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Fachbuch_77_Farbsätze_IILP

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E. Weck · E. Leistner<br />

FACHBUCHREIHE SCHWEISSTECHNIK<br />

Metallographische<br />

Anleitung zum Farbätzen<br />

nach dem Tauchverfahren<br />

Teil II: Farbätzmittel nach Beraha und ihre<br />

Abwandlungen<br />

Metallographic instructions<br />

for colour etching by<br />

immersion<br />

Part II: Beraha colour etchants and their different variants


E. Weck · E. Leistner<br />

(fachliche Überarbeitung G. Weilnhammer)<br />

Metallographische<br />

Anleitung zum Farbätzen<br />

nach dem Tauchverfahren<br />

Teil II: Farbätzmittel nach Beraha und ihre<br />

Abwandlungen<br />

Metallographic instructions<br />

for colour etching by<br />

immersion<br />

Part II: Beraha colour etchants and their different variants


Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek<br />

Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte<br />

bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.<br />

<strong>Fachbuch</strong>reihe Schweißtechnik<br />

Band/Volume <strong>77</strong>/II<br />

2., überarbeitete Auflage (fachliche Überarbeitung G. Weilnhammer)<br />

ISBN: 978-3-96144-217-1 (Print)<br />

ISBN: 978-3-96144-218-8 (E-Book)<br />

Alle Rechte vorbehalten.<br />

© DVS-Media GmbH, Düsseldorf · 2023<br />

Herstellung: Print Media Group GmbH & Co. KG, Hamm


Vorwort<br />

Das vorliegende <strong>Fachbuch</strong>, Teil II „Farbätzmittel nach<br />

Beraha und ihre Abwandlungen“ der dreiteiligen Ausgabe<br />

„Metallographische Anleitung zum Farbätzen nach<br />

dem Tauchverfahren“, das ich die Ehre hatte, überarbeiten<br />

zu dürfen, wurde ursprünglich von Frau Erika<br />

Weck in Zusammenarbeit mit Frau Elisabeth Leistner<br />

nach den Vorgaben von Dr. Emanuel Beraha verfasst.<br />

Frau Weck hat die damals noch in den Kinderschuhen<br />

steckenden Farbätztechniken weiter entwickelt und auf<br />

den Weg gebracht und dafür gesorgt, dass diese Eingang<br />

gefunden haben in die modernen Labore und heute bei der<br />

Untersuchung verschiedener Werkstoffgruppen nicht mehr<br />

wegzudenken sind.<br />

Herzlich gedankt sei an dieser Stelle der Schweißtechnischen<br />

Lehr- und Versuchsanstalt München (GSI mbH,<br />

Niederlassung SLV München), aus deren reichem Fundus<br />

die meisten der abgebildeten Beispiele stammen und der<br />

Firma Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbh (IABG),<br />

die ebenfalls verschiedene Beispiele zur Verfügung gestellt<br />

hat.<br />

Forstern, im Januar 2023<br />

G. Weilnhammer<br />

Foreword<br />

The present technical book, Part II “Colour Etching Agents<br />

according to Beraha and their Modifications” of the threepart<br />

edition “Metallographic Instructions for Colour Etching<br />

by the Dip Process”, which I had the honour of revising,<br />

was originally written by Mrs. Erika Mrs. Erika Weck in collaboration<br />

with Mrs. Elisabeth Leistner according to the<br />

specifications of Dr. Emanuel Beraha.<br />

Mrs Weck further developed and launched the colour etching<br />

techniques, which were still in their infancy at the time,<br />

and ensured that they found their way into modern laboratories<br />

and are now indispensable in the examination of<br />

various groups of materials.<br />

I would like to take this opportunity to thank the<br />

Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Munich<br />

(GSI mbH, branch SLV Munich), from whose rich fund most<br />

of the examples shown of the examples illustrated and to<br />

the company Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbh<br />

(IABG), which also provided various examples.<br />

Forstern, January 2023<br />

G. Weilnhammer


Inhaltsverzeichnis<br />

Vorwort<br />

Einleitung ............................................................................................................................................................................ 1<br />

1 Schliffherstellung zu den einzelnen Ätzmitteln ............................................................................................................ 2<br />

1.1 Farbätzmittel nach Beraha und ihre Abwandlungen ...................................................................................................... 2<br />

1.2 Farbätzmittel nach Lichtenegger und Bloech und ihre Abwandlungen ......................................................................... 2<br />

2 Farbätzmittel nach Beraha ............................................................................................................................................. 4<br />

2.1 Allgemeine Angaben ..................................................................................................................................................... 4<br />

2.2 Ansetzen der einzelnen Stammlösungen ..................................................................................................................... 4<br />

2.3 Farbätzmittel B I ............................................................................................................................................................ 4<br />

Unlegierte und niedriglegierte Stähle, Manganhartstahl ...................................................................................................... 4<br />

2.3.1 Anwendungsbeispiele I .............................................................................................................................................. 6<br />

Martensit mit Restaustenit ................................................................................................................................................... 6<br />

Martensit mit Bainit, Ferrit und Perlit .................................................................................................................................... 6<br />

2.3.2 Schweißverbindungen zwischen austenitischen Chrom-Nickel-Stählen<br />

und unlegierten oder niedriglegierten Stählen ................................................................................................................. 10<br />

Manganhartstahl ................................................................................................................................................................. 10<br />

Verformungsmartensit in austenitischen Stählen ............................................................................................................... 10<br />

Ferritischer Chromstahl ...................................................................................................................................................... 10<br />

Strukturloser Martensit ....................................................................................................................................................... 10<br />

2.3.3 Reibschweißverbindungen zwischen unlegiertem Stahl und Schnellarbeitsstahl<br />

sowie niedriglegiertem Stahl und Ventilstahl ................................................................................................................... 16<br />

Stahl mit Messinglot ........................................................................................................................................................... 16<br />

2.4 Farbätzmittel B II ......................................................................................................................................................... 19<br />

Hochlegierte Stähle ............................................................................................................................................................ 19<br />

2.4.1 Anwendungsbeispiele II ........................................................................................................................................... 20<br />

Austenitischer Chrom-Nickel-Stahl – Grundwerkstoffe und Schweißverbindungen .......................................................... 20<br />

2.5 Farbätzmittel B III ........................................................................................................................................................ 25<br />

Nickel-Basis und Kobalt-Basis-Legierungen sowie austenitischer Stahl mit Silberlot ...................................................... 25<br />

2.5.1 Anwendungsbeispiele: Nickel-Basis-Legierungen.................................................................................................. 26<br />

Gusslegierungen ................................................................................................................................................................ 26<br />

Walzlegierungen ................................................................................................................................................................. 26<br />

Schweißverbindungen an Walzlegierungen ....................................................................................................................... 26<br />

Hartlötverbindungen ........................................................................................................................................................... 27<br />

2.5.2 Anwendungsbeispiele III .......................................................................................................................................... 39<br />

Kobalt-Basis-Legierungen .................................................................................................................................................. 39<br />

2.5.3 Anwendungsbeispiele IV .......................................................................................................................................... 44<br />

Austenitischer Chrom-Nickel-Stahl mit Silberlot ................................................................................................................ 44<br />

2.6 Farbätzmittel B III verstärkt – B III 1 und B III 2 ......................................................................................................... 44<br />

Nickel-Basis-Legierungen mit einem Molybdängehalt von etwa 9 und mehr Gew.-% ..................................................... 44<br />

2.6.1 Anwendungsbeispiele V ........................................................................................................................................... 44<br />

B III 1 .................................................................................................................................................................................. 44<br />

B III 2 .................................................................................................................................................................................. 44<br />

3 Farbätzmittel nach Lichtenegger und Bloech – LB I .................................................................................................. 48<br />

Austenitische Chrom-Nickel-Stähle ................................................................................................................................... 48<br />

3.1 Anwendungsbeispiele VI ............................................................................................................................................. 48<br />

Austenit, δ-Ferrit, Kristallseigerungen ................................................................................................................................ 49<br />

Werkstoffverwechslungen .................................................................................................................................................. 56<br />

Verbreiterte Korngrenzen .................................................................................................................................................... 56<br />

4 Ätzanleitung: LB I im Vergleich zu B II ......................................................................................................................... 59<br />

Austenitische Chrom-Nickel-Stähle mit mehreren Phasen ................................................................................................ 59<br />

4.1 Anwendungsbeispiele VII ............................................................................................................................................ 59<br />

Stähle mit Austenit, Karbiden und hohem δ -Ferritanteil ................................................................................................... 59<br />

Stähle mit Austenit, δ-Ferrit, Karbiden und durch Glühen entstandene σ-Phase .............................................................. 59<br />

Stähle mit Austenit, δ-Ferrit, Martensit und Karbiden ........................................................................................................ 59


Inhaltsverzeichnis<br />

5 Abgeänderte Farbätzmittel nach Lichtenegger und Bloech ..................................................................................... 69<br />

Legierte Stähle sowie Nickel-Basis- und Kobalt-Basis-Legierungen ................................................................................ 69<br />

5.1 Anwendungsbeispiele VIII ........................................................................................................................................... 71<br />

LB II .................................................................................................................................................................................... 71<br />

LB III ................................................................................................................................................................................... 71<br />

LB IV ................................................................................................................................................................................... <strong>77</strong><br />

LB V .................................................................................................................................................................................... <strong>77</strong><br />

6 Zusammensetzung der untersuchten Nickel-Basis-Legierungen ............................................................................ 80<br />

7 Schrifttum ....................................................................................................................................................................... 81


Contents<br />

Foreword<br />

Introduction ......................................................................................................................................................................... 1<br />

1 Preparation of specimens for the individual etchant ................................................................................................... 3<br />

1.1 Beraha colour etchants and their variants ..................................................................................................................... 3<br />

1.2 Lichtenegger and Bloech colour etchants and their variants ......................................................................................... 3<br />

2 Beraha colour etchants .................................................................................................................................................. 5<br />

2.1 General details ............................................................................................................................................................... 5<br />

2.2 Preparation of the individual stock solutions ............................................................................................................... 5<br />

2.3 Colour etchant B I ......................................................................................................................................................... 5<br />

Non-alloy and low-alloy steels, high-manganese steel ........................................................................................................ 5<br />

2.3.1 Examples of applications I ......................................................................................................................................... 7<br />

Martensite containing residual austenite .............................................................................................................................. 7<br />

Martensite containing bainite, ferrite and pearlite ................................................................................................................ 7<br />

2.3.2 Welds between austenitic chromium-nickel steels and non-alloy or low-alloy steels ......................................... 11<br />

High-manganese steel ....................................................................................................................................................... 11<br />

Strain-induced martensite in austenitic steels ................................................................................................................... 11<br />

Ferritic chromium steel ....................................................................................................................................................... 11<br />

Amorphous martensite ....................................................................................................................................................... 11<br />

2.3.3 Friction welds between non-alloy steel and high-speed steel, and between low-alloy steel and valve steel .... 16<br />

Steel and copper-zinc brazing alloy ................................................................................................................................... 16<br />

2.4 Colour etchant B II ...................................................................................................................................................... 19<br />

High alloy steels ................................................................................................................................................................. 19<br />

2.4.1 Examples of applications II ...................................................................................................................................... 20<br />

Austenitic chromium-nickel steel, base metals, and welded joints ................................................................................... 20<br />

2.5 Colour etchant B III ..................................................................................................................................................... 25<br />

Nickel-base alloys and cobalt-base alloys, and austenitic steel with silver solder ............................................................ 25<br />

2.5.1 Examples of applications: Nickel-base alloys ........................................................................................................ 27<br />

Cast alloys .......................................................................................................................................................................... 27<br />

Rolled alloys ....................................................................................................................................................................... 27<br />

Welds in rolled alloys .......................................................................................................................................................... 28<br />

Brazed joints ....................................................................................................................................................................... 28<br />

2.5.2 Examples of applications III ..................................................................................................................................... 39<br />

Cobalt-base alloys ............................................................................................................................................................. 39<br />

2.5.3 Examples of applications IV ..................................................................................................................................... 45<br />

Austenitic chromium-nickel steel with silver brazing alloy ................................................................................................. 45<br />

2.6 Concentrated colour etchant B III – B III 1 and B III 2 ............................................................................................... 45<br />

Nickel-base alloys with a molybdenum content of about 9% by weight and above ......................................................... 45<br />

2.6.1 Examples of applications V ...................................................................................................................................... 45<br />

B III 1 .................................................................................................................................................................................. 45<br />

B III 2 .................................................................................................................................................................................. 45<br />

3 Lichtenegger and Bloech colour etchants – LB I ....................................................................................................... 49<br />

Austenitic chromium-nickel steels ..................................................................................................................................... 49<br />

3.1 Examples of applications VI ........................................................................................................................................ 51<br />

Austenite, δ-ferrite, microsegregations .............................................................................................................................. 51<br />

Use of wrong materials ...................................................................................................................................................... 56<br />

Widened grain boundaries ................................................................................................................................................. 56<br />

4 Etching directions: LB I compared with B II ............................................................................................................... 60<br />

Austenitic chromium-nickel steels containing a number of phases ................................................................................... 60<br />

4.1 Examples of applications VII ....................................................................................................................................... 60<br />

Steels containing austenite, carbides and a high δ-ferrite content .................................................................................... 60<br />

Steels containing austenite, δ-ferrite and carbides, and σ-phase produced by annealing ............................................... 60<br />

Steels with austenite, δ-ferrite, martensite and carbides ................................................................................................... 60


Contents<br />

5 Modified Lichtenegger und Bloech colour etchants .................................................................................................. 70<br />

Alloy steels, and nickel-base alloys and cobalt-base alloys .............................................................................................. 70<br />

5.1 Examples of applications VIII ...................................................................................................................................... 72<br />

LB II .................................................................................................................................................................................... 72<br />

LB III ................................................................................................................................................................................... 72<br />

LB IV ................................................................................................................................................................................... <strong>77</strong><br />

LB V .................................................................................................................................................................................... <strong>77</strong><br />

6 Analysis of the tested nickel-base alloys .................................................................................................................... 80<br />

7 References ..................................................................................................................................................................... 81


Bildverzeichnis<br />

Beschreibung Bildnummer Seite<br />

Farbätzmittel B I<br />

Martensit mit Restaustenit 1-2 8<br />

Martensit mit Bainit, Ferrit und Perlit 3-8 8-9<br />

Schweißverbindungen zwischen austenitischen Chrom-Nickel-Stählen und unlegierten oder niedriglegierten<br />

Stählen<br />

Martensitbildung 9-12 12<br />

Manganhartstahl 13-14 13<br />

Verformungsmartensit in austenitischen Stählen 15 13<br />

Ferritischer Chromstahl 16 13<br />

Strukturloser Martensit 17-21 14-15<br />

Reibschweißverbindungen zwischen unlegiertem Stahl und Schnellarbeitsstahl sowie niedriglegiertem Stahl<br />

und Ventilstahl<br />

Schnellarbeitsstahl 22-24 17<br />

Niedriglegierter Stahl und ein austenitischer Ventilstahl 25-26 18<br />

Stahl mit Messinglot 27-28 18<br />

Farbätzmittel B II<br />

Austenitischer Chrom-Nickel-Stahl – Grundwerkstoffe und Schweißverbindungen 29-44 21-24<br />

Farbätzmittel B III (Nickelbasislegierungen)<br />

Gusslegierungen 45-56 29-31<br />

Walzlegierungen 57-68 32-34<br />

Schweißverbindungen an Walzlegierungen 69-81 35-38<br />

Hartlötverbindungen 82-84 38<br />

Kobalt-Basis-Legierungen 85-98 40<br />

Austenitischer Chrom-Nickel-Stahl mit Silberlot 99-100 46<br />

B III 1 Hastelloy 101-102 46<br />

B III 2 Hastelloy 103 47<br />

Farbätzmittel nach Lichtenegger und Bloech – LB I<br />

Austenit, δ-Ferrit, Kristallseigerungen 104-119 52-55<br />

Werkstoffverwechslungen 120-124 57-58<br />

Verbreiterte Korngrenzen 125-127 58<br />

Ätzanleitung: LB I im Vergleich zu B II<br />

Stähle mit Austenit, δ-Ferrit und Karbiden, Duplexstahl 128-139 61-63<br />

Stähle mit Austenit, δ-Ferrit, Karbiden und durch Glühen entstandene σ-Phase 140-150 64-66<br />

Stähle mit Austenit, δ-Ferrit, Martensit und Karbiden 151-156 67-68<br />

Abgeänderte Farbätzmittel nach Lichtenegger und Bloech (Anwendungsbeispiele)<br />

LB II ferritischer Chromstahl 157-160 73<br />

LB III verschleißfester Chromstahlguss, warmfester CrMo-Stahl und Schnellarbeitsstahl 161-171 74-76<br />

LB IV martensitischer niedriglegierter Chromstahl 172-175 78<br />

LB V Nickel-Basislegierung 176-178 79


Index of images<br />

Description<br />

Image number Page<br />

Colour etchant B I<br />

Martensite containing residual austenite 1-2 8<br />

Martensite containing bainite, ferrite and pearlite 3-8 8-9<br />

Welds between austenitic chromium-nickel steels and non-alloy or low-alloy steels<br />

Formation of martensite 9-12 12<br />

High-manganese steel 13-14 13<br />

Strain-induced martensite in austenitic steels 15 13<br />

Ferritic chromium steel 16 13<br />

Amorphous martensite 17-21 14-15<br />

Friction welds between non-alloy steel and high-speed steel, and between low-alloy steel and valve steel<br />

High-speed steels 22-24 17<br />

Low-alloy steel and austenitic valve steel 25-26 18<br />

Steel and copper-zinc brazing alloy 27-28 18<br />

Colour etchant B II<br />

Austenitic chromium-nickel steel, base metals, and welded joints 29-44 21-24<br />

Colour etchant B III (nickel-base alloys)<br />

Cast alloys 45-56 29-31<br />

Rolled alloys 57-68 32-34<br />

Welds in rolled alloys 69-81 35-38<br />

Brazed joints 82-84 38<br />

Cobalt-base alloys 85-98 40<br />

Austenitic chromium-nickel steel with silver brazing alloy 99-100 46<br />

B III 1 Hastelloy 101-102 46<br />

B III 2 Hastelloy 103 47<br />

Lichtenegger and Bloech colour etchant – LB I<br />

Austenitic, δ-ferrite, microsegregations 104-119 52-55<br />

Use of wrong material 120-124 57-58<br />

Widened grain boundaries 125-127 58<br />

Etching direction: LB I compared with B II<br />

Steels containing austenite, δ-ferrite and carbides, Duplex steel 128-139 61-63<br />

Steels containing austenite, δ-ferrite, carbides and σ-phase produced by annealing 140-150 64-66<br />

Steels containing austenite, δ-ferrite, martensite and carbides 151-156 67-68<br />

Modified Lichtenegger and Bloech colour etchants (examples of applications)<br />

LB II ferritic chromium steel 157-160 73<br />

LB III wear-resistant chromium steel cast, heat-resistant CrMo-steel and high-speed steel 161-171 74-76<br />

LB IV martensitic low-alloy chromium steel 172-175 78<br />

LB V nickel-base alloy 176-178 79


Einleitung<br />

Für eine Vielzahl niedriglegierter Stähle, vor allem aber<br />

für hochlegierte Stähle, Nickelbasis- und Kobaltbasislegierungen<br />

bieten die Farbätzmittel eine Fülle von zusätzlichen<br />

Informationen gegenüber den üblichen Schwarz-<br />

Weiß-Ätzungen.<br />

Sie sind mit den heutigen Möglichkeiten der metallographischen<br />

Präparation ebenso einfach anzuwenden<br />

und ermöglichen in der Regel eine weitaus umfassendere<br />

Gefügebeurteilung, da viele Feinheiten der Gefügeausbildung<br />

oft erst mit ihrer Hilfe sichtbar gemacht werden<br />

können.<br />

Leider steht die Farbätzung noch immer in dem Ruf, viele<br />

schöne bunte Bilder zu erzeugen, mit denen aber die meisten<br />

Anwender nichts anfangen können. Wir hoffen und<br />

wünschen, dass dieses Buch dazu beiträgt, zu einer sicheren<br />

und reproduzierbaren Auswertung der verschiedenen<br />

Gefüge zu kommen.<br />

Bei der metallographischen Präparation vieler Werkstoffe<br />

hat man inzwischen die Wahl zwischen verschiedenen Farbätzlösungen.<br />

Letztlich muss jeder selbst herausfinden,<br />

welches Ätzmittel für seine Zwecke am besten geeignet ist<br />

Und – was ganz wichtig ist – man muss sich auf die<br />

Möglichkeiten der Farbätztechnik einlassen und je mehr<br />

Übung man hat, umso sicherer ist die Aussage, die man<br />

treffen kann.<br />

Allgemeine Hinweise zum Farbätzen nach dem Tauchverfahren<br />

sind Teil 1 „Farbätzen nach Klemm“ zu entnehmen.<br />

Alle Gefügeaufnahmen werden 0,8-fach wiedergegeben.<br />

Introduction<br />

For a large number of low-alloy steels, but especially for<br />

high-alloy steels, nickel-base alloys and cobalt-base alloys,<br />

colour etchants provide a wealth of additional information<br />

compared to the usual black and white etchings. With<br />

today’s possibilities of metallographic preparation, they are<br />

just as easy to use and usually allow a much more comprehensive<br />

assessment of the microstructure, since many<br />

of the many subtleties of the microstructure formation can<br />

often only be made visible with their help.<br />

Unfortunately, colour etching still has the reputation of producing<br />

many beautiful colourful images, but most users<br />

can’t do anything with them. We hope and wish that this<br />

book will contribute to a safe and reproducible evaluation<br />

of the different structures.<br />

And – what is very important – you have to get involved<br />

with the possibilities of the colour etching technique. And<br />

the more practice you have, the more certain a statement<br />

you can make.<br />

General hints on colour etching by immersion, and also<br />

data regarding the technique for obtaining metallographs<br />

are given in Part 1 “Klemm colour etching”.<br />

All metallographic sections are reproduced 0.8 times.<br />

In the metallographic preparation of many materials, one<br />

now has the choice between different colour etching solutions.<br />

Ultimately, everyone must decide for himself which<br />

etchant is the most suitable for his needs.<br />

1


1 Schliffherstellung zu den einzelnen Ätzmitteln<br />

1.1 Farbätzmittel nach Beraha und ihre Abwandlungen<br />

Zu B I:<br />

Martensite<br />

Martensitische Schliffe aus unlegierten oder niedriglegierten<br />

Stählen erfordern keine besondere Schliffherstellung<br />

(siehe hierzu Teil I, 2.1).<br />

Ferritische Chromstähle und Manganhartstahl<br />

Die härtbaren Chromstähle und Manganhartstahl werden<br />

ebenfalls wie üblich vorbereitet (siehe hierzu Teil 1, 2.1).<br />

Umwandlungsfreie Chromstähle sind nach Schleifen und<br />

Vorpolieren mit 6-µm-Diamantpaste oder -Spray noch<br />

gut auf einem Baumwolltuch mit 3-µm-Diamantpaste und<br />

ei nem öligen Lösungsmittel zu polieren. Anschließend<br />

sollte eine Politur auf Lederersatztuch mit aufgeschlämmter<br />

Tonerde Nr. 3 und Seifenzusatz folgen. Sehr gut bewährt<br />

hat sich nach dem Diamantpolieren auch eine Politur auf<br />

dem Lederersatztuch oder einem kurzflorigen, säurebeständigen<br />

Samttuch mit Oxidpoliersuspension mit etwas<br />

neutraler Seife.<br />

Stahl mit Messinglot<br />

Schliffvorbereitung wie Kupfer und Kupferlegierungen<br />

(siehe Teil I, 2.2).<br />

Zu B II:<br />

Da in hochlegierten Stählen der Austenit leicht verformbar<br />

ist, darf man beim Nassschleifen (bis Körnung 800 oder<br />

1200) keinen hohen Druck aufwenden.<br />

Vorpoliert wird auf einem Nylon- oder Kunststofftuch<br />

(Pellon) mit 6-µm-Diamantpaste oder -Spray und einem<br />

alkoholischen Lösungsmittel, anschließend auf einem<br />

Baumwolltuch mit 3-µm-Diamantpaste und einem öligen<br />

Lö sungsmittel.<br />

Für eine schnelle Untersuchung reicht diese Vorbereitung<br />

aus. Sollen jedoch Gefügeaufnahmen angefertigt werden,<br />

so empfiehlt sich ein Feinpolieren mit Tonerde Nr. 3 und<br />

Seifenzusatz oder dem Oxidpoliersuspension ohne Zusatz<br />

auf Lederersatztuch oder durch ein kurzfloriges, chemisch<br />

beständiges Samttuch.<br />

Eine sehr gute Schliffqualität erhält man im Anschluss an<br />

das Diamantpolieren durch ein elektrolytisches Schockpolieren<br />

von ungefähr 3 s bei etwa 5 A (bei 1 cm 3 ).<br />

Zu B III, B III 1 und B III 2:<br />

Schleifen auf Nassschleifpapier mit geringem Druck bis<br />

Körnung 800 oder 1200.<br />

Anschließend wird auf Pellontuch mit 6-µm-Diamantpaste<br />

oder -Spray und einem alkoholischen Lösungsmittel,<br />

danach auf Baumwolltuch mit 3-µm-Diamantpaste und<br />

einem öligen Lösungsmittel vorpoliert. Falls vom Schliff<br />

her möglich (ausgenommen sind beispielsweise Schliffe<br />

mit Rissen), empfiehlt sich als beste Schliffvorbereitung<br />

das elektrolyti sche Schockpolieren (ungefähr 3 s mit etwa<br />

5 A bei 1 cm 3 ). Anschließend kann sofort geätzt werden.<br />

Andernfalls hat sich ein Feinpolieren auf dem kurzflorigen,<br />

chemisch beständigen Samttuch mit 10%iger wässriger<br />

Oxidpoliersuspension bewährt. Dabei tritt jedoch leichte<br />

Reliefbildung ein, die im Allgemeinen nicht stört. Soll<br />

das aber vermieden werden, verwendet man besser das<br />

Lederersatztuch und eine 10%ige wässrige Oxidpoliersuspension<br />

mit einem Zusatz von flüssiger neutraler Sei fe.<br />

Nach dem Abspülen unter Wasser und Entfetten der Schliffe<br />

mit Alkohol (evtl. ultraschallen) sofort nassätzen (siehe<br />

Teil I, 1.5 c).<br />

1.2 Farbätzmittel nach Lichtenegger und Bloech und ihre Abwandlungen<br />

Die Schliffherstellung entspricht der für die Farbätzungen<br />

B II. Sehr gute Ätzergebnisse ergibt das elektrolytische<br />

Schockpolieren.<br />

2


1 Preparation of specimens for the individual etchants<br />

1.1 Beraha colour etchants and their variants<br />

B I:<br />

Martensite<br />

Martensitic specimens of non-alloy or low-alloy steels<br />

require no special polishing preparation (see part I, 2.1 in<br />

this connection).<br />

Ferritic chromium steels and high-manganese steel<br />

Th hardenable chromium steels and high-manganese steel<br />

are also prepared in the usual way (see part I, 2.1 in this<br />

connection).<br />

Non-hardenable chromium steels, after grinding and<br />

rough-polishing with 6 µm diamond paste or spray, must<br />

be polished well, using 3 µm diamond paste or spray on a<br />

cotton cloth and an oily solvent.<br />

A final polishing should be given using Tonerde (alumina)<br />

No. 3 and soap additive applied with an imitation chamois<br />

leather cloth.<br />

After diamond polishing, a polish on the leather replacement<br />

cloth or a short-pile, acid-resistant velvet cloth with<br />

oxide polishing suspension with a little neutral soap has<br />

also proved very effective.<br />

Steel and copper-zinc brazing alloy<br />

Specimen preparation as for copper and copper alloys (see<br />

part I, 2.2).<br />

B II:<br />

Since the austenite in high-alloy steels can be easily<br />

deformed, not heavy pressure must not be used in wet<br />

grinding (up to grit-sizer 800 or 1200).<br />

Coarse-polishing is carried out using a nylon or plastics<br />

cloth (Pellon) with 6 µm diamond paste or spray and an<br />

alcoholic solvent, then with a cotton cloth, using 3 µm diamond<br />

paste and an oily solvent.<br />

This preparation is adequate for a rapid examination. If,<br />

however, metallographic sections have to be prepared,<br />

fine polishing with Tonerde No. 3 and soap additive, or the<br />

polishing product oxide polishing suspension without addition,<br />

applied with an imitation chamois leather or a shortpile,<br />

acid-resistant velvet cloth is recom mended.<br />

A very good specimen quality is obtained, following diamond<br />

polishing, by means of electrolytic shock polishing<br />

for approximately 3 s, at about 5 A (per cm3).<br />

B Ill, B Ill 1 and B III 2:<br />

Grinding with wet abrasive paper, using little pressure, and<br />

a grit-size of up to 800 or 1200.<br />

Coarse polishing is then carried out with the Pellon cloth,<br />

using 6 µm diamond paste or spray and an alcoholic solvent,<br />

followed by 3 µm diamond paste and an oily solvent<br />

applied to a cotton cloth. If the specimen allows (except,<br />

for example, in the case of specimens containing cracks),<br />

electrolytic shock polishing (approximately 3 s with about<br />

5 A per cm3) is recommended as the best method of specimen<br />

preparation. lt can then be etched immediately. Otherwise,<br />

fine-polishing using the short-pile, acid-resistant velvet<br />

cloth with a 10% aqueous oxide polishing suspension<br />

has proved effective. In this case, a slight relief formation<br />

occurs which usually presents no difficulty. If, however, this<br />

must be avoided, it is preferable to use the imitation chamois<br />

lea ther cloth and a 10% aqueous oxide polishing suspension,<br />

with addition of a neutral, liquid soap.<br />

After rinsing the specimen under the tap, and degreasing it<br />

with alcohol (possibly by the ultrasonic process) wet-etch<br />

immediately (see part I, 1.5 c).<br />

1.2 Lichtenegger and Bloech colour etchants and their variants<br />

The preparation of the specimen is the same as for the B II<br />

colour etchants. Electrolytic shock polishing produces very<br />

good etch results.<br />

3


2 Farbätzmittel nach Beraha<br />

2.1 Allgemeine Angaben<br />

Für die Farbätzmittel nach Beraha benötigt man unterschiedlich<br />

zusammengesetzte Stammlösungen aus<br />

demineralisiertem Wasser, Salzsäure und Ammoniumhydrogendifluorid.<br />

Es empfiehlt sich, jeweils eine größere<br />

Menge (etwa 1000 ml) auf Vorrat anzusetzen, da die Ätzmittel<br />

nach Zusatz von Kaliumdisulfit nur etwa 1 bis 2 Tage<br />

haltbar sind. Wegen ihres Ge haltes an Flusssäure (gebildet<br />

durch Lösen von Ammoniumhydrogendifluorid) ist es ratsam,<br />

die Stammlösungen in Kunststoffflaschen aufzubewahren.<br />

Dementsprechend sollte man auch die Ätzmittel<br />

stets in Kunststoffschalen ansetzen.<br />

Durch Variieren des Kaliumdisulfitzusatzes zum fertigen<br />

Ätzmittel können diese Ätzungen modifiziert werden. So<br />

lässt zum Beispiel ein geringerer Zusatz an Kaliumdisulfit<br />

die Ätzmittel aggressiver werden. Dies bedeutet, dass der<br />

Zusatz an Kaliumdisulfit verringert werden sollte, wenn die<br />

übliche Menge keinen Ätzangriff mehr bewirkt.<br />

Die Ätzzeiten sind im Allgemeinen sehr kurz.<br />

Um eine Beeinflussung des Ätzhäutchens auf der Schliffoberfläche<br />

durch die Tiegelzange zu vermeiden, empfiehlt<br />

es sich, die beiden Zangenenden mit je einem etwa 5 cm<br />

langen Stück Kunststoffschlauch zu überziehen oder Zangen<br />

aus Reinnickel zu benutzen.<br />

2.2 Ansetzen der einzelnen Stammlösungen<br />

Stammlösung für Beraha I (nachfolgend als B I bezeichnet):<br />

24 g Ammoniumhydrogendifluorid,<br />

1000 ml demineralisiertes Wasser,<br />

200 ml konzentrierte Salzsäure.<br />

Stammlösung für Beraha III (nachfolgend als B III bezeichnet):<br />

50 g Ammoniumhydrogendifluorid,<br />

600 ml demineralisiertes Wasser,<br />

400 ml konzentrierte Salzsäure.<br />

Stammlösung für Beraha II (nachfolgend als B II bezeichnet):<br />

48 g Ammoniumhydrogendifluorid,<br />

800 ml demineralisiertes Wasser,<br />

400 ml konzentrierte Salzsäure.<br />

2.3 Farbätzmittel B I<br />

Unlegierte und niedriglegierte Stähle, Manganhartstahl<br />

Ätzmittel: 100 ml Stammlösung B I, 1 g Kaliumdisulfit.<br />

Ätzbedingungen: Sofort nach dem Polieren und ohne vorheriges<br />

Trocknen des Schliffs nassätzen. Die Ätzzeiten sind<br />

sehr kurz. Für Martensite betragen sie etwa 5 bis 10 s, für<br />

ferritische Chromstähle 15 bis 20 s. Nachätzen ist möglich.<br />

Nach dem Ätzen kann nur sehr kurz im Ultraschallbad<br />

gereinigt werden.<br />

Das Ätzmittel ist etwa 2 h haltbar, sollte aber, wenn es<br />

schon vorher trüb wird, neu angesetzt werden.<br />

Für alle Martensite ist dieses Ätzmittel sehr gut geeignet.<br />

Auch die „strukturlosen“ Martensite, wie sie in gehärteten,<br />

nichtrostenden Chromstählen vorkommen, werden gefärbt.<br />

Manganhartstähle lassen sich ebenfalls anätzen.<br />

Bei Verbindungen von Stahl, hergestellt mit Messinglot,<br />

wird der Stahl wie mit den üblichen Schwarz-Weiß-Ätzmitteln<br />

angegriffen, während sich im Schweißgut das<br />

β-Messing färbt, das α-Messing dagegen seine gelbe<br />

Eigenfarbe behält.<br />

4


2 Beraha colour etchants<br />

2.1 General details<br />

For the Beraha colour etchants, stock solutions of a different<br />

composition are required. These consist of demineralised<br />

water, hydrochloric acid and ammonium hydrogen<br />

difluoride. It is advisable to keep a fairly large amount<br />

(about 1,000 ml) in reserve since the etchant is only usable<br />

for about 1 to 2 days after addition of potassium bisulphite.<br />

Because of its hydrofluoric acid content (formed when<br />

ammonium hydrogen difluoride dissolves), it is advisable to<br />

store the stock solutions in plastic bottles. Consequently,<br />

the etchant should also always be used in plastic dishes.<br />

These etchants can be modified by varying the amount<br />

of potassium bisulphite added to the prepared etchant<br />

so that, for example, with a smaller addition of potassium<br />

bisulphite a more corrosive etchant can be produced. This<br />

means that the addition of potassium bisulphite should be<br />

reduced if the usual amount no longer causes etching.<br />

The etching times are generally very short.<br />

To avoid the affect caused by the tongs on the thin etched<br />

film on the surface of the specimen, it is advisable to<br />

cover the ends of the tongs with a piece of plastics tubing<br />

(approx. 5 cm long) or to use pure nickel tongs.<br />

2.2 Preparation of the individual stock solutions<br />

Stock solutions for Beraha I etchant (denoted in the next<br />

from on B I):<br />

24 g of ammonium hydrogen difluoride,<br />

1000 ml of demineralised water,<br />

200 ml of concentrated hydrochloric acid.<br />

Stock solutions for Beraha III etchant (denoted in the next<br />

from on B III):<br />

50 g of ammonium hydrogen difluoride,<br />

600 ml of demineralised water,<br />

400 ml of concentrated hydrochloric acid.<br />

Stock solutions for Beraha II etchant (denoted in the next<br />

from on B II):<br />

48 g of ammonium hydrogen difluoride,<br />

800 ml of demineralised water,<br />

400 ml of concentrated hydrochloric acid.<br />

2.3 Colour etchant B I<br />

Non-alloy and low-alloy steels, high-manganese steel<br />

Etchant: 100 ml of stock solution B I, 1 g of potassium<br />

bisulphite.<br />

Etching conditions: Wet etch, immediately after polishing,<br />

and without previously drying the specimen.<br />

The etching times are very short. For martensite, they are<br />

about 5 to 10 s, while for ferritic chromium steels they are<br />

15 to 20 s. Re-etching is possible.<br />

After etching, they can be cleaned, for only a short time, in<br />

an ultrasonic bath.<br />

The etchant is usable for about 2 h but should be prepared<br />

freshly if it has become turbid before the end of this time.<br />

This etchant is very suitable for all martensites. Even the<br />

so called “amorphous” martensites as found in hardened,<br />

stainless chromium steels, are coloured by it.<br />

High-manganese steels, similarly, can be etched.<br />

In the case of steel brazed with copper-zinc brazing alloy,<br />

the steel is attacked as by conventional black-and-white<br />

etchants, whereas in the brazing metal the β-brass is<br />

coloured while the α-brass retains its inherent yellow colour.<br />

5


2.3.1 Anwendungsbeispiele I<br />

Martensit mit Restaustenit<br />

In unlegierten und niedriglegierten Stählen wird der Martensit<br />

nach Ätzzeiten von etwa 5 s stark blau-braun gefärbt.<br />

Der Restaustenit bleibt weiß und ist daher sehr gut vom<br />

Martensit zu unterscheiden (Bilder 1 und 2).<br />

Martensit mit Bainit, Ferrit und Perlit<br />

In niedriglegiertem Stahlguss kann es durch Seigerung der<br />

Legierungselemente zur Anreicherung dieser in den zuletzt<br />

erstarrten Bereichen kommen.<br />

Solche Stellen weisen dann, je nach Konzentration der<br />

Legierungselemente und je nach Abkühlgeschwindigkeit,<br />

sehr unterschiedliche Gefüge auf.<br />

Die Bilder 3 und 4 zeigen solche Bereiche, in denen sich<br />

Martensit gebildet hat (vergleiche auch Teil I, Bilder 39<br />

und 40).<br />

Der Martensit wird nach Ätzen in B I (etwa 7 s) blau-braun<br />

gefärbt, während die übrigen Gefüge (Ferrit, Perlit, Bainit)<br />

ihr „normales“ Aussehen behalten, unter Umständen sogar<br />

noch kontrastreicher werden als nach dem Ätzen mit den<br />

üblichen Schwarz-Weiß-Ätzmitteln, wie beispielsweise mit<br />

der 2- bis 3%igen alkoholischen HNO 3<br />

.<br />

Beim Schweißen hochfester vergüteter Baustähle lässt<br />

sich ein gewisser Martensitanteil in der Wärmeeinflusszone<br />

nicht vermeiden.<br />

Um den „Härtesack“ (Abfall der Härte im durch die<br />

Schweißwärme normalgeglühten Bereich der Wärmeeinflusszone)<br />

nicht zu vergrößern, darf im allgemeinen nicht<br />

vorgewärmt werden.<br />

Schweißt man hochfeste Feinkornbaustähle oder ähnliche<br />

Stähle, so tritt daher in der Wärmeeinflusszone neben Bainit<br />

noch etwas Martensit auf, der mit den sonst üblichen<br />

Ätzungen nur schwer identifiziert werden kann.<br />

Nach Ätzen in BI, Ätzzeit etwa 7 s, färbt sich der Martensit<br />

blau (Bilder 5, 6 und 7). Bild 8 gibt dieselbe Gefügestelle<br />

wie Bild 7, nur in HNO 3<br />

geätzt, wieder.<br />

6


2.3.1 Examples of applications I<br />

Martensite containing residual austenite<br />

In non-alloy and low-alloy steels, the martensite, after etching<br />

times of about 5 s is coloured an intense bluish-brown.<br />

The residual austenite remains white, and is very easy to<br />

distinguish from the martensite (figures 1 and 2).<br />

Martensite containing bainite, ferrite and pearlite<br />

In low-alloy cast steel, enrichment of the alloying elements<br />

may occur, due to segregation, in the zones which solidify<br />

last.<br />

Such areas vary greatly in their structure, depending on the<br />

concentration if the alloying elements and on the cooling<br />

rate.<br />

Figures 3 and 4 show such areas in which martensite has<br />

formed (cf. also part I, figures 39 and 40).<br />

After etching in B I (for about 7 s) the martensite is coloured<br />

bluish-brown whereas the other structures (ferrite, pearlite,<br />

bainite) retain their “normal” appearance, and in some<br />

cases become even more contrasting than after etching<br />

with the conventional black-and-white etchants such as<br />

2 to 2% alcoholic HNO 3<br />

.<br />

In the welding of high-strength, hardened and tempered<br />

structural steels, a certain amount of martensite in the heat<br />

affected zone cannot be avoided.<br />

In order not to enlarge the “hardness trough” (drop in hardness<br />

in the vicinity of the heat affected zone normalized by<br />

the welding heat) no pre-heating may, in general, be carried<br />

out.<br />

If high-strength fine-grained structural steels or similar<br />

steels are welded, some martensite, in addition to the<br />

bainite, therefore, still occurs in the heat affected zone. The<br />

martensite can only be distinguished with difficulty with the<br />

other etchants normally used.<br />

After etching in B I for about 7 s, the martensite is coloured<br />

blue (figures 5, 6 and 7). Figure 8 depicts the same structure<br />

location as figure 7 except that HNO 3<br />

has been used<br />

for etching.<br />

7


1 500:1 2 500:1<br />

• Querschliff aus einer Einsatzhärtung an einem niedriglegierten<br />

Stahl, stark überhitzt.<br />

• Der Martensit wird blau-braun gefärbt, der Restaustenit<br />

bleibt weiß.<br />

• Transverse section through the case of a case-hardened<br />

low-alloy steel,greatly overheated.<br />

• The martensite is coloured blue to brown; the residual<br />

austenite remains white.<br />

• Querschliff aus einer Einsatzhärtung an einem niedriglegierten<br />

Stahl, leicht überhitzt.<br />

• Der Martensit wird blau-braun gefärbt, der Restaustenit<br />

bleibt weiß.<br />

• Es können noch sehr geringe Restaustenitanteile<br />

erkannt werden.<br />

• Transverse section through the case of a case-hardened<br />

low-alloy steel, slightly overheated.<br />

• The martensite is coloured bluish-brown; the residual<br />

austenite remains white.<br />

• Very small amounts of residual austenite can still be<br />

recognized.<br />

3 80:1 4 500:1<br />

• Niedriglegierter Stahlguss.<br />

• Durch Kornseigerungen haben sich interdendritisch Martensitinseln<br />

ausgebildet, die hellbraun-blau gefärbt werden.<br />

Das verbleibende Gefüge besteht aus Bainit, Ferrit und<br />

Perlit.<br />

• Ätzzeit: 7 s.<br />

• Low-alloy cast steel.<br />

• Due to microsegregations, interdendritic martensite<br />

islands have developed and are coloured a light brown<br />

to blue.<br />

• The remaining structure consists of bainite, ferrite and<br />

pearlite.<br />

• Etching time: 7 s.<br />

• Vergrößerter Ausschnitt aus Bild 3.<br />

• In den Martensitinseln (hellbraun-blau gefärbt) befinden<br />

sich noch kleine ungelöste Karbide. Im verbleibenden<br />

Gefüge bleibt der Ferrit weiß, der Bainit ist grau.<br />

• Enlarged detail from figure 3.<br />

• In the martensite islands (coloured light brown to blue)<br />

there are still small undissolved carbides. In the rest of<br />

the structure, the ferrite remains white and the bainite<br />

grey.<br />

8


5 80:1 6 500:1<br />

• Gefüge der Wärmeeinflusszone eines geschweißten<br />

S690Q.<br />

• Der Bainit (grau-braun, stellenweise im Bild weiß<br />

erscheinend) mit Martensit (blau gefärbt).<br />

• Ätzzeit: 7 s.<br />

• Structure of the heat affected zone in a welded S690Q<br />

steel.<br />

• Bainite (grey to brown, appearing white at places in the<br />

picture), with martensite (coloured blue).<br />

• Etching time: 7 s.<br />

• Vergrößerter Ausschnitt aus Bild 5.<br />

• Der Bainit ist grau-braun gefärbt, der Martensit färbt<br />

sich blau.<br />

• Das Zirkonnitrid bleibt gelb-weiß.<br />

• Enlarged detail from figure 5.<br />

• The bainite is coloured grey to brown, the martensite is<br />

coloured blue.<br />

• The zirconium nitride remains yellow to white.<br />

7 500:1 8 500:1<br />

• Gefüge aus einer Wärmeeinflusszone eines<br />

geschweißten S690Q.<br />

• Der Bainit ist braun, der Martensit wird blau gefärbt.<br />

• Das Zirkonnitrid verändert seine Eigenfarbe nicht.<br />

• Ätzzeit: 7 s.<br />

• Structure of the heat affected zone in a welded S690Q<br />

steel.<br />

• The bainite is brown; the martensite is coloured blue.<br />

• The zirconium nitride does not change its inherent colour.<br />

• Etching time: 7 s.<br />

• Dieselbe Gefügestelle wie in Bild 7, geätzt mit 1%iger<br />

alkoholischer HNO 3<br />

.<br />

• Martensit und Bainit werden braun gefärbt und sind nur<br />

schwer zu unterscheiden.<br />

• The same structure location as in figure 7, etched with<br />

1 % alcoholic HNO 3<br />

.<br />

• The martensite and bainite are coloured brown, and can<br />

only be differentiated with difficulty.<br />

9


2.3.2 Schweißverbindungen zwischen austenitischen Chrom-Nickel-Stählen<br />

und unlegierten oder niedriglegierten Stählen<br />

In diesen „Schwarz-Weiß-Verbindungen“ kommt es beim<br />

Schweißen in der Schweißnaht durch Aufmischung zur<br />

Martensitbildung.<br />

Wird, wie es richtig ist, mit einem überlegierten austenitischen<br />

Chrom-Nickel-Schweißzusatzwerkstoff geschweißt,<br />

so ist meist nur im Übergang zum unlegierten Stahl ein<br />

martensitischer Saum zu erkennen (Bilder 9 und 10).<br />

Durch ungünstige Aufmischung können sich aber stärkere<br />

Martensitinseln im Schweißgut ausbilden, die eine verhältnismäßig<br />

hohe Härte aufweisen (Bild 11).<br />

Schweißt man dagegen mit einem unlegierten Schweißzusatzwerkstoff,<br />

so ist fast das gesamte Schweißgut martensitisch,<br />

und es muss mit Härterissen gerechnet werden<br />

(Bild 12).<br />

Mit den üblichen Ätzmitteln werden diese Martensite nicht<br />

angegriffen. Dagegen färben sie sich mit dem Farbätzmittel<br />

B I blau-braun.<br />

Manganhartstahl<br />

Nicht nur mit dem Farbätzmittel Klemm I können diese<br />

Stähle angeätzt werden (vergleiche Teil I, Bilder 50 bis 52),<br />

sie werden auch sehr schnell mit dem Farbätzmittel B I<br />

gefärbt (Bilder 13 und 14).<br />

Verformungsmartensit in austenitischen Stählen<br />

Werden austenitische Chrom-Nickel-Stähle stark kaltverformt,<br />

so kommt es zur Bildung von Verformungsmartensit.<br />

Mit dem üblichen Ätzmittel für austenitische Chrom-Nickel-<br />

Stähle (Chrom-Nickel-Stahl-Beize) werden solche martensitischen<br />

Bereiche herausgeätzt, während das Farbätzmittel<br />

B I sie blau färbt (Bild 15).<br />

Ferritischer Chromstahl<br />

Alle umwandlungsfähigen und nicht umwandlungsfähigen<br />

Chromstähle lassen sich mit dem Farbätzmittel B I anätzen.<br />

Bild 16 zeigt das Gefüge eines X10CrS14 nach einer<br />

Wärmebehandlung. Während der nichtumgewandelte<br />

δ-Ferrit weiß bleibt, wird der Martensit blau-braun gefärbt.<br />

Ebenfalls nicht angegriffen werden die Mangansulfideinschlüsse,<br />

die ihre graue Eigenfarbe behalten.<br />

Strukturloser Martensit<br />

Strukturlose Martensite, wie sie in gehärteten nichtrostenden<br />

Messerstählen auftreten, werden normalerweise<br />

nicht angegriffen (Bild 17), von dem Farbätzmittel<br />

B I jedoch blau-braun gefärbt (Bild 18). Da die ungelösten<br />

Chromkarbide weiß bleiben, sind sie in der gefärbten Matrix<br />

gut zu erkennen.<br />

Es lassen sich mit Hilfe der Farbätzung auch sehr gut Aussagen<br />

darüber machen, ob ein solcher Stahl bei zu niedrigen<br />

oder zu hohen Temperaturen gehärtet wurde (Bilder<br />

19a, b und c).<br />

Die Bilder 20 und 21 zeigen eine Bolzenschweißung eines<br />

X10Cr17 auf unlegierten Stahl. Im Schweißgut kommt es<br />

durch Aufmischung zur Martensitbildung, die in Bild 20<br />

(Schliff mit V2A-Beize geätzt) nicht zu erkennen ist. Auch<br />

die Chromkarbide in Grundwerkstoff und Schweißgut sind<br />

nur schlecht sichtbar.<br />

Sehr gut erkennen lassen sich dagegen alle Gefügebestandteile<br />

nach Ätzen in B I (Bild 21). Auch die belegten<br />

Korngrenzen in der Wärmeeinflusszone zum ferritischen<br />

Chromstahl hin (beginnende 475°-Versprödung) sind durch<br />

verstärkten Ätzangriff deutlich sichtbar. Der unlegierte Stahl<br />

wird wie bei einer Schwarz-Weiß-Ätzung angegriffen.<br />

10


2.3.2 Welds between austenitic chromium-nickel steels and non-alloy<br />

or low-alloy steels<br />

In these “black-and-white” welds, martensite is produced<br />

in the weld, on welding, due to dilution.<br />

If – as is correct – welding is carried out with an overalloyed<br />

austenitic chromium-nickel filler metal, a martensitic margin<br />

can usually to be detected only at the transition to the<br />

non-alloy steel (figures 9 and 10). Due to improper dilution,<br />

however, fairly pronounced martensite islands which are<br />

relatively hard may be formed in the weld metal (figure 11).<br />

On the other hand, if a non-alloy filler metal is used in welding,<br />

almost all of the weld metal is martensitic, and hardening<br />

cracks must be expected (figure 12).<br />

These martensites are not attacked by conventional<br />

etchants. On the other hand, with etchant B I, they are<br />

coloured blue to brown.<br />

High-manganese steel<br />

Not only can these steels be etched with Klemm I colour<br />

etchant (cf. Part I, figures 50-52) they are also coloured very<br />

quickly with colour etchant B I (figures 13 and 14).<br />

Strain-induced martensite in austenitic steels<br />

If austenitic chromium-nickel steels are severely coldworked,<br />

strain-induced martensite results. Using conventional<br />

etchants for austenitic chromium-nickel steels (chromium-nickel<br />

steel etchants) such martensitic areas are<br />

etched out, whereas colour etchant B I colours them blue<br />

(figure 15).<br />

Figure 16 shows the structure of a X10CrS14 steel after<br />

heat treatment. Whereas the transformed δ-ferrite remains<br />

white, the martensite is coloured blue to brown. The manganese<br />

sulphide inclusions, likewise, are not attacked –<br />

they retain their inherent grey colour.<br />

Amorphous martensite<br />

Amorphous martensites, as occur in hardened stainless<br />

knife steels, are normally not attacked (figure 17), but are<br />

coloured blue to green by colour etchant B I (figure 18).<br />

Since the undissolved chromium carbides remain white,<br />

they can easily be recognized in the coloured matrix.<br />

With the aid of colour etching, reliable decisions can be<br />

made as to whether such a steel has been hardened at too<br />

Low or too high a temperature (figures 19a, b and c).<br />

Figures 20 and 21 show a weld between a X10Cr17 stud<br />

and non-alloy steel. Due to dilution, martensite is produced<br />

in the weld metal. This cannot be detected in figure 20<br />

(specimen etched with V2A etchant). The chromium carbides<br />

also, in the base metal and the weld metal, can only<br />

be seen with difficulty.<br />

On the other hand, all the structural components can be<br />

easily recognized after etching in B I (figure 21). The coated<br />

grain boundaries in the heat affected zone towards the<br />

ferritic chromium steel (incipient 475° embrittlement) are<br />

clearly visible due to concentraded etching attack. The<br />

non-alloy steel is attacked as in a black-and-white etching.<br />

Ferritic chromium steel<br />

All hardenable and non-hardenable chromium steels can<br />

be slightly etched with colour etchant B I.<br />

11


9 150:1 10 500:1<br />

• S235, geschweißt mit austenitischem Chrom-Nickel-<br />

Stahl. Schweißzusatzwerkstoff: überlegierter austenitischer<br />

Chrom-Nickel-Stahl.<br />

• Ausschnitt aus dem Übergang. Zum S235 schmaler<br />

Martensitsaum (blau).<br />

• Ätzzeit: etwa 15 s.<br />

• S235, welded to austenitic chromium-nickel steel. Filler<br />

metal: overalloyed austenitic chromium-nickel steel.<br />

• Detail from the transition. Narrow fringe of martensite<br />

(blue) next to the S235.<br />

• Etching time: about 15 s.<br />

• S235, mit austenitischem Chrom-Nickel-Stahl<br />

geschweißt. Schweißzusatzwerkstoff: austenitischer<br />

Chrom-Nickel-Stahl.<br />

• Durch stärkere Aufmischung breiter martensitischer<br />

Saum am S235 (blau-braun gefärbt).<br />

• Ätzzeit: etwa 15 s.<br />

• S235, welded to austenitic chromium-nickel steel. Filler<br />

metal: austenitic chromium-nickel steel.<br />

• Wide martensitic fringe next to the S235 due to greater<br />

dilution (coloured blue to brown).<br />

• Etching time: about 15 s.<br />

11 500:1 12 500:1<br />

• S235, mit austenitischem Chrom-Nickel-Stahl<br />

geschweißt. Schweißzusatzwerkstoff: austenitischer<br />

Chrom-Nickel-Stahl.<br />

• Im Schweißgut haben sich infolge stärkerer Aufmischung<br />

Martensitinseln gebildet (blau-grün gefärbt).<br />

• Ätzzeit: 15 s.<br />

• S235, welded to austenitic chromium-nickel steel. Filler<br />

metal: austenitic chromium-nickel steel.<br />

• Martensite islands (coloured blue io green) have formed<br />

in the weld metal due to greater dilution.<br />

• Etching time: 15 s.<br />

• S235, mit austenitischem Chrom-Nickel-Stahl<br />

geschweißt. Schweißzusatzwerkstoff: unlegierter Stahl.<br />

• Im Schweißgut hat sich Martensit (blau-braun) mit Härterissen<br />

gebildet.<br />

• Der Austenit (unten) wird nur schwach angegriffen.<br />

• Ätzzeit: 15 s.<br />

• S235, welded to austenitic chromium-nickel steel. Filler<br />

metal: non-alloy steel.<br />

• Martensite (blue to brown) containing hardening cracks<br />

has formed in the weld metal. The austenite (below) is<br />

only slightly attacked.<br />

• Etching time: 15 s.<br />

12


13 80:1 14 150:1<br />

• Gegossener Manganhartstahl, mit Schweißzusatzwerkstoff<br />

aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl<br />

geschweißt.<br />

• Je nach ihrer Orientierung zur Schliffoberfläche werden<br />

die Austenitkristallite blau-braun gefärbt.<br />

• In der Wärmeeinflusszone tritt Vermischung mit dem<br />

austenitischen Schweißgut auf.<br />

• Ätzzeit: etwa 10 s.<br />

• Cast high-manganese steel, welded with filler metal of<br />

austenitic chromium-nickel steel.<br />

• The austenite crystallites are coloured blue to brown<br />

depending on their orientation to the surface of the<br />

specimen. Dilution with the austenitic weld metal occurs<br />

in the heat affected zone.<br />

• Etching time: about 10 s.<br />

• Gegossener Manganhartstahl.<br />

• In den abhängig von ihrer Orientierung unterschiedlich<br />

gefärbten Austenitkristalliten ist die dendritische Gussstruktur<br />

leicht zu erkennen.<br />

• Der Zementit bleibt weiß.<br />

• Ätzzeit: etwa 10 s.<br />

• Cast high-manganese steel.<br />

• The dendritic cast structure can be casily seen in the<br />

austenite crystallites, which vary in colour depending<br />

on their orientation.<br />

• The cementite has remained white.<br />

• Etching time: about 10 s.<br />

15 500:1 16 500:1<br />

• Austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, stark kaltverformt.<br />

• Der Verformungsmartensit wird blau gefärbt.<br />

• Ätzzeit: etwa 10 s.<br />

• Austenitic chromium-nickel steel, severely cold-worked.<br />

• The strain-induced martensite is coloured blue.<br />

• Etching time: about 10 s.<br />

• Ferritischer Chromstahl X10CrS14, wärmebehandelt.<br />

• Der Martensit (nadelig) ist blau-grün gefärbt, nichtumgewandelter<br />

δ-Ferrit bleibt weiß.<br />

• MnS werden nicht angegriffen und liegen in ihrer hellgrauen<br />

Eigenfarbe vor.<br />

• Ätzzeit: etwa 10 s.<br />

• Ferritic chromium steel X10CrS14, heat-treated.<br />

• The martensite (acicular) is coloured blue to green; the<br />

untransformed δ-ferrite remains white.<br />

• Manganese sulphides are not attacked and are present<br />

in their inherent light-grey colour.<br />

• Etching time: about 10 s.<br />

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