Gefüge

Als Gefüge bezeichnet man in der Werkstoffkunde die Erscheinungsform von Werkstoffen (i. A. handelt es sich dabei um Vielkristalle) unter mikroskopischer Betrachtung.

Üblicherweise sind die Kristalle mikroskopisch klein, man bezeichnet sie auch als Kristallite oder Körner. Die Berührungsflächen zwischen den Körnern werden Korngrenzen genannt (schematisch sind Körner und Korngrenzen in Bild 1 dargestellt). Das Gefüge ist die rein beschreibende Anordnung der Bestandteile von Metallen und Legierungen, d. h. deren Körner und Phasen inklusive deren Defekte wie Lunker oder Poren (siehe Gasporosität) oder Gefügeanomalien.

Definition Phase:
Als Phase wird ein einheitlicher, homogener Bereich hinsichtlich atomarer Zusammensetzung und atomarer Anordnung bezeichnet. Auch Mischkristalle als "atomare Mischungen" werden als Phase, also als einheitlich und homogen bezeichnet. Die Heterogenität ist erst im Bereich atomarer Abmessungen nachweisbar. Der Begriff Phase erfordert daher die Betrachtung hinreichend großer Bereiche, so dass von einem einheitlichen, homogenen Erscheinungsbild gesprochen werden kann. Das Gefüge ist daher nur die Sammel-Bezeichnung für vorliegende Phasen und Defekte.

Bestimmende Einflussfaktoren für das Gefüge sind folglich die Phasen, bzw. deren

  • Art,
  • Größe,
  • Form,
  • mengenmäßige Verteilung,
  • Orientierungsbeziehungen und Anordnung.

Vielfach lassen sich die bei der Erstarrung und Abkühlung entstehenden Phasen aus dem Zustandsschaubild (deshalb auch "Phasendiagramm" genannt) ableiten und vorhersagen. Beispielhaft sind ein eutektisches System (siehe Eutektikum) und die sich daraus ergebenden Phasen in Bild 2 ersichtlich. Ein derartiges System bildet auch Aluminium mit Silizium aus, die Gefügeausbildung bei Al-Si-Legierungen kann Bild 3 entnommen werden.

Die Metallografie versucht mittels optischer und elektronenoptischer Verfahren das Gefüge sichtbar zu machen. Dazu werden Materialproben ausgearbeitet, geschliffen (daher stammt der Begriff Schliff oder Schliffbild) und poliert und ggf. geätzt (s. Ätzen), wodurch das Gefüge und die unterschiedlichen Phasen im metallografischen Schliff deutlich unterscheidbar werden.

Viele Eigenschaften von Metallen und Legierungen sind von der Mikrostruktur abhängig (Zugfestigkeit, Dehnung, Bearbeitbarkeit …). Der Elastizitäsmodul und die thermische Ausdehnung hängen dagegen von den Gitterkräften ab und sind daher als Werkstoffkonstanten anzusehen.

Weiterführende Stichworte:
Erstarrungsgefüge
Gefügeausbildung von Gusseisen
Gefügegrundmasse
Gussgefüge
Schliff, Schliffbild, Schliffherstellung

Literatur:
Bargel J., Schulze G., Werkstoffkunde, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008.

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