Werkstoffgefüge

Werkstoffgefüge bezeichnet die Anordnung, Verteilung und Interaktion der einzelnen Bestandteile eines Materials auf der mikroskopischen Skala. Es umfasst die Phasenbestandteile, ihre Größe, Form, Orientierung und Verteilung im Trägermaterial (Matrix), ebenso Poren, Einschlüsse und Ausscheidungen. Das Gefüge wird durch chemische Zusammensetzung, Kristallstruktur, Temperaturverlauf und mechanische Verarbeitung während Herstellung und Nutzung geprägt.

In Metallen und Legierungen treten typischerweise Kornstrukturen auf, die aus Kristallkörnern bestehen. Innerhalb der Matrix können sekundäre Phasen auftreten, wie Ferrit, Zementit, Martensit oder bainitische Strukturen, sowie feine Ausscheidungen. Die Mikrostruktur beeinflusst Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verformbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion oder Verschleiß. Ein feinkörniges Gefüge erhöht oft die Festigkeit und Zähigkeit, während grobkörnige Strukturen andere Eigenschaften nahelegen. Die Verteilung von Phasen und Ausscheidungen kann gezielt durch Wärmebehandlung, Legierung und Abkühlung gesteuert werden.

Auch keramische Werkstoffe und Polymerverbundwerkstoffe besitzen charakteristische Gefüge, etwa kristalline Phasen, Glasgefüge oder glasartige Matrizes mit Füllstoffen. Porosität oder Einschlussstoffe verändern das Verhalten unter Last und gegenüber Umwelteinflüssen.

Die Gefügeanalyse erfolgt durch mikroskopische Untersuchungen, Rasterelektronenmikroskopie und Röntgendiffraktion. Ziel der Gefügeoptimierung ist eine gewünschte Balance aus Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Umweltstabilität, die durch geeignete Herstellungs- und Wärmebehandlungsprozesse erreicht wird. Beispiele sind Stahlgefüge wie Ferrit-Pernit oder Martensit-Stähle, sowie Aluminiumlegierungen mit spezifischen Ausscheidungen oder Polymermatrix-Verbundwerkstoffe.