Chemische Zusammensetzung

Was ist Chemische Zusammensetzung?

Die Analyse der chemischen Zusammensetzung bestimmt, aus welchen Elementen das Metall besteht und in welchen Anteilen. Die gebräuchlichste Methode ist die optische Funkenemissionsspektrometrie (OES): Ein auf der Probenoberfläche erzeugter Funke erregt die Elemente, jedes Element emittiert Licht mit seiner eigenen charakteristischen Wellenlänge und die Intensität ist proportional zur Konzentration.

Zweck von Chemische Zusammensetzung

Der Zweck besteht darin, zu überprüfen, ob das Material tatsächlich seinem angegebenen Legierungsgrad entspricht. Falsche Materialverwendung ist die häufigste Ursache für Folgen wie Schweißrisse, unerwartete Korrosion und Festigkeitsverlust.

Bei welchen Produkten wird Chemische Zusammensetzung angewendet?

Produkte aus Stahl und Edelstahl
Aluminium- und Kupferlegierungen
Gussteile
Schweißzusatzwerkstoffe
Wareneingangskontrolle

In welchen Branchen wird Chemische Zusammensetzung eingesetzt?

MetallAutomobilLuft- und RaumfahrtEnergieMaschinenbau

Normen zu Chemische Zusammensetzung

ASTM E415 (Funken-AES in Kohlenstoff- und niedriglegiertem Stahl)
ASTM E1251 (Funken-AES in Aluminium und seinen Legierungen)
EN 10204 (Prüfdokumente für metallische Produkte)
Validierung von Labormethoden gemäß ISO 17025

Prüfbedingungen für Chemische Zusammensetzung

Verfahren: Spark OES; Kohlenstoff/Schwefel durch ICP-OES oder Verbrennungsverfahren, falls erforderlich
Oberfläche: Die Messfläche ist geschliffen; Entfernt Oxide, Farbstoffe und Öle
Kalibrierung: Mit zertifizierten Referenzmaterialien entsprechend der Materialmatrix
Wiederholt: Mehrere Messungen und Mittelwerte an verschiedenen Punkten

Prüfgerät für Chemische Zusammensetzung

Optisches Funkenemissionsspektrometer
Kohlenstoff-/Schwefelanalysator (Verbrennungsmethode)
Beispielhafte Schleifanordnung zur Oberflächenvorbereitung
Zertifiziertes Referenzmaterialset
Argon-Versorgungssystem

Probenanforderungen für Chemische Zusammensetzung

Die Probe muss so entnommen werden, dass sie die Charge bzw. den Produktionslauf repräsentiert.
Die Probenbeschreibung, die Materialart und ggf. die Produktionsrichtung müssen angegeben werden.
Der anzuwendende Standard und etwaige Kundenspezifikationen müssen zusammen mit dem Muster angegeben werden.
Der Test kann destruktiv sein; Die erforderliche Probenanzahl muss vorab bestätigt werden.
Zu prüfende Oberflächen müssen während des Transports geschützt werden.

Dauer von Chemische Zusammensetzung

Die Analyse einer Probe einschließlich der Oberflächenvorbereitung erfolgt in der Regel noch am selben Arbeitstag.

Ablauf von Chemische Zusammensetzung

1Die Probenoberfläche wird geschliffen und gereinigt.
2Das Gerät wird mit dem entsprechenden Matrixprogramm und Referenzmaterial verifiziert.
3Die Probe wird auf den Messständer gelegt.
4Funkenmessungen werden an verschiedenen Stellen durchgeführt.
5Kohlenstoff und Schwefel werden bei Bedarf zusätzlich nach der Verbrennungsmethode gemessen.
6Die Ergebnisse werden gemittelt.
7Die Zusammensetzung wird mit dem Bereich im Materialstandard verglichen.

Annahmekriterien für Chemische Zusammensetzung

Der Methodenstandard definiert, wie der Test durchgeführt wird, nicht wie das Ergebnis aussehen muss. Die Akzeptanzgrenze ergibt sich aus der Material- oder Produktnorm, der Kundenspezifikation oder der einschlägigen Vorschrift; Auf dieser Seite wird daher keine Zahlenbegrenzung angegeben.

Auswertung der Ergebnisse

Das Ergebnis wird mit den Elementbereichen im deklarierten Standard des Materials verglichen. Schon ein einzelnes Element außerhalb des Bereichs verändert die Materialqualität; Dabei wird gesondert beurteilt, welcher Güteklasse das Material tatsächlich entspricht.

Prüfbericht zu Chemische Zusammensetzung

Probenbeschreibung, Material-/Produktinformationen und ggf. Chargennummer
Probenvorbereitungsmethode und Konditionierungsbedingungen
Es gelten Standard- und Testbedingungen
Verwendetes Instrument und Kalibrierungsstatus
Messergebnisse und Einheiten
Messunsicherheit (falls gewünscht)
Eine Aussage, dass das Ergebnis nur für die zum Test eingereichte Probe gilt

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Metall- und Metallurgieprüfung — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Chemische Zusammensetzung gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Metall- und metallurgische Prüfungen ermitteln, welche Last ein Metall oder eine Schweißverbindung tragen kann, wie es versagt und wie seine innere Struktur aussieht. Das Ergebnis dieser Familie betrifft oft nicht das Produkt selbst, sondern die Identität des WERKSTOFFS: Entspricht der Stahl wirklich der angegebenen Güte, liefert die Schweißnaht die vom Design angenommene Festigkeit, enthält der Guss einen unzulässigen inneren Fehler?

Die praktische Bedeutung des Bereichs ergibt sich daraus, dass ein Metallteil selten allmählich versagt. Ein Kunststoffteil verformt sich, altert, reißt und gibt meist eine Vorwarnung. Eine Schweißnaht oder ein Verbindungselement hingegen bricht oft ohne Vorwarnung — besonders bei Ermüdung und Sprödbruch. Deshalb ist Materialprüfung in Bereichen wie Druckgeräten, Hebezeugen, Baustahl und Rohrleitungen eine Anforderung der VORSCHRIFT und nicht des Designs.

Die Familie vereint drei Methodengruppen, von denen jede eine andere Frage beantwortet. Mechanische Prüfungen quantifizieren das Verhalten des Werkstoffs unter Last. Zerstörungsfreie Prüfung sucht nach Fehlern, ohne das Teil zu beschädigen. Metallografie und chemische Analyse erklären, warum sich der Werkstoff so verhält — über Korngefüge, Phasenverteilung, Einschlussgehalt und Legierungszusammensetzung.

Das Abnahmekriterium dieser Prüfungen stammt fast nie aus der Prüfnorm, und das ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Die Prüfnorm sagt, wie die Messung durchzuführen ist; die zulässigen Werte stammen aus der Produktnorm, der Werkstoffgüte oder dem Fertigungskodex. ISO 6892-1 sagt, wie man einen Zugversuch durchführt; EN 10025 sagt, welche Streckgrenze dieser Stahl liefern muss. Beim Lesen eines Berichts ist entscheidend, gegen welche Produktnorm bewertet wurde.

Die Probenahme ist in diesem Bereich untrennbar mit dem Ergebnis verbunden. Zwei Proben aus derselben Schmelze können je nach Entnahmerichtung und -ort unterschiedliche Werte liefern; bei Walzprodukten liefern Proben parallel und quer zur Walzrichtung unterschiedliche Ergebnisse. Produktnormen regeln daher auch Entnahmeort und -richtung, und der Bericht muss dies dokumentieren.

Methodengruppen in diesem Bereich

Mechanische Tests
Zug-, Druck-, Biege-, Kerbschlag- (Charpy), Härte- (Brinell, Vickers, Rockwell), Ermüdungs-, Kriech- und Bruchzähigkeitsprüfung. Diese liefern das Verhalten des Werkstoffs unter Last in Zahlenform.
Zerstörungsfreie Prüfung
Durchstrahlungsprüfung, Ultraschallprüfung, Eindringprüfung, Magnetpulverprüfung und Sichtprüfung. Sie sucht Oberflächen- und innere Fehler, ohne das Teil zu beschädigen, und ist ein unverzichtbarer Schritt bei geschweißten Konstruktionen.
Metallografie
Probenvorbereitung, Ätzung und mikroskopische Untersuchung. Beurteilt werden Korngröße, Phasenverteilung, Einschlussgehalt, Einsatzhärtetiefe und die Wärmeeinflusszone der Schweißung.
Chemische Analyse
Die Legierungszusammensetzung wird mittels optischer Emissionsspektrometrie und Nasschemie verifiziert; die Bestätigung der Werkstoffgüte läuft über diesen Schritt.
Korrosionsverhalten
Salzsprühnebel-, Lochfraß- und Spaltkorrosions- sowie interkristalline Korrosionsprüfungen. Bei nichtrostenden Stählen können diese die Qualität der Wärmebehandlung anzeigen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Ein Werkstoffzertifikat (wie EN 10204 3.1) ist kein Prüfbericht; es ist die Erklärung des Herstellers. Bei kritischen Anwendungen wird eine unabhängige Verifizierung durchgeführt, und beides darf nicht verwechselt werden.
ASTM- und ISO-Zugversuche messen dieselben Größen, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt äquivalent, angewendet wird, was die Spezifikation verlangt.
Umrechnungstabellen zwischen Härte und Festigkeit sind NÄHERUNGSWEISE. Die Berechnung der Streckgrenze aus der Härte ist kein ausreichender Nachweis für die Werkstoffabnahme.
Bei der zerstörungsfreien Prüfung bedeutet "kein Fehler gefunden" nicht, dass kein Fehler vorhanden ist; Fehler unterhalb der Nachweisgrenze der Methode können vorhanden sein. Der Bericht muss die angewandte Methode und die Empfindlichkeitsstufe angeben.
Das Bestehen einer Schweißnaht zeigt nicht, dass der Schweißer oder das Verfahren qualifiziert ist; das sind getrennte Prozesse.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Prüfung des Werkstoffzertifikats und Wareneingangsprüfung
Freigabe der Schweißkonstruktion; Schweißer- und Verfahrensqualifikation
Fertigungskontrolle von Druckgeräten und Baukomponenten
Schadensanalyse und Ermittlung der Grundursache von Feldschäden
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Chemische Zusammensetzung

Ist das dasselbe wie PMI?

Nein. Bei PMI handelt es sich um eine schnelle Feldverifizierung, die mit einem tragbaren Instrument durchgeführt wird und Kohlenstoff im Allgemeinen nicht messen kann. Die OES-Analyse im Labor liefert die vollständige Zusammensetzung mit geringerer Unsicherheit.

Warum wird Kohlenstoff separat gemessen?

Leichte Elemente wie Kohlenstoff, Schwefel und Stickstoff können mit Funken-OES möglicherweise nicht zuverlässig gemessen werden. Für diese Elemente werden separate verbrennungs- oder fusionsbasierte Analysatoren verwendet.