Wiki - Gefüge / Gefügephasen

Unter einem metallischen Gefüge versteht man den inneren Aufbau von Metallen. Der Aufbau kann in den atomaren Bereich, den mirkostrukturellen Bereich und in den mikroskopischen Bereich unterteilt werden.

Das Gefüge von Metallen besteht aus vielen kleinen Kristalliten, auch "Körner" genannt. Im Inneren der Körner ist ein regelmässiger (kristalliner) Aufbau vorzufinden. Der innere Aufbau besteht aus Atomen die sich in bestimmten Elementarzellen aufbauen. Der innere Aufbau jedes einzelnen Korns besitzt bestimmte Orientierungen. Zwischen zwei benachbarten Körnern liegt kein definierter oder regelmässiger Aufbau vor, man spricht von den Korngrenzen. Die Eigenschaften des inneren Aufbaus und der vorliegenden Elementarzellen bestimmen zusammen mit den Eigenschaften der Korngrenzen das Verhalten des Werkstoffs wesentlich.
Feinkörnigen Werkstoffen werden gute mechanische Kennwerte zugesprochen. Einkristalline metallische Werkstoffe ohne Korngrenzen sind kriechfest und finden beispielsweise in mechanisch und thermisch hoch beanspruchten Turbineneingangsstufen Anwendung. Zu beachten sind hier jedoch die stark richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften. Grobkorngefüge besitzen schlechte mechanische Gütewerte, sie können z.B. in der WEZ bei Schweissungen mit hohem Wärmeeintrag entstehen und sind möglichst zu vermeiden.

Der atomare Aufbau von Metallen beschreibt die vorliegenden Elemente und Bindungen im inneren der Kristallite oder auch "Körner" des Gefüges. Je nach vorliegenden atomaren Bestandteilen können die Eigenschaften einen verformungsfähigen (duktilen) oder einen spröden Charakter annehmen. Liegen metallische Bindungen vor, so ist der Werkstoff meist duktil. Kommen nichtmetallische Elemente in das Metall, so können Bindungen mit dem spröden Charakter einer Ionenbindung vorliegen, wie es bei Keramiken der Fall ist.

Unter dem mikrostrukturelle Aufbau von Metallen wird die vorliegende Form der Elementarzellen in dem Gefüge verstanden. In Stahlwerkstoffen kommen drei unterschiedliche Arten von Elementarzellen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften vor.
- Austenitische (kubisch-flächenzentrierte) Strukturen sind gut verformungsfähig, sie besitzen jedoch aufgrund ihrer hohen Packungsdichte eine schlechtes Lösungsvermögen für Fremdelemente und sind daher beim Schweissen heissrissgefährdet.
- Ferritische (kubisch-raumzentrierte) Strukturen besitzen ein gutes Lösungsvermögen für Fremdelemente, die Verformungsfähigkeit ist jedoch erschwert.
- Martensitisches Gefüge (tetragonal verzerrtes Gitter) entsteht, wenn beim Umwandeln von Austenit ein gewisser Kohlenstoffgehalt im Gefüge vorliegt und das Gefüge rasch abgekühlt wird so dass eine Diffusion des Kohlenstoffs bei der Umwandlung des Gefüges unterbunden wird. Martensitische Strukturen sind hart und spröde. Sie sind die Grundlage beim Härten von umwandlungsfähigen Werkstoffen.

Im mikroskopischen Bereich kann man z.B. die Korngrössen im Gefüge beurteilen und daraus auf die zu erwartenden mechanischen Eigenschaften schliessen.