Die Zusammensetzung (Elementzusammensetzung) eines Materials

Anhand der Zusammensetzung wird ein Material klassifiziert, beispielsweise niedriglegierte und hochlegierte Stähle.

Heutige Werkstoffe sind Produkte mit einer fein abgestimmten Zusammensetzung. Abweichungen dieser Zusammensetzung können durchaus zu einer Änderung der Eigenschaften führen.

Grundlegend lässt sich anhand der elementaren Zusammensetzung klären, ob der richtige Werkstoff eingesetzt wurde und ob die Normgehalte erfüllt sind. Weiterhin lassen sich mit dem Wissen um die elementare Zusammensetzung Aussagen über das Verhalten des Werkstoffes treffen, wie z.B. dem Korrosionsverhalten oder dem Ausscheidungsverhalten.

Welchen Hintergrund hat die Bestimmung der Werkstoffzusammensetzung?

Welche Eigenschaften ein Werkstoff erhält, hängt direkt mit dessen elementaren Zusammensetzung zusammen. Natürlich sind die Eigenschaften auch von der weiteren Verarbeitung, Wärmebehandlung und Bearbeitung abhängig, doch auch diese Schritte sind abhängig von der ursprünglichen Zusammensetzung.

Nicht nur im Rahmen einer Qualitätssicherung spielt das Wissen um die Zusammensetzung eine entscheidende Rolle. Über die Zusammensetzung wird der Werkstoff klassifiziert und gegenüber anderen Legierungen abgegrenzt. Weitere Aspekte sind unter anderem:

Korrosionsbeständigkeit: Damit ein Werkstoff nicht oder nur gering mit seiner Umgebung reagieren kann, muss er eine gewisse Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Das betrifft nicht nur den Werkstoffeinsatz in der chemischen Industrie, sondern kann überall auftreten. In der DIN EN ISO 8044 sind die Korrosion als eine Reaktion des Werkstoffes mit der Umwelt definiert und die möglichen Korrosionsarten aufgeführt. Da es mehrere Korrosionsarten gibt, die auf verschiedenen Effekten beruhen, ist die Korrosionsbeständigkeit von Werkstoffen ein weites Feld, das mit der elementaren Zusammensetzung beginnt.

Oxidationsverhalten: Von besonderer Bedeutung im Umfeld höherer Temperaturen ist das Oxidationsverhalten der werkstoffe. Hierbei ist die Oxidbildung eines Werkstoffes wichtig, wobei sich jedes Element innerhalb eines Werkstoffes bei gegebener Temperatur und dem Sauerstoffpartialdruck verhält. Optimal sind Elemente, die ein stabiles, dichtes Oxid bilden können, um das Material zu schützen.

Härtbarkeit, Wärmebehandlung: Viele metallische Legierungen lassen sich durch gezielte Änderung der Zusammensetzung und durch eine Wärmebehandlung in deren Gefüge und Ausscheidungsverhalten ändern. So lassen sich Zustände einstellen, die zu einer erhöhten mechanischen Widerstandsfähigkeit führen.

Kriechbeständigkeit: Soll der Werkstoff beständiger gegen Kriechvorgänge werden, können u.a. eine Mischkristallhärtung, Dispersionshärtung oder Ausscheidungshärtung angewandt werden. Hierzu werden der Legierung spezielle Elemente beigefügt. Für eine Mischkristallhärtung bei Stählen verwendet man z.B. Refraktärmetalle wie Wolfram oder Molybdän.

Verformbarkeit: Am Beispiel des Silizium in Eisenlegierungen (Stahl) lässt sich die Wirkung verdeutlichen. So bewirkt bereits ein Gehalt ab 3 Gew.-%, dass sich der Stahl nicht kalt verfomen lässt. Die Warmverformbarkeit wird bei Siliziumgehalten von mehr als 7 Gew.-% deutlich erschwert.


Welche Materialien können wir prüfen?

Die meisten metallischen und halbmetallischen Materialien lassen sich in unserem Hause analysieren. Standardmäßig erhält man die elementare Zusammensetzung aller Majoritätelemente, aber auch der Minoritätselemente. Je nach Werkstoff, Form des Werkstückes und dessen Zugänglichkeit, stehen uns unterschiedliche Verfahren zur Verfügung.

Auch für Gläser, Keramiken und andere anorganische Materialien bieten sich unsere Methoden an:

  • Funkenspektralanalyse (F-OES)
  • Röntgenfluoreszenz (RFA) und Mikro-RFA
  • Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
  • Wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie (WDX)
  • Massenspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)
  • optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES)

Auch für Kunststoffe und Elastomere bieten wir Ihnen umfangreiche Analysemöglichkeiten an. Weitere Informationen hierzu.


Funkenspektralanalyse vor Ort: Die mobile F-OES

Nicht alle Probenstücke lassen sich einsenden und im Labor untersuchen. Das kann der Fall sein, wenn das Bauteil nicht ohne Weiteres ausgebaut werden kann oder zerstört werden darf. Soll dennoch das Material auf dessen Zusammensetzung hin untersucht werden, hilft Ihnen unsere mobile Materialanalyse weiter.

Mit der mobilen Funkenspektralanalyse lassen sich die Zusammensetzung von Stahl, Eisenwerkstoffen, Leichtmetallen und vielen Sonderlegierungen bestimmen. Und das bei Ihnen vor Ort. Das Bauteil muss dabei lediglich zugänglich sein und die metallische Oberfläche frei liegen. Viele Fragestellungen lassen sich so bereits lösen.


 

Im Raum Aachen, Köln, Jülich, Mönchengladbach und Düsseldorf sind wir damit Ihr kompetenter Partner für Materialprüfungen von Metallen (Stahl oder NE-Metalle), Kunststoffen, Gläsern, Keramiken, Pulvern und Partikeln.

Weitere Informationen finden Sie hier.

Dienstleistungen, Beispiele, Lexikon und Datenbanken

Auf diesen Seiten finden Sie eine Übersicht unserer Dienstleistungen. Im Mittelpunkt unserer Arbeit stehen diverse Materialien und deren Charakterisierung. Genauso bieten wir unsere Hilfe an, falls es zu Materialfehlern oder Schadensfällen kommt. Anhand ausgewählter Beispiele können Sie sich ein Bild unserer Tätigkeit machen.


Unsere Dienstleistungen für Sie

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Lexikon und Begriffserklärung

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Begriffe der Oberflächenanalytik und Oberflächentechnik:

Begriffe der Materialprüfung und Materialkennwerte: