Beobachtung der Mikrostruktur von Materialien unter optischen Mikroskopen
Je nach Organisationsmerkmalen und unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt können Eisen-Kohlenstoff-Legierungen in drei Kategorien eingeteilt werden: industrielles reines Eisen, Stahl und Gusseisen. Industrielles reines Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,0218 % C und einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 2,11 % wird als Stahl bezeichnet, während Legierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 2,11 % als Gusseisen bezeichnet werden.
Die Mikrostruktur von Kohlenstoffstahl und weißem Gusseisen besteht bei Raumtemperatur aus zwei Grundphasen: Ferrit (F) und Zementit (Fe3C).
Aufgrund unterschiedlicher Kohlenstoffgehalte variieren jedoch die relativen Mengen, Ausfällungsbedingungen und Verteilung von Ferrit und Zementit, was zu unterschiedlichen Mikrostrukturformen führt.
Ferrit ist eine feste Lösung von Kohlenstoff in Alpha-Eisen, üblicherweise dargestellt durch das Symbol „F“. Die Ferritstruktur besteht aus gleichachsigen Körnern und einem kubisch raumzentrierten Gitter.
Karbid ist eine Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff, die üblicherweise durch das Symbol „Fe3C“ dargestellt wird. Je nach Zusammensetzung und Entstehungsbedingungen kann Zementit unterschiedliche Formen annehmen.
Perlit ist eine mechanische Mischung aus Ferrit und Zementit, die üblicherweise durch das Symbol „P“ dargestellt wird. Unter normalen Glühbedingungen handelt es sich um eine Schichtstruktur, die durch die abwechselnde Anordnung von Ferrit und Zementit entsteht.
Das Ätzen von reinen Metallen und einphasigen Legierungen ist ein chemischer Auflösungsprozess. Beim Kontakt der polierten Probe mit dem Ätzmittel wird zunächst die Verformungsstörungsschicht auf der polierten Oberfläche aufgelöst und die Mikrostruktur des Stahls wird nicht freigelegt. Dann tritt der chemische Auflösungseffekt an den Korngrenzen auf und die Regelmäßigkeit der Atomanordnung an den Korngrenzen ist relativ schlecht, was zu schneller Korrosion und der Bildung von Rillen führt. Zu diesem Zeitpunkt weist die Legierung polygonale Körner auf. Wenn das Ätzen fortgesetzt wird, löst das Ätzmittel die Körner selbst auf. Aufgrund der ungleichmäßigen Auflösungsrate jedes Korns wird nach dem Ätzen jedes Korn mit einer dichten Atomanordnung auf der Oberfläche freigelegt. Bei vertikaler Lichteinstrahlung werden Körner mit unterschiedlicher Helligkeit angezeigt.
Der Ätzprozess von Zweiphasenlegierungen ist hauptsächlich elektrochemisches Ätzen. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung und Struktur weisen verschiedene Phasen unterschiedliche Elektrodenpotentiale auf und bilden in der Ätzlösung viele Paare kleiner lokaler Zellen. Ferrit hat als Anode ein höheres Elektrodenpotential, das sich beim Ätzen auflöst und tief-liegend und rau wird, während Zementit als Kathode ein positives Potential hat und grundsätzlich nicht korrodiert. Ferrit erscheint unter einem Lichtmikroskop dunkelschwarz, während Zementit hellweiß erscheint.
