Feinstruktur

Feinstruktur bezeichnet die mikroskopisch erkennbare innere Struktur eines Metalls oder einer Legierung, insbesondere eines Eisens oder Stahls. Sie umfasst Kristallkörner, Korngrenzen, Phasen, Präzipitate und Versetzungen. Die Feinstruktur ergibt sich aus der thermischen und mechanischen Geschichte des Materials, etwa Abkühlrate, Umformung, Wärmebehandlung und Legierungszusatz, und beeinflusst maßgeblich die mechanischen Eigenschaften.

Zu den zentralen Bausteinen gehören Kornstrukturen mit unterschiedlicher Orientierung, Korngrenzen als Barrieren für Versetzungen, sowie Phasenkomponenten und feine Präzipitate. In Eisenlegierungen typisch Ferrit (α-Fe), Austenit (γ-Fe) und Cementit (Fe3C); bei Kohlenstoffstählen weitere Strukturen wie Perlit, Bainit oder Martensit, abhängig von der Abkühlgeschwindigkeit und Wärmebehandlung. Präzipitate wie Karbide oder Nitrid-Verbindungen erhöhen die Festigkeit und verändern die Härtbarkeit. Auf kleineren Skalen treten Subkornstrukturen und Dislokationsnetze auf, die durch Prozesse wie Kaltverformung oder Wärmebehandlung weiter beeinflusst werden.

Einfluss auf Eigenschaften: Die Mikrostruktur steuert Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Verformbarkeit. Kleinere Körner erhöhen die Festigkeit (Hall-Petch-Beziehung); Karbide- oder Nitrid-Verbindungen erhöhen die Härtbarkeit; Martensit liefert hohe Härte, oft auf Kosten der Zähigkeit. Wärmebehandlung und Formgebung definieren die Mikrostruktur – Normalisieren, Glühen, Anlassen, Abschrecken, Rekristallisation; unterschiedliche Verfahren ergeben unterschiedliche Strukturen.

Analyse und Kontrolle: Die Feinstruktur wird durch Metallographie, Elektronenmikroskopie (TEM, SEM) und EBSD charakterisiert. Proben werden geschnitten, poliert und angeätzt. Mikroskopische Techniken identifizieren Korngröße, Phasenanteile, Versetzungen. Die Feinstruktur lässt sich durch Wärmebehandlung, Legierungszusätze und Umformung steuern, um Ziel-Eigenschaften zu erreichen.