Herausgegeben von Herrmann Schumann* und Heinrich Oettel. Metallografie. 14. Auflage WILEY- VCH. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

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1 Herausgegeben von Herrmann Schumann* und Heinrich Oettel Metallografie 14. Auflage WILEY- VCH WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

2 VIII Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Strukturen metallischer Werkstoffe Der metallische Zustand Der kristalline Aufbau von Metallen und Legierungen Geometrische Beschreibung des Kristallaufbaus Kristallstrukturen von Metallen und Legierungen Chemische Bindung und Kristallbauprinzipien Mischkristalle Intermetallische Verbindungen Einlagerungsphasen (intermediäre Phasen) Polymorphie Kristallbaufehler Klassifizierung von Kristallbaufehlern Punktdefekte Versetzungen Flächendefekte Volumendefekte Amorphe Metalle und Legierungen Gefüge von Metallen und Legierungen 45 IAA Gefügebegriff, innere Grenzflächen Gefügebildende Prozesse Gefügeelemente, Gefügebestandteile und Gefügetypen Kristallografische Beziehungen 52 2 Metallografische Arbeitsverfahren Ziel und Methoden metallografischer Untersuchungen Lichtmikroskopie Optische Grundlagen Polarisation Brechung Absorption und Reflexion Interferenz und Beugung Linsen Aufbau und Wirkungsweise von Auflichtmikroskopen 68 Mctallografie, 14. Auflage. Herausgegeben von H. Oettel und H. Schumann Copyright 2005 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN X

3 Inhaltsverzeichnis \ IX Optische Elemente von Auflichtmikroskopen Zur Theorie der mikroskopischen Abbildung Abbildungsfehler Verfahren der Auflichtmikroskopie Hellfeldabbildung Dunkelfeldabbildung Phasenkontrastverfahren Polarisationsmikroskopie Interferenzmikroskopie Interferenzschichtenmikroskopie Mikroskopie mit konfokaler Abbildung Stereomikroskopie Mikroreflexionsmessung Dokumentationsverfahren Wiedergabe mikroskopischer Bilder Arbeitsschritte bei der Dokumentation Fototechnik Videotechnik Präparation Anschliffvorbereitung Probenahme Einfassen Anschliffherstellung Allgemeines zu metallografischen Abtragsverfahren, zum Schleifen und mechanischen Polieren Grundlagen der Mikrospanung Schleifen Mechanisches Polieren Weitere spanende Abtragsverfahren Chemisch-mechanisches Polieren Elektrochemischer Metallabtrag Auswahl der Präparationsmethoden Methodenauswahl nach mechanischen Präparationseigenschaften Vor-Ort-Metallografie Kontrastierung Chemisches und elektrochemisches Ätzen Physikalische Kontrastierung Quantitative Gefügeanalyse Einleitung Geometrische Gefügekenngrößen Methoden der Bildverarbeitung und -analyse Kennwerte von Schnittprofilen Messung der Grundparameter Teilchengrößenverteilungen Röntgen verfahren 284

4 X Inhaltsverzeichnis Raumgitterinterferenzen Ein- und Vielkristallinterferenzen Vielkristalldiffraktometrie Anwendungen der Röntgendiffraktometrie Röntgenografische Phasenanalyse Röntgenografische Untersuchung von Mischkristallen Röntgenografische Korngrößenbestimmung Ermittlung von Versetzungsdichten Texturen Rasterelektronenmikroskopie und Elektronenstrahlmikroanalyse Wechselwirkung beschleunigter Elektronen mit Materie Rasterelektronenmikroskopie Elektronenstrahlmikroanalyse Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Grundlagen der Transmissionselektronenmikroskopie Elektronenbeugung Elektronenmikroskopische Kontraste A Probenpräparation Analytische TEM Rastersondenmikroskopie Akustische Mikroskopie Mikrohärte Konventionelle Mikrohärtemessung Registrierende Härtemessung Anwendungen der Mikrohärtemessungen Gefugeuntersuchungen bei hohen und tiefen Temperaturen Hochtemperaturmikroskopie Tieftemperaturmikroskopie Möglichkeiten und Grenzen der Hoch- und Tieftemperaturmikroskopie Phasengleichgewichte und Zustandsdiagramme Thermodynamische Grundlagen Legierungen, Phasen und Phasengleichgewichte Zur Thermodynamik von Mischkristallen Diffusion Grundvorstellungen zu Zustandsdiagrammen Einkomponentensysteme Zweikomponentensysteme (binäre Zustandsdiagramme) Legierungen mit unbegrenzter Löslichkeit im festen Zustand Legierungen mit Mischungslücken im festen Zustand Entmischung, Ordnung und Bildung intermetallischer Phasen in Mischkristallen Eutektische Systeme Peritektische Systeme 392

5 Inhaltsverzeichnis I XI Eutektoide und peritektoide Umwandlungen Mischungslücken im flüssigen Zustand Komplexe Zustandsdiagramme Grundvorstellungen über Dreistofflegierungen (ternäre Systeme) Grafische Darstellung der Zusammensetzung von Dreistofflegierungen Hebelgesetz bei ternären Legierungen Ternäre Zustandsdiagramme Isotherme und Temperatur-Konzentrations-Schnitte Arten und Kinetik von Phasenumwandlungen Systematik der Phasenumwandlungen Diffusionskontrollierte Phasenumwandlungen Martensitische Phasenumwandlungen Zeit-Temperatur-Diagramme Verfahren zur Bestimmung von Zustandsdiagrammen Thermoanalyse Dilatometrie Einfluss der Verarbeitung und Behandlung auf die Cefügeausbildung von Metallen und Legierungen Gießen von Metallen Zustand metallischer Schmelzen Erstarrungsprozess Gussgefüge Seigerungen Lunker Gasblasen Fremdeinschlüsse Plastische Formgebung und Rekristallisation von Metallen Kaltumformung Spannungs-Dehnungs-Diagramm Verformung durch Gleiten Verformung durch Zwillingsbildung Härtungsmechanismen Vergleich zwischen Einkristall- und Vielkristallplastizität Kornstreckung und Verformungstexturen Eigenschaftsänderungen durch Kaltumformung Entfestigungsvorgänge Kristallerholung Primäre Rekristallisation Kornwachstum Einfluss technischer Rekristallisationsvorgänge auf die Gefügebildung Warmumformung 514

6 XII Inhaltsverzeichnis 4.3 Löten und Schweißen von Metallen Löten Weichlöten Hartlöten Schweißen Schmelzschweißen Pressschweißen Oberflächenbehandlungen Grundlegende Verfahren zur Oberflächenbehandlung Beschichtungsverfahren Beschichtungsverfahren mit atomarer Deposition des Beschichtungsmaterials Beschichtungsverfahren mit makroskopischen Depositionen des Schichtmaterials Schmelztauchen Randschichtbehandlungen Chemisch-thermische Behandlungen Energetische Randschichtbehandlungen Eisen und Eisenlegierungen Roheisen- und Stahlherstellung im Überblick Gefüge des reinen Eisens und der Eisenlegierungen Reines Eisen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen Polymorphe Phasenumwandlungen Umwandlungen beim Erwärmen Umwandlungen beim Abkühlen Allgemeine Betrachtungen Erstarrung Perlitbildung Martensitbildung Bainitbildung Thermische Verfahren der Gefugebeeinflussung Fertigungsgerechte werkstoffunabhängige Verfahren Rekristallisierendes Glühen Sphäroidisierendes Glühen Grobkorn- und Diffusionsglühen Fertigungsgerechte werkstoffspezifische Verfahren Normalglühen Glühen auf bestimmte Eigenschaften Beanspruchungsgerechte Verfahren Vergüten und Bainitisieren Normalisierendes Umformen Thermomechanisches Umformen Technische Eisenlegierungen 665

7 Inhaltsverzeichnis XIII Schweißbare Baustähle Stähle höherer Festigkeit Stähle für tiefe Temperaturen Stähle für hohe Temperaturen Stähle mit besonderen Korrosionseigenschaften Stähle mit besonderen magnetischen Eigenschaften Stähle mit besonderen Verarbeitungseigenschaften Stähle mit besonderen Verschleißeigenschaften Gusseisen Cefüge der technischen Nichteisenmetalle und ihrer Legierungen Kupfer und seine Legierungen Reines Kupfer Messinge Sondermessinge Zinnbronzen Aluminiumbronzen und Mehrstoffaluminiumbronzen Blei- und Blei-Zinn-Bronzen Berylliumbronzen Kupfer-Nickel-Legierungen Nickel und seine Legierungen Reines Nickel Nickellegierungen Cobalt und seine Legierungen Reines Cobalt Cobaltlegierungen Zink und seine Legierungen Reines Zink Zinklegierungen Aluminium und Aluminiumlegierungen Reines Aluminium Aluminium-Silicium-Legierungen Aluminium-Magnesium-Legierungen und Aluminium-Mangan- Legierungen Weitere Mehrstofflegierungen Magnesium und Magnesiumlegierungen Reines Magnesium Magnesiumlegierungen Titan und Titanlegierungen Reines Titan a- und near a-legierungen (a + ß)-Legierungen Metastabile ß-Legierungen Stabile ß-Legierungen Edelmetalle und ihre Legierungen 880

8 XIV Inhaltsverzeichnis Übersicht Silber und seine Legierungen Reines Silber Silber-Nickel Silber-Kupfer Silber-Cadmium Silber-Palladium Dispersionsgehärtete Silberlegierungen Gold und seine Legierungen Reines Gold Gold-Nickel Gold-Silber Gold-Silicium Platin und seine Legierungen Reines Platin Platin-Rhodium und Platin-Iridium Weitere Nichteisenmetalllegierungen Lotwerkstoffe Gleitlagerwerkstoffe 904 Stichwortverzeichnis 947