch IV) Hert
ROTTLER: Hartmetalle in der Werkstatt. 2. Auf!. 1955............................... 62
KELLER u. EIO:KHOFF: Kupfer und Kupferlegierungen. 3. Auf!. 1955 . • • • . . . • • . • • • • . • • . • 45
BÖHLE: Leichtmetalle. 3. Auf!. 1956 •••••••.••••.••.••••.•••. .••••••••••. .••. . . •.• 53
NIELSENt: Hitzehärtbare Kunststoffe - Duroplaste. 1952 •••••.••••••••••.•••.•••••• 109
DETERMANN: Nichthärtbare Kunststoffe - Thermoplaste. 1953 ...••.•••.....•••...•• 110
BITTNER u. KLoTz: Furniere - Sperrholz - Schichtholz 1. Technologische Eigenschaften,
Prüf-und Abnahmevorschriften, Meß-, Prüf-und Hilfsgeräte. 2. Auf!. 1951 ••.••.•.. 76
BITTNER u. KLoTz: Furniere - Sperrholz - Schichtholz II. Aus der Praxis der Furnier-
und Sperrholz-Herstellung. 2. Auf!. 1951. • • • • . . • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . . . • • . . 77
MA!.MBERG: Glühen, Härten und Vergüten des Stahles. 7. Auf!. 1961 •••.••••..•..•.... 7
KLosTERMANN: Die Praxis der Warmbehandlung des Stahles. 6. Auf!. 1952 •••......... 8
HEINRICH: Die Werkzeugstähle. 2. Auf!. 1964 •• . • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 50
GRÖNEGRESS: Brennhärten. 3. Auf!. 1962 ••.••.••••••••••.•••••••••.••••....•.••.• 89
HÖHNE: Induktionshärten. 1955 •••••••..•.•.••••.••••••••••••.•••....•.•••..•.•. 116
WUNDRAM: Elektrowärme in der Eisen-und Metallindustrie. 2. Auf!. 1952 ••.•.•••..... 69
SCHUSTER: Die Gaswärme im Werkstättenbetrieb. 1954 .•••••••••••.•.. .••.••••••.•• 115
KOTHNY: Die Brennstoffe. 2. Auf!. 1953........................................... 32
KREKELER u. BEUERLEIN: Ölim Betrieb. 3. Auf!. 1953 ..•••••.••••. . • . • . • • • • • • . . . • . • 48
KLosE: Farbspritzen. 2. Auf!. 1951 • • • . • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . . . • • . . . • . . • • . • • • 49
KLosE: Anstrichstoffe und Anstrichverfahren. 1951................ .••. .••.••. .. •. .• 103
BARTHELS: Rezepte für die Werkstatt. 6. Auf!. 1954 ••..••...•••••..••...••..••..••. 9
TRUTNOVSKY: Dichtungen. 1949 •••••.•.•.••••...•••••.••...•..•....••••••......• 92
ll. Spangebende Formnng
KREKELER: Die Zerspanbarkeit der Werkstoffe. 3. Auf!. 1949......................... 61
MÜLLER: Gewindeschneiden. 5. Auf!. 1949 ••.••••••••.••.•••••..•••••••.••.••.•.•• 1
DINNEBIER: Bohren. 4. Auf!. 1949 •••••...••••••••••.•.••.••••.•••••••••••.••..•• 15
DINNEBIER: Senken und Reiben. 4. Auf!. 1950 ••••.•••.••.••••••.••••.••.•••••••••• 16
SCHATZ: Innenräumen. 3. Auf!. 1951 ••••••••••••••.•••••••••.••••••••••••••.••••• 26
SCHATZ: Außenräumen. 2. Auf!. 1952 ............................................. 80
STAUDINGER: Das Schleifen und Polieren der Metalle. 5. Auf!. 1955 ••••••••••••••••••• 5
HOFMANN: Spitzenloses Schleifen I. Maschinenaufbau und Arbeitsweise. 1950 •••••••••• 97
HOFMANN: Spitzenloses Schleifen II. Zusatzvorrichtungen, Genauigkeits- und Schön-
heitsschliff. 1952 •••••••••••••••••••••.••••••••••...•••••••••••••••••••••.••• 107
FINKELNBURG: Läppen. 1951 •••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••• 105
ROTTLER: Werkzeugschleifen spangebender Metallbearbeitungswerkzeuge. 2. Auf!. 1961 94
BUXBAUMt: Feilen. 2. Auf!. 1955 •••..•.•..•.••••••••••••.••••••••••••••••••••••• 46
HOLLAENDER: Das Sägen der Metalle. 2. Auf!. 1951 • • • • . • • • • • . • • •. • . • • • .. • • • • • • • • • • • 40
BRöDNER: Die Fräser. 5. Auf!. 1961. • • • • . • • • . . • • • • • • • • • • • . • • . . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 22
KLEIN: Das Fräsen. 3. Auf!. 1955................................................. 88
KLEIN: Fräsmaschinen im Betrieb. 1960 ••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••• 120
STAU: Nachformeinrichtungen für Drehbänke (Kopierdrehen). 1954................... 113
FlNKELNBURG: Die wirtschaftliche Verwendung von Einspindelautomaten. 2. Auf!. 1949 81
FlNKELNBURG: Die wirtschaftliche Verwendung von Mehrspindelautomaten. 2. Auf!. 1949 71
PETZOLDT: Werkzeugeinrichtungen auf Einspindelautomaten. 2. Auf!. 1953 •••••••••••• 83
PETZOLDT: Werkzeugeinrichtungen auf Mehrspindelautomaten. 1953 ••••••••••••••••• 95
WICHMANN: Maschinen und Werkzeuge für die spangebende Holzbearbeitung. 2. Auf!. 1951 78
(Fortaetz'IJ,11{/3. Umscklagseite)
WERKSTATTBÜCHER
FÜR BETRIEBSFACHLEUTE, KONSTRUKTEURE UND STUDIERENDE
HERAUSGEBER DR.-ING. H. HAAKE, HAMBURG
HEFT 121
Einführung in die metallographische Gefügelehre
Von
Egon Kauczor
Hamburg
Z w ei t e verbesserte Auflage
(7. bis 14. Tauseud)
Mit 99 Abbildungen
Springer-Ver lag
Berlin / Göttingen / Heidelberg
1964
ISBN 978-3-540-03236-6 ISBN 978-3-662-00202-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-00202-5
Inhaltsverzeichnis
Seite
Vorwort....................................................................... 3
I. Reine Metalle ............................................................. 3
1. Die kleinsten Bausteine der Metalle ......................................... 3
2. Ein flüssiges Metall erstarrt ................................................ 4
3. Abkühlungskurven ........................................................ , 6
4. Metallmikroskopie ........................................................ , 7
5. Ein festes Metall wird flüssig ............................................... 10
6. Erhitzungskurven ......................................................... 10
7. Transkristallisation ....................................................... 11
8. Korngröße und Festigkeit .................................................. 11
9. Die Kristallsysteme der Metalle ............................................. 12
10. Die Umwandlungen des reinen Eisens ........................................ 14
11. Veränderungen im inneren Aufbau der Metalle durch Einwirkung äußerer Kräfte .. 16
12. Rekristallisation und Kornwachstum ......................................... 20
11. Legierungen ............................................................... 22
1. Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
2. Vollständige Unläslichkeit im flüssigen und festen Zustand ...................... 23
3. Eutektische Legierungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24
4. Intermetallische Verbindungen .............................................. 27
5. Peritektische Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
6. Legierungen mit Mischkristalbilldung ........................................ 32
7. Legierungen mit begrenzter Mischkristallbildung .............................. 34
8. Aushärtbare Legierungen .................................................. 37
9. Umwandlungen im festen Zustand .......................................... 38
10. Die Umwandlungen des Stahles im festen Zustand bei langsamer Abkühlung ..... 39
11. Einfluß der Abkühlungsgeschwindigkeit auf die Umwandlungen des Stahles ...... 42
12. Das Zwischenstufengefüge des Stahles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
13. Das System Eisen-Eisenkarbid .................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50
14. Das Graphitsystem ........................................................ 51
15. Das Zustandsschaubild Eisen-Kohlenstoff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55
16. Die Umwandlungen der o-Mischkristalle ..................................... 56
Sachverzeichnis .............................................................. 57
Die Wiedergabe von Gebranchsnamen, Handelsnamen, Warenbczeichnnngen nsw. in diesem Buche berechtigt
auch ohne be!'Ondere Kennzeichnung uicht zu der Anuahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen
und Markenschntz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfteIl.
Alle Rechte, insbesondere das der übersetznng in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung
des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photokopie,
Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielniltigen. -
Vorwort
Die Metallographie ist ein Teilgebiet der Metallkunde, das sich mit der Unter
suchung des makroskopisch und mikroskopisch sichtbaren Aufbaues, dem Gefüge
der Metalle, befaßt. Die Weiterentwicklung der metallischen Werkstoffe und die
Überwachung ihrer Herstellung und Verarbeitung ist heute ohne die Hilfe der
Metallographie nicht mehr denkbar. Die Kenntnis der mannigfaltigen Verände
rungen, die der Gefügeaufbau durch Legierung, Verformung, Wärmebehandlung
und Korrosion erleiden kann, ermöglicht es dem erfahrenen Met,allographen, aus
dem Gefüge den Lebenslauf eines Werkstückes abzulesen und beim Versagen eines
metallischen Werkstoffes festzustellen, ob Fehler bei der Herstellung, Verarbeitung
oder beim Gebrauch gemacht wurden.
Dem Anfänger auf diesem Gebiet will das vorliegende Buch helfen, die ersten
Schwierigkeiten beim Betrachten und Beurteilen von Zustandsschaubildern und
metallographischen Gefügebildern zu überwinden, und ihm so die Tür öffnen zu
einem außerordentlich interessanten und praktisch vielseitig anwendbaren Wissens
gebiet. Das Buch ist für Betriebsfachleute, Konstrukteure und Studierende be
stimmt. Da es als Einführung dienen soll, wurde eine möglichst anschauliche, ein
fache, teilweise erzählende Art der Darstellung gewählt.
Ergänzt wird dieses Heft im Rahmen der Werkstattbücher noch durch die
Hefte 64 Angewandte Metallographie und 119 Metallographische Arbeitsverfahren.
Das Buch befaßt sich mit Grundlagen, deren genauer Ursprung meist nicht mehr
mit Sicherheit angegeben werden kann. Bei Darstellungen, die noch auf Quellen
zurückgeführt werden konnten, ist dies im Text oder als Fußnote vermerkt.
Bis auf wenige Ausnahmen wurde für die hier veröffentlichten metallographi
sehen Gefügebilder mit freundlicher Genehmigung des Leiters des Werkstoffprüf
amtes Hamburg, Herrn Oberbaurat Dr.-Ing. WILLY GÖTSCHENBERG, die Negativ
ablage der metallographischen Abteilung des Werkstoffprüfamtes benutzt.
Besonders danken möchte der Verfasser auch den Dozenten der Hamburger
Ingenieurschule und allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die durch wertvolle
Ratschläge dazu beigetragen haben, dieses Buch zu verbessern.
I. Reine Metalle
I. Die kleinsten Bausteine der Metalle
Um den inneren Aufbau eines Metalles verstehen zu können, ist es notwendig,
zunächst seine kleinsten Bausteine etwas näher zu betrachten. Reine Metalle sind
chemische Elemente und bauen sich wie alle Elemente aus Atomen auf. Durch die
Eigenschaften ihrer Atome und die zwischen den Atomen wirkenden Kräfte wird
das Verhalten der Metalle bestimmt.
Die Atome selbst bestehen aus verschiedenen Teilchen. Fast die gesamte Masse
des Atoms ist im Atomkern vereinigt, dessen Durchmesser nur etwa 1/10000 von dem
des Gesamtatoms beträgt. Um diesen Kern kreisen auf bestimmten Bahnen mit
der außerordentlichen Geschwindigkeit von fast 300000 km/sec negativ geladene,
1*
4 Reine Metalle
praktisch masse lose Elektronen. Der unvorstellbar winzige Kern enthält die klein
sten Bausteine der Materie, die Protonen und Neutronen. Protonen sind elektrisch
positiv geladene Teilchen, deren Ladungen der Zentrifugalkraft der kreisenden.
negativen Elektronen entgegenwirken. Das Gesamtatom wird dadurch nach außen
elektrisch neutral. Neutronen sind neutrale, ungeladene Masseteilchen. Die Anzahl
der Protonen bestimmt das Ele
ment. Das einfachste und leichtesk
Element ist der Wasserstoff mit
einem Proton und einem Elektron.
das schwerste in der Natur vorkom -
mende das Uran mit 92 Protonen,
146 Neutronen und 92 Elektronen.
Ein Atom, dessen Winzigkeit
für uns nicht vorstellbar ist, kann
zeichnerisch nicht in den der Wirk
lichkeit auch nur annähernd gere eh t,
werdenden Größenverhältnissen
dargestellt werden. Die Elektronen
bahnen würden bei derfürdie Abb.1
gewählten Größe des Kernes etwa
den Raum eines großen Fest.saales
benötigen. Hinzu kommt., daß es
keine Möglichkeit gibt, ein Atom
dem menschlichen Auge sichtbar zu
Aub.1. Atoll\ll.lodcll des Sal1erstoff~ machen. Wir können nur aus den
Wirkungen der Atome Rückschlüsse
",iehen. Alle bildlichen Darstellungen können ebensowenig das Atom in seiner wah
ren Gestalt zeigen, wie ein flüchtig skizziertes Strichmännchen die wahre Vorstel
lung von einem Menschen vermitteln kann. Atommodelle sind deshalb immer nur
Sinnbilder und nicht die vergrößerte Wiedergabe der Wirklichkeit.
Durch die rasende Geschwindigkeit, mit der sie den Atomkern umkreisen, ist
die Fähigkeit der Elektronen, ihre Bahnen einzuhalten, so groß, daß keine irdische
Kraft in der Lage ist, sie näher an den Kern zu drücken. Atome berühren sich des
halb nur mit ihren äußersten Elektronenschalen und lassen sich nicht ineinander-
pressen.
2. Ein flüssiges Metall erstarrt
Nehmen wir an, wir könnten die Atome eines zunächst noch flüssigen, allmählich
aber kälter werdenden und erstarrenden Metalls beobachten. Was würde sich vor
unseren Augen abspielen?
Noch ist das ganze Schmelzbad flüssig. Die Atome haben große Bewegungs
freiheit und flitzen schnell hin und her. Ihr Treibstoff (Bewegungsenergie) ist die
'Wärme, die Energie also, die aufgebracht werden mußte, um das Metall flüssig zu
machen. (Der gasförmige Zustand ist eine noch höhere Energiestufe.)
Die Energiequelle wird nun abgeschaltet. Dem Metallbade wird also keine wei
tere Wärme zugeführt. Die Schmelze, wie so ein Bad flüssigen Metalles auch ge
nannt wird, strahlt Wärme in die kältere Umgebung ab. Die Temperatur des Bades
sinkt allmählich, und damit wird die Bewegungsenergie der Atome immer gerin
ger. Der immer fühlbarer werdende Energiemangel zwingt sie, sich langsamer zu
bewegen. Schließlich werden sie bei weiterer Abkühlung so energiearm, daß sie
nur noch sehr wenig Bewegungsfreiheit haben.
Ein flüssiges Metall erstarrt 5
Wider Erwarten wandern sie nun nicht weiter umher und bleiben irgendwo
liegen, wo sie gerade mit dem letzten Rest Wärmetreibstoff hinkommen. Nein, sie
benutzen ihr letztes biß ehen Freiheit dazu, miteinander kunstvolle geomctrische
Gebilde aufzubauen.
In der Schmelze eines würflig (kubisch) kristallisierenden Metalles ordnen sich
die Atome zu kleinen Würfeln an. An diese Keime bauen die gerade in der Nähe
herumschwimmenden Atome weitere Würfel. In dem Augenblick, in dem ein Atom
sich in so ein Würfelchen einordnet, gibt es genau die Wärmemenge (Erstarrungs
wärme) ab, die beim Schmelzen nötig war, um das Atom aus seinem Verband zu
lösen.
Der gleiche Vorgang spielt sich an unzähligen Stellen der Schmelze ab. An die
ersten kleinen Kristalle, wie wir diese Gebilde jetzt nennen wollen, bauen die Atome
Würfel ehen an Würfelchenund
geben dabei Wärme ab (Abb. 2).
Durch diese dauernd freiwer-
Ahh. 2. Ein f!üs,iges Metall erstarrt'. Um Kristallisationskeime bilden 1:1
:-okh dip prskn Krh;talk (1.), die regchnäßig weiterwachsen (2., 3.), Ahb. 3. Durch A1.Jsillken der Rc,t
hi:-:. ~k Hllcinanderstoßcn und durch gegenseitige ,Behinderung unre- :·whmc1zp ill eillem Lunker stehclHIC-
gelmäßige Begrenzungsflächen bilden (4.) hliebcne Eiscndcndrikn .
dende Wärme wird die Schmelze trotz fehlender Energiezufuhr und Abstrahlung
von Wärme in die Umgebung auf der Temperatur gehalten, bei der sich das erste
Kriställchen gebildet hat, bis die letzten Atome eingebaut sind.
Die Kristalle wachsen nicht immer gleichmäßig nach allen Seiten, sondern be
vorzugen sehr häufig bestimmte, durch Aufbau und Wärmeableitung bedingte
Richtungen. Es entstehen dadurch zuerst tannenbaumartige Gebilde, Dendriten
genannt (griech. dendron = Baum). Die Räume zwischen den Dendritenästen
füllen sich und die Kristalle werden immer größer, bis sie schließlich aneinander
fitoßen und sich gegenseitig am weiteren regelmäßigen Wachstum hindern. Die
regelmäßigen Begrenzungsflächen der Kristalle gehen hierbei verloren. Der nied
rigste Energiezustand, der feste Zustand, ist erreicht. Die Temperatur beginnt
nun wieder zu sinken, bis das erstarrte Metall die Temperatur seiner Umgebung
angenommen hat.
1 Diese Abbildung wurde in Anlehnung an eine Darstellung nach W. ROSENHAIN gezeichnC't.
6 Reine Metalle
Da Gußblöcke während der Abkühlung schrumpfen, kommt es vor, daß Rest
schmelze im Kopf des Blockes absinkt, bevor die Räume zwischen den Dendriten
ästen zukristallisiert sind. In den durch das Absinken der Restschmelze entstan
denen Hohlraum (Lunker) ragen dann die zurückbleibenden Dendriten wie zahl
reiche kleine Tannenbäumchen hinein (Abb. 3).
Bei den üblichen lichtmikroskopischen Untersuchungen sind im Mikroschliff
nur die zuletzt entstandenen, unregelmäßigen Begrenzungslinien als Korngrenzen
zu sehen. Der atomare Aufbau dieser Kristalle kann
nur durch Röntgen-Feinstruktur-Untersuchungen
ermittelt werden.
Um unregelmäßige Kristalle, die durch gegenseitige oder
äußere Behinderung nicht ihre gesetzmäßige Form ausbilden
konnten, von den regelmäßigen Kristallen zu unterscheiden,
hat man für die unvollkommen ausgebildete Art die Bezeich
nung Kristallit geschaffen. Dieser Ausdruck hat sich jedoch
nicht eingebürgert. Im allgemeinen technischen Sprachge
brauch, dem wir uns fügen wollen, wird fast immer nur
von Kristallen gesprochen. Meistens werden die Kristallite
einfach Körner genannt. Feinkörnig und grobkörnig ist sprach
lich bequemer als feinkristalIitisch und grobkristallitisch.
In der Praxis hat man es durchweg mit unregel
200:1
AIJIJ. 4. Das Gefüge des reinen Eisens mäßigen Körnern zu tun, die man in ihrer Gesamt
heit als Gefüge bezeichnet. Als Beispiel zeigt Abb. 4
das Gefüge des Eisens. Die dunklen Umrandungen der Körner sind die Korngren
zen, die den in Abb. 2 Teil 4 dargestellten Begrenzungslinien entsprechen.
3. Ahkühlungskurven
Wir wollen den eben geschilderten Abkühlungsvorgang noch einmal als Ver
such wiederholen, uns diesmal aber nicht darauf beschränken, nur das Verhalten
der At,ome zu beobachten. Wir stecken jetzt ein Thermometer in das flüssige
Metall und lesen in kurzen, gleichmäßIgen Zeitabständen die Temperaturen der
abkühlenden Schmelze ab. Die gefundenen
oe
Zeit-Temperatur-Werte paare übertragen
wir dann in ein Koordinatensystem. Die
t Verbindungslinie dieser Punkte ergibt das
Zeit-Temperatur-Schaubild, in diesem Falle
flüssig
die Abkühlungskurve des untersuchten Me
Ersturrungspunkt
talles (Abb. 5).
fest
Der zuerst stetig abfallende Teil der
• Kurve zeigt an, daß sich das flüssige Metall
erst gleichmäßig abkühlt. Wenn sich die
Zei! ersten Kriställchen bilden und die Atome
~----------------. hierbei illre Erstarrungswärme an die Um
Abb.5. Einfache Abkühlnngsknrve eines reinen gebung abgeben, beginnt die Temperatur
Metalles konstant zu bleiben. Der Schmelztiegel
strahlt weiter Wärme nach außen ab. Die
Erstarrungswärme der kristallbauenden Atome gleicht aber diesen Wärmeverlust
wieder aus. Bis der letzte Rest Schmelze erstarrt ist, wird so die Temperatur auf
gleicher Höhe gehalten. Dadurch entsteht in der Kurve bei der Erstarrungstempe
ratur ein durch eine waagerechte Linie gekennzeichneter Abschnitt gleichbleiben
der Temperatur, ein sogenannter Haltepunkt. Nach beendeter Erstarrung fällt die
Temperatur (und datnit die Kurve) dem Wärmeentzug entsprechend stetig weiter.
Metallmikroskopie 7
In sehr reinen, bewegungslosen Schmelzen (Bewegung hat ebenfalls keimbil
dende Wirkung) und vor allem auch dann, wenn es sich um kleine, schnell abküh
lende Schmelzbäder handelt, kann es vorkommen, daß die Atome vergeblich nach
Angelpunkten zur Kristallbildung suchen. Die Temperatur sinkt dann stetig weiter
unter den Erstarrungspunkt, bis plötzlich, z. B. durch eine leichte Erschütterung,
die Kristallisation eingeleitet und das Versäumte mit besonderer Heftigkeit nach
geholt wird. Diese Erscheinung kann man auch bei Wasser beobachten. Die sich
hastig einordnenden Atome geben plötzlich soviel Wärme frei, daß die bereits zu
tief gesunkene Temperatur wieder auf den wirklichen Haltepunkt heraufgetrieben
wird. Die weitere Erstarrung verläuft dann wie in Abb. 5. Eine hierbei aufgenom
mene Kurve zeigt' dort, wo die Temperatur unter den Erstarrungspunkt fiel, den
für eine Unterkühlung kennzeichnenden Knick beim Beginn der Haltepunktsgeraden
(Abb.6).
Bei sehr kleinen Schmelzbädern, die ihre Wärme schnell abstrahlen, ist es
sogar möglich, daß die zu spät einsetzende Kristallisation im Wettlauf mit der
Z& &#
~-----------------
Abb, 6. Abkühlungskurve mit geringer Unterkühlung. Abb. 7. Abkühlungskurve mit starker Unterkühlnng.
Temperatur steigt wieder bis zum Haltepunkt Temperatur erreicht nicht mehr den Haltepunkt
Wärmeabstrahlung und Wärme ableitung unterliegt und die Temperatur nicht wieder
auf den wirklichen Erstarrungspunkt des Metalls hinauftreiben kann. Die hier
bei entstehende Abkühlungskurve (Abb. 7) ist natürlich für eine Bestimmung des
Erstarrungspunktes unbrauchbar.
Unterkühlung kann dadurch verhindert werden, daß man die Schmelze gegen
zu starke Wärmeabstrahlung schützt, das Bad bewegt oder Keime hinzufügt
(impft). Bei exakten Versuchen müssen dies arteigene Keime sein, d. h. kleine feste
Stückehen des gleichen Metalles.
4. Metallmikroskopie
Bevor wir versuchen, weiter in das Innenleben der Metalle einzudringen, wollen
wir einen kleinen Abstecher in ein metallographisches Laboratorium machen und
uns kurz unterrichten, wie ein Stück Metall vorbereitet werden muß, wenn man
davon Gefügebilder herstellen will.
Grundsätzlich wird so vorgegangen, daß man von dem zu untersuchenden
Stück eine kleine handliche Probe abtrennt. Durch geeignete Schleif- und Polier
verfahren, die je nach der Art des Metalles sehr verschieden sein können, wird eine
spiegelglatte Fläche erzeugt. Der Metallograph nennt eine so vorbereitete Probe
einen Schliff. Das Gefüge wird durch Anätzen der polierten Fläche sichtbar ge
macht. Aus einer Fülle von Ätzmitteln muß dasjenige ausgesucht werden, das bei
der vorliegenden Probe den größten Erfolg verspricht.
8 Reine Metalle
Da Metallproben nicht durchsichtig sind, kann der Metallograph nicht wie Medi
ziner und Biologen mit durchfallendem Licht arbeiten. Metallmikroskope sind des
halb Auflichtmikroskope und so konstruiert, daß zuerst Licht senkrecht auf die
Probe geworfen wird. Erst in dem von der Probe zurückgeworfenen (reflektierten)
Licht wird das Gefüge betrachtet.
Wie ein Mikroskop gebaut sein muß, um diesen Anforderungen zu entsprechen,
zeigt stark vereinfacht die Skizze in Abb. 8. Das von der Lichtquelle ausgestrahlte
Licht wird durch eine Linse gerichtet und auf eine ebene Glasscheibe (Planglas)
gelenkt, die unter einem Winkel von 45° zu den ankommenden Lichtstrahlen ge
neigt ist. Ein Teil des J~ichtes geht ungehindert durch diese Glasscheibe hindurch,
während der andere Teil senkrecht nach unten abgelenkt wird und durch ein Ob-
jektiv auf die polierte Fläche der Probe
Auge fällt. Die blanke Probenoberfläche wirft
das Licht wieder zurück durch Objektiv
und Planglas hindurch in das Okular, mit
Okular dem das Bild betrachtet wird. Objektiv
und Okular sind Lupen, die jedoch nicht,
mit einfachen Vergrößerungsgläsern ver
PI(Jng!(Js
glichen werden können, da sie, besonders
-"
beim Objektiv, ein ausgeklügeltes System
mehrerer aufeinander abgestimmter Linsen
darstellen. Das bereits vom Objektiv ver
größerte Bild der Probenoberfläche wi]'(l
Objektiv
l1/krascll/ifj
Ahb. 8. Vereinfachte Darstellung ües Strahlenganges Abb.9. Rcftcxion der Lichtstrahlen:Ln chwnl aufKorll~
in eineIn Auflichtmikroskop gre1lzen geätzten Sehliff
vom Okular nochmals vergrößert. Durch eine Anzahl auswechselbarer Objektive
und Okulare ist es möglich, mit neuzeitlichen Metallmikroskopen Proben bei Ver
größerungen etwa zwischen 10- und 1500fach zu betrachten.
Wie entsteht nun im zurückgeworfenen (reflektierten) Licht das Bild des Ge
füges ~ Der ungeätzte Schliff spiegelt das Licht gleichmäßig. Wir können nur beob
achten, daß unser Blickfeld im Okular stark aufgehellt wird, wenn wir den Schliff
unter das Objektiv schieben. Verunreinigungen wie sie jedes technische Metall ent
hält, sowie manche Gefügebestandteile, z. B. Graphit im Gußeisen, haben ein ge
ringeres Reflexionsvermögen. Sie werfen also, wenn sie im Blickfeld erscheinen.
weniger Licht zurück als die übrige Probenoberfläche. Sie werden dadurch auch
schon vor dem Ätzen sichtbar und sind im ungeätzten Schliff, in dem sie klar au"
dem hellen Untergrund hervortreten, auch meist besser zu beurteilen als im ge
ätzten (Abb. 10).
Den Schliff taucht man nun mit der polierten Fläche in ein Ätzmittel. Für die
Eisenprobe in Abb. 4 wurde hierfür sehr schwache (2%ige) alkoholische Salpeter-