Damastprobe gesucht für Elementanalyse

11 July 2017 at 10:35
Hallo zusammen,

ich bin selbst Gelegenheits-Hobbyschmied, habe mich mit Damast aber noch nicht beschäftigt. Mein aufwändigstes Werkstück bislang war ein Schnitzbeil.
Für mein anderes Hobby, die Mikroskopie, suche ich ein kleines Stückchen Damast, anhand dessen ich ein Materialanalyse-Verfahren beschreiben möchte. Die Probe möchte ich flachschleifen und polieren, um sie dann von einem Bekannten mittels Rasterelektronenmikroskop und Elementanalyse-Apparat untersuchen zu lassen. Damast ist dabei besonders interessant, weil es zwei Grundstoffe sowie Übergangsbereiche gibt, die sich mit dieser Methode aufzeigen lassen.

Ich bräuchte dafür ein Stückchen Damast von etwa 10mm länge, einigen mm Breite und einigen mm Dicke. Größer ist kein Problem. Flachschleifen werde ich die Fläche, in der man den Lagenaufbau sieht. Ideal wäre ein Damast mit möglichst unterschiedlichen Lagen, die auch gerne einige Legierungselemente enthalten dürfen. Die Fläche sollte nicht zu viel Feuer abbekommen haben, so dass evtl. Elemente sich wieder verabschiedet haben. Maschinen zum Zurechtsägen und -fräsen habe ich aber, um etwas weiter ins Material vordringen zu können.

Wenn einer von Euch mir hier helfen könnte, wäre das klasse. Das Ergebnis der Analyse bekommt er natürlich auch, im Internet veröffentlicht sehen möchte ich es aber erst später, da ich es vorher in einer Schauvitrine zeigen und bei einem Treffen unserer Mikroskopie-Gruppe nutzen möchte.

Also, schaut bitte mal, ob Ihr so was in der Restekiste liegen habt.

Viele Grüße,

Bob
11 July 2017 at 13:55
Hallo,

das Thema klingt interessant!! Würde mich freuen mitzumachen!
Ich wäre bereit dir eine Probe anzufertigen. Man könnte ja z.B. 5-6 verschiedene Stähle aufeinander schichten. Oder aber auch einen Grundwerkstoff immer wieder mit anderen Stählen kombinieren und sozusagen mehrere Proben miteinander vergleichen.

Sag mir was du brauchst und ungefähr bis wann.

Gruß
Willi
www.schmiedekunst-weyer.de
11 July 2017 at 15:06
Hallo Willi,

danke für Dein Hilfsangebot! Die Idee mit den mehreren Stahlsorten ist prima. Der Elementscanner kann wohl sogar ein Analyseprofil quer durch den Querschnitt erstellen. Am besten wäre es vermutlich, immer eine Stahlsorte mit einer Zwischenlage aus einem möglichst sauber definierten, einfachen Stahl zu kombinieren. Also z.B. Stahlsorte 1 - C45 - Stahlsorte 2 - C45 - Stahlsorte 3...
Wenn Du die Probe extra herstellst, würde ich mir folgende Eigenschaften wünschen:
- 5-6 Stahlsorten mit einheitlichen Zwischenlagen, wie Du vorgeschlagen hast
- Auf 3-10mm ausgeschmiedet (Ich denke, dass beim Ausschmieden die Übergangszonen entstehen, das Paket darf also nicht bloß zusammengeschweißt und in voller Stärke belassen werden, sollte aber auch nicht soweit ausgeschmiedet werden, bis alles eine homogene Legierung ist)
- Etwa rechteckiger Querschnitt, Lagen einfach plan im Block liegend, nicht gehärtet
- Querschnitt 10-12mm breit, 3-10mm dick, daumenlang zum einfachen Spannen in der Fräsmaschine

Es wäre echt klasse, wenn Du mir sowas zusammenschweißen könntest! Zeitpunkt wie es Dir passt, es wäre schön, wenn es nicht zu lange dauert.

Zum Thema interessant: Das finde ich eben auch. Wir bringen hier anspruchsvolles Handwerk und modernste wissenschaftliche Untersuchungsmethoden zusammen, was selten stattfindet. Der Werkstofffachmann, der die Untersuchung mit dem Mio€-Equipment machen wird, ist auch schon ganz scharf darauf, und wird das Ergebnis für seine Vorlesungen nutzen. So haben alle etwas davon.

Viele Grüße,

Bob

11 July 2017 at 22:48
Hi Bob,

das klingt grundsetzlich wirklich interessant, aber mir ist nicht ganz klar was du erwartest bzw. suchst. Ich frage um die Sinnhaftigkeit der Probe in Frage zu stellen. 

Abhaengig davon was du eben erwartest, waere eine gewisse Referenz denke ich sehr interessant. Die gaengisten Damaste sind denke ich eine Kombination aus 2842 und 2767 bzw. 2842 und 75NI8. Dem Gegenueber koennte man Kombination aus Schrott (Feile, Bandsaege, Baustahl, Kettensaege o.ae. ) entgegen stellen, welche zumindest im Hobbybereich durchaus gerne vorkommen. Dein Vorhaben klingt fuer mich ausserdem so, als wenn die Nachbehandlung eine wichtige Rolle spielt. Ist dir das ungehaertete nur wichtig wegen der Schleifbarkeit? Die Kristallstruktur direkt nach dem Schmieden behaupte ich mal ist bei jedem Schmied anders. Abhaengig von den benutzten Temperaturen. 

Sollte ich gerade voellig daneben liegen wuerde mich eine Erklaerung freuen wie du auf die von dir gewuenschte Kombination kommst.

Wuerde mich ebenfalls zur Herstellung einer Probe anbieten bzw. finde ich bestimmt noch ein Reststueck von 2842 und 2767 in der Werkstatt was ich auf die gewuenschten Masse bringen koennte. 

Hoffe ich habe keinen Stuss von mir gegeben,

interessierte Gruesse,

Lenni
12 July 2017 at 09:11
Hallo Lenni,

danke für Deinen Input!
Mir geht es grundsätzlich um Folgendes: Ich bin dabei, eine Vitrine einzurichten, in der das Thema Mikroskopie dargestellt werden soll. Mit der Vitrine möchte ich auf unseren Verein und unsere Arbeitsgruppe aufmerksam machen. In der Vitrine werden hauptsächlich Mikrofotos gezeigt werden, meist aus dem Bereich der Biologie. Mir selbst ist die Technik aber viel näher, und daher möchte ich auch Methoden aus dem technischen Bereich zeigen. 1938 wurde das erste Elektronenmikroskop vorgestellt, und es wurde bald die Methode der Röntgenspektroskopie entwickelt. Damit kann man die Stoffzusammensetzung (Fe, C, Mn...) kleinster Flächen bestimmen. Es sollte also auch möglich sein, die Übergänge von der einen zur nächsten Lage im Damast zu beschreiben Diese Methode würde ich gerne anhand eines attraktiven Untersuchungsobjekts darstellen. An ungehärtet dachte ich wegen der einfacheren Möglichkeit der Probenbearbeitung. In ungehärtetem Zustand kann ich die Probe durch Fräsen und Sägen recht leicht in Form bringen. In gehärtetem Zustand müsste man sie vorsichtig nass trennschleifen (nicht mit der Flex). Dafür habe ich die Möglichkeiten nicht. Das oberflächliche Flachschleifen und Polieren würde ich wohl auch in gehärtetem Zustand hinbekommen. Die Elementverteilung wird durch das Härten nicht beeinflusst, aber das Materialgefüge ist nur im gehärteten Zustand interessant. Die Möglichkeit, vom Gefüge gute Fotos zu machen habe ich. Ich frage den Werkstofffachmann mal, was er für besser hält. Vielleicht kann er auch das Trennschleifen der Probe übernehmen. Ich möchte aber eigentlich nicht alle Arbeit auf andere abwälzen.

Über eine Probe von Dir würde ich mich natürlich auch sehr freuen. Ich kontaktiere jetzt erstmal den Werkstofffachmann. Die ursprüngliche Idee war, ein Stückchen fertigen Damast zu untersuchen, das mir versprochen worden war, aber nicht in Erscheinung tritt. Mit eigens angefertigten Proben haben wir ja jetzt viel mehr Möglichkeiten. Ich melde mich, sobald ich Antwort bekommen habe.

Viele Grüße,

Bob
13 July 2017 at 10:19
Wenn man will, kann man dieses Experiment ewig ausweiten.

Die Grenzen zwischen den verschiedenen Stählen werden nicht als scharfe Grenzen auftreten, sondern es werden sehr wahrscheinlich irgendwo Mischbereiche, mikroskopisch kleine Einschlüsse usw. auftreten.

Allein schon im Hinblick darauf wie die Stähle sich genau miteinander "verbinden" ist die Untersuchung sehr interessant. Beim Schmelzschweißen ist die Verbindung der Werkstücke relativ gut nachvollziehbar. Plump: Ich mach beide Grenzen flüssig, lass beide ineinander fließen (bzw. füge flüssigen Schweißzusatz dazu) und lass alles erkalten, zack verbunden.

Wie das genau beim Pressscheißen abläuft weiß man ja garnicht so genau (ich zumindest nicht). Klar die Atomgitter werden im teigigen Zustand soweit gelockert, dass sie sich ineinanderschieben und verbinden lassen. Aber wo und wie genau verbinden sich die Werkstoffe??
Tritt die Verbindung auf Korngrenzen-Ebene auf? Oder auf noch tieferer Ebene?
Sprich:
Grenzt Korn A mit der Werkstoffzusammensetzung 1 an Korn B mit der Werkstoffzusammensetzung 2 und die Verbindung erfolgt nur an der Korngrenze?
Oder mischen sich die Stähle auf atomarer bzw. Metallgitter-Ebene und es entstehen, durch Durchmischung und Diffusion von Legierungselementen, Körner mit gemischter Zusammensetzung woraus wiederum eine Grenzschicht bzw. ein Mischbereich resultieren würde. Also Korn A grenzt an eine Reihe von Mischkörnern, welche dann an Korn B anschließen.

Zack hast du zwei gegenläufige Thesen die du untersuchen kannst.

Für den zweiten Fall, welchen ich für wahrscheinlicher halte, kannst du direkt einige Folgeuntersucheungen anstellen. Welche Zusammensetzung haben die Körner im Mischbereich/Grenzbereich. Ist ein Verlauf der Konzentration der Legierungselemente innerhalb der Grenzschicht zu beobachten?
Gleichen sich die Konzentrationen durch Diffusion beim schmieden schon soweit aus, dass man die eigentliche "Grenze" der beiden Ausgangsstähle garnichtmehr findet sondern nur einen "grauen" Übergangsbereich?
Wie verhalten sich die Körner mit gemischter Zusammensetzung bei der Wärmebehandlung?
Welche Mischbereiche bilden sich bei unterschiedlichen Stählen aus?

Du siehst: Fragen über Fragen

Was du für dich im Prinzip klären musst, ist worauf du genau dein Augenmerk legen willst. Danach kannst du die Art der Proben ausrichten und dann auch möglichst interessante Ergebnisse für deine Vitrine bekommen.
Wenn ich dir Proben mache fänd ich es auch schön wenn man auch ein interessantes Ergebnis raus bekommt.

Wer genau ist dein "Werkstoff-Fachmann"? Wo werden die Untersuchungen eigentlich durchgeführt?


Hoffe ich konnte eine Einschätzung aus Sicht der Werkstoffkunde geben!

Gruß
Willi
www.schmiedekunst-weyer.de
Last edit: 13 July 2017 at 10:26, Wilhelm Weyer
13 July 2017 at 11:14
Hallo Willi,

ich rechne damit, dass sich eine Übergangszone ausbildet, in der sich die Zusammensetzung graduell von Legierung A zu Legierung B wandelt. Sehr breit wird diese nicht sein, sonst wären die Schichten visuell nicht so klar zu unterscheiden. Das Wandern der Elemente wird sich auch von Element zu Element unterschiedlich zeigen. Ich kann mir gut vorstellen, dass dies ein interessantes Thema für eine Diplomarbeit wäre. Es würden sich auch sicherlich Gründe aufzeigen lassen, warum sich bestimmte Stähle leichter als andere verschweißen lassen. Aber das ist ein umfangreiches Projekt.
Soweit möchte ich es selbst nicht treiben, sondern die Untersuchung darauf beschränken, zu zeigen, dass die Methode einen tieferen Einblick in den sagenumwobenen Werkstoff Damast ermöglicht. Vielleicht macht jemand Anderes dann an diesem Punkt weiter.
Den Werkstoffkundler möchte ich vor getaner Tat nicht nennen, ich denke nicht, dass das gut wäre. Ist das Projekt abgeschlossen, bekommt natürlich jeder die Ehre, die ihm gebührt. Wobei ich selber immer recht zurückhaltend bin mit der Nennung von Namen. Zu leicht lassen sich per Google Zusammenhänge herstellen, die man nicht möchte, und die obendrein oft noch verkehrt sind. Aber jeder wie er will.
Rückmeldung habe ich noch nicht bekommen, aber er ruft seine e-Mails auch nicht so regelmäßig ab und ist vielleicht auch derzeit im Urlaub.

Viele Grüße,

Bob
14 July 2017 at 20:24
Hallo zusammen,

es gibt Neues zu berichten: Der Werkstoffkundler schlägt folgendes vor:

1) unlegierter Kaltarbeitsstahl wie C100, C105, C120 (viel C, keine Legierungselemente, martensitisch) und 2) Edelstahl rostfrei (V2A) wie X5 CrNi 18-10 (kaum C, viel Cr, austenitisch). Das müßte sowohl im REM differenzierte Peaks ergeben, aber auch im Auflicht sichtbar sein (Wechsel zwischen gut angeätztem Martensit und kaum geätztem Austenit).

Was meint Ihr dazu, Willi und Lenni? Habt Ihr Stähle dieser Art da und könnt Ihr sie verschweißen? Habt Ihr einen besseren Vorschlag? Das ist variabel, kein Problem. Vorteilhaft wäre das Verarbeiten namentlich bekannter Stahlsorten.

Als Proben würde ich vorschlagen:

1. Edelstahl - Kaltarbeitsstahl - Edelstahl, also nur drei Lagen, Paket unverschweißt ca. 20mm x 20mm, ausgeschmiedet auf ca. 5mm x 25mm, etwa 60mm lang. Wärmebehandlungszustand gehärtet und angelassen nach Geschmack des Schmieds, z.B. als ob es ein Schneidwerkzeug werden sollte.
2. Genau wie oben, aber viellagig.
Der Werkstoffkundler hätte gerne die Wärmebehandlungsparameter (Temperaturen und Zeiten). Tja ähäm... Ihr könnt ja festhalten, was Ihr etwa gemacht habt.
Er über nimmt dann den wassergekühlten Zuschnitt der Proben. Was wir auch versuchen werden zu machen, sind Bruchbilder mit dem Rasterelektronenmikroskop.

Also, was haltet Ihr davon?

Viele Grüße,

Bob
15 July 2017 at 13:28
Sehr sehr interessantes Projekt, wenn alles draußen ist würde ich mich über die Ergebnisse natürlich freuen!
Edelstahl schweißen ist echt schwierig, das muss unter Luftabschluss geschehen.
Lenni und Willi bekämen das sicher hin, und für eine so interessante Studie kann man ja sicher gern mal einen Tag (oder auch drei) opfern.

Aber: Reinnickel lässt sich gut verschweißen, wird aber meines Wissens nach genau so wenig angegriffen wie Edelstahl, nicht wahr?
Sonst wäre der vielleicht eine Alternative für die Zwischenlagen.

Wisst ihr wovon ich gern eine mikroskopische Aufnahme sehen würde?
 Von einem Stückchen von Alec Steeles 1 Mio. Lagen- Damast.
VG, Edgar
15 July 2017 at 14:35
Hallo Edgar,

der Vorschlag mit dem Edelstahl kam, weil die Lagen dann sowohl von den Elementen her, als auch vom Ätzbild klar zu unterscheiden sind. Wenn das zu große Probleme macht, nehmen wir eben was anderes. Bei mir ist Edelstahl schweißen immer ganz easy! (Mit Elektrode )

Zu dem 1 Mio Lagen-Stahl: Wenn das z.B. eine Klinge von 3mm Stärke ist, dann ist die einzelne Lage noch 3 Nanometer dick. Ein Lichtmikroskop hat eine Grenzauflösung im Durchlicht von 200 Nanometer. Die Struktur würde also im Leben nicht sichtbar werden. Das Oldtimer-REM unseres Vereins schafft vielleicht 20 Nanometer Auflösung. Ich habe mal gegoogelt: Der Atomradius von Eisen beträgt etwa 0,14 nm, der Durchmesser also 0,3nm. Da ist der Mr. Steele dann schon ziemlich dicht dran!

Viele Grüße,

Bob
15 July 2017 at 19:27
Hallo Bob,

ich sach ma so: nichts is unmöglich
V2A habe ich nicht da. Allerdings habe ich 1.4878 (X8CrNiTi 18-10), was V2A schon sehr nahe kommt. C90, C100 und C125W habe ich auch da, wäre also machbar.

Ich hab tatsächlich 2015 mal eine kleine Klinge aus 1.4878 und C90 geschmiedet. Ich guck mal ob ich den Beitrag im Forum wieder finde.
Rostfrei mit einem "sauberen" unlegierten Werkzeugstahl zu verschweißen ist garnicht so schwer. Edelstähle untereinander ist sehr viel schwieriger!!

Ich weiß nicht, ob sich eine Probe mit C90 und eine mit C100 viel unterscheiden werden, daher würde ich eine mit C90 und eine mit C125W vorschlagen. Dann ist der C-Unterschied am größten und man bekommt auf jeden Fall unterschiedliche Ergebnisse. Aber dazu kann dein Werkstoffexperte sich auch gerne nochmal äußern. Ich kann auch mit allen drei Stählen Proben anfertigen.

Wenn es dann noch was anderes sein soll müsste ich das Material erst organisieren. Die oben genannten Stähle hab ich hier rumliegen.

Gruß
Willi
www.schmiedekunst-weyer.de
15 July 2017 at 19:53
Hallo Willi,

ich vermute dass C90 und C125W  durch Kohlenstoffdiffusion einen C 107,5 ergibt.
Sichtbar werden wohl eher die Stähle mit Legierungselementen sein, die nicht so diffusionsfreudig sind.

Grüße Peter
meine Homepage

Einfach nur schön das Schmiedeleben



Last edit: 15 July 2017 at 19:55, Peter Bühl
15 July 2017 at 23:27
Hallo Willi,

es kommt nicht so exakt auf den Stahltyp an. Was Du da hast, ist genau richtig - zwei klar unterscheidbare Legierungen, sowohl von den Legierungselementen her, als auch vom Gefühe und Ätzbild der Probe.

Ich würde vorschlagen eine ganz einfache Probe zu machen, also nur drei Lagen, der Kohlenstoffstahl in der Mitte weil es der Praxis entsprechen würde. Da hat man dann ganz klare, übersichtliche Verhältnisse.
Zusätzlich könnte ich mir eine zweite Probe interessant vorstellen, die eher dem entspricht, was Damast eigentlich ausmacht: Eben viele Lagen zu haben. Zu viele sollten es dann auch wieder nicht sein, das kann man dann gar nicht mehr sichtbar machen. Wieviele Lagen hat so eine typische Messerklinge? 10 oder 20? Der Werkstoffkundler kann auch diagonal durch die Probe schleifen, so dass die Lagen wieder sichtbar werden. Auch das Bruchbild von Damast ist vermutlich sehr interessant.

Proben mit unterschiedlichen Kohlenstoffstählen lohnen sich aus meiner Sicht nicht so. Die Analyse würde hier nur die Werte aus dem Datenblatt bestätigen. Spannend wäre da ein historisches Materialstück, so eine Scheibe von einem abgebrochenen Ritterschwert zum Beispiel. Aber die wirklich spannenden Sachen dürften schwer zu bekommen sein.

Ich selbst werde auch eine bescheidene Probe beisteuern: Ein Stück einer Hochtemperaturlegierung, angeblich Rene41. Ein Schelm von Nachbar hatte mir das Material zum Schmieden rübergebracht. Mal sehen, ob ich das überhaupt bearbeitet bekomme. Bei Raumtemperatur 1420 N/mm², bei 1000 °C noch 400 N/mm!

Könntest Du diese zwei Proben so herstellen, Willi?

Viele Grüße,

Bob


16 July 2017 at 10:54
Hi Bob,

wie viele Lagen so ein Damast hat kann man glaube ich nicht beantworten. Der eine mags grob, der andere fein. 10 wuerde ich aber mal so als Minimum bezeichnen und wenn ich mich nicht taeusche ist bei ca 400 Laagen Schluss fuers menschliche Auge. Anhand von Willis Erklaerung wuerde ich aber eher wenige Laagen nehmen, damit man den vollstaendigen Uebergang gut sieht ohne in Gefahr zu verlaufen, dass vor dem Ende des einen Materialuebergangs schon der naechste wieder anfaengt ... wenn man versteht was ich meine.

Chromstaehle habe ich bei mir garnicht bzw. keine deren Definition ich wirklich kenne (Chromvanadium Meissel z.B.), aber Willi scheint da ja ein super Sortiment zu haben.

Was die Waermebehandlung angeht wirds schwierig. Hast du nen Laserthermometer was gute 800 grad schafft, dann koennte man das dafuer benutzen. Zumindest fuer Gebrauchsgegenstaende wie Messer ist eine perfekte Temperaturbehandlung meiner Meinung nach nicht notwendig ist. Obs dann 5HRc mehr oder weniger hat ist der zerteilten Tomate dann auch egal. Sollte es aber wegen dem wissenschaftlichen Ansatz doch sinnvoll sein kann ich mal den Frank Trommer fragen. Der verfuegt glaube ich ueber die noetigen Oefen. Weiss nicht was der Willi da hat, aber auch da vermute ich mal mehr ein gutes Auge und Gefuehl als nach Datenblatt eingestellte Temperaturen?! 

So und zum Thema historische Materialien. Ja da wirds schwierig dran zu kommen und wenn du dran kommst, sollte man sich 3 mal ueberlegen ob das zerschnippeln zum analysieren einen Mehrwert bringt. Im Soester Beitrag zur Archaeologie Band 5 wurden ein paar Werkzeuge analysiert (z.B. PDF Seite 19) . Vielleicht ist das schon ausreichend? 
Link zum Beitrag.

Beste Gruesse,

Lenni
Last edit: 16 July 2017 at 11:01, Lennart G
16 July 2017 at 14:01
Hallo Lenni,

den Wunsch des Werkstoffkundlers nach Wärmebehandlungsparametern habe ich hier mehr zur Belustigung wiedergegeben. Bei diesem Projekt treffen halt Welten aufeinander, die sonst keinen Kontakt haben, obwohl sie eigentlich eng verbandelt sind. Für den Werkstoffkundler sind Damast und feuerverschweißte Stähle nicht verfügbar, und der Schmied würde die Kosten so einer Untersuchung nicht auf sich nehmen, auch wenn er einen Sinn darin sehen würde. Wenn ich etwas härte, dann wärme ich es auf und prüfe mit einem Magnet, was sich tut. Bei der entsprechenden Temperatur nach Glühfarbe halte ich das Werkstück eine Minute und schrecke dann ab. Mehr Infos als das würde ich dem Werkstoffkundler nicht mitgeben, das verkompliziert das Projekt sonst unnötig, ohne wirklich etwas zu bringen. Alles zusätzliche Wissen bringt ja nur etwas, wenn man auch vor hat, sein Handeln danach zu richten. Das scheint auch mir hier nicht nötig zu sein.

Wenn Du auch eine Probe beisteuern möchtest, dann wäre eine deutlich andere Kombination interessant, als die Chromnickelstahl-Kohlenstoffstahl-Mischung. Nicht zwingend, aber von Vorteil wären namentlich bekannte Stahlsorten. Was ist z.B. Dein Lieblings-Messerklingen-Mix, oder hast Du etwas exotisches da, z.B. aus einer besonders markanten früheren Verwendung (Militär, Raumfahrt, Medizin...), oder z.B. ein pulvermetallurgisch hergestellter Stahl?

Danke für den Link zu dem Archäologie-pdf. Ich habe kurz reinschaut, das ist wirklich interessant.

Von den wirklich interessanten Stählen ist vermutlich ohnehin besonders wenig erhalten geblieben, weil Kohlenstoffstahl schnell und tief rostet. Da ist das Schwert ruck-zuck beim Gartenwerkzeug gelandet. Schrotthändler könnte ich ohnehin nicht sein...

Und ich stimme Dir zu: Zum populärwissenschaftlichen Darstellen von Analysemethoden sollte man nichts nehmen, was derart rar ist.

Ich würde mich freuen, wenn Du auch eine Probe beisteuern könntest, guck doch mal, was Dir so einfällt.

Viele Grüße,

Bob