Metallografie & Schliffbildanalyse: Porosität nach ASTM E1245
Metallografische Schliffpräparation für AM-Metalle: Trennen, Einbetten, Diamantpolitur, quantitative Bildanalyse nach ASTM E1245, Unterscheidung von Keyhole und Bindefehlern.
Die metallografische Schliffbildanalyse ist das fundamentale zerstörende Referenzverfahren zur Beurteilung der Gefügequalität additiv gefertigter Metallbauteile. Durch hochpräzises Trennen, warmes oder kaltes Einbetten und stufenweises Diamantpolieren wird eine spiegelblanke Querschnittsfläche präpariert. Mittels automatisierter digitaler Mikroskopie und quantitativer Bildanalyse nach ASTM E1245 und ISO 52905 werden relative Dichte (> 99.8 %), Porengrößenverteilung, Sphärizität und Porenursachen (Keyhole- vs. Lack-of-Fusion- vs. Gasporen) im Mikrometerbereich bestimmt.
- Quantitative 2D-Bildanalyse liefert absolute Dichtewerte mit einer Auflösung unter 0.05 % Porosität.
- Porenmorphologie: Sphärische Gasporen vs. scharfkantige, schlitzförmige Bindefehler (Lack-of-Fusion).
- Farbaätzungen (z. B. Kroll, Adler, Kalling II) legen Schmelzspuren, Erstarrungsfronten und Texturen offen.
- Normative Basis nach ASTM E1245, ASTM E3 und DIN EN ISO 52905 für Fertigungsfreigaben.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Porentyp | Gaspore (Feedstock) | Keyhole-Pore (Dampfkapillare) | Bindefehler (Lack-of-Fusion) |
|---|---|---|---|
| Geometrische Form | Perfekt kreisförmig (Sphäre) | Kreisförmig bis oval, tief liegend | Unregelmäßig, scharfkantig, länglich |
| Typische Größe | 5 - 30 µm | 20 - 80 µm | 50 - 300 µm (groß) |
| Inhalt / Einschlüsse | Argongas aus Pulververdüsung | Vakuum / Prozessschmauch | Unaufgeschmolzenes Pulverkorn |
| Ursache | Hohlkugeln im Ausgangspulver | Überhitzung, instabile Kapillare | Zu geringe Laser-Volumenenergie |
| Einfluss auf Schwingfestigkeit | Gering bis moderat | Moderat | Extrem kritisch (starke Kerbwirkung) |
Präparationsmethodik: Vermeidung von Schmier- und Ausreißeffekten
Bei weichen oder duktilen AM-Metallen (Aluminium, Reinkupfer, Austenit) führen falsche Polierdrücke dazu, dass weiches Metall über offene Poren geschmiert wird. Die Bildanalyse misst dann fälschlicherweise eine zu hohe Dichte. Nach dem Feinschliff mit SiC-Papier folgt eine Diamantsuspensionspolitur und ein finales chemo-mechanisches Polieren mit kolloidaler Kieselsäure (OPS / 0.05 µm). Erst dies garantiert artefaktfreie Schliffbilder.
Ätztechniken zur Sichtbarmachung von Schmelzbadüberlappungen
Durch materialspezifische Ätzmittel werden Phasengrenzen und Kornorientierungen angegriffen: Kroll-Reagenz für Titanlegierungen, Kalling II für Nickelbasis (Inconel), V2A-Beize für Edelstähle. Unter polarisiertem Licht werden die schuppenförmigen Schmelzraupen (Fischschuppenmuster), Überlappungen und säulenförmige Körner (Epitaxie über Schichtgrenzen hinweg) gestochen scharf sichtbar.
Automatische Schwellenwert-Segmentierung (Binarisierung)
Moderne Bildverarbeitungssoftware nimmt Panoramabilder von 10 x 10 mm Schliffgröße auf. Ein Binarisierungsalgorithmus trennt die reflektierende Metallmatrix (weiß) von Poren (schwarz). Für jede Pore werden Fläche, Feret-Durchmesser und Rundheitsfaktor (Circularity = 4*pi*Area / Perimeter^2) berechnet. Werte unter 0.5 kennzeichnen gefährliche Bindefehler.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
In welcher Richtung sollten Schliffe gelegt werden?
Wie viele Messfelder sind für eine belastbare Dichteaussage nötig?
Wie korreliert das Schliffbild mit der Archimedes-Dichtemessung?
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