TY - JOUR A1 - Lemiasheuski, Anton A1 - Bajer, Evgenia A1 - Oder, Gabriele A1 - Göbel, Artur A1 - Hesse, Rene A1 - Pfennig, A. A1 - Bettge, Dirk T1 - Entwicklung eines automatisierten 3D-Metallographie-Systems und erste Beispiele für die Anwendung in der Gefüge-Analyse T1 - Development of an automated 3D metallography system and some first application examples in microstructural analysis N2 - Die klassische Metallographie basiert auf Abbildungen einzelner Schliffebenen und kann auf räumliche Formen und Anordnungen des Gefüges nur bedingt schließen. Die Idee, aus metallographischen Serienschliffen dreidimensionale Gefügestrukturen zu rekonstruieren, ist daher naheliegend und nicht neu. Allerdings ist der Aufwand, in Handarbeit viele Einzel-Schliffe zu präparieren und zu Bildstapeln zusammenzusetzen, sehr hoch und steht einer häufigen Anwendung entgegen. Deshalb wird an der BAM ein Roboter-gestütztes 3D-Metallographie-System entwickelt, das an einer Schliffprobe die Schritte Präparation und Bildeinzug vollautomatisch mit vielen Wiederholungen ausführt. Die Präparation umfasst Schleifen, Polieren und optional Ätzen der Schlifffläche, der Bildeinzug autofokussierte lichtmikroskopische Aufnahmen bei mehreren Vergrößerungsstufen. Der erhaltene Bildstapel wird anschließend vorverarbeitet, segmentiert und in ein 3D-Modell umgesetzt, das einer mikrotomographischen Aufnahme ähnelt, allerdings mit besserer lateraler Auflösung bei großem Volumen. Im Gegensatz zu tomographischen Verfahren besteht die Möglichkeit der Kontrastierung durch klassische chemische Ätzung. Die Integration eines REMs ist geplant. Bislang durchgeführte Arbeiten verdeutlichen die Möglichkeiten der Darstellung von Heißgas-Korrosionsschichten, Grauguss-Werkstoffen und Keramik-basierten mikroelektronischen Strukturen (Vias). N2 - Traditional metallography relies on the imaging of individual section planes. However, conclusions as to spatial shapes and microstructural arrangements can only be drawn to a limited extent. The idea to reconstruct three-dimensional microstructures from metallographic serial sections is therefore obvious and not at all new. However, the manual process of preparing a great number of individual sections and assembling them into image stacks is time-consuming and laborious and therefore constitutes an obstacle to frequent use. This is why the Federal Institute for Materials Research and Testing, or BAM for short (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung), is developing a robot-assisted 3D metallography system performing the tasks of preparation and image acquisition on a metallographic section fully automatically and repeatedly. Preparation includes grinding, polishing and optional etching of the section surface. Image acquisition is performed using a light optical microscope with autofocus at several magnification levels. The obtained image stack is then pre-processed, segmented and converted to a 3D model resembling a microtomographic image, but with a higher lateral resolution when large volumes are sampled. As opposed to tomographic techniques, it is possible to perform traditional chemical etching for contrasting. The integration of a SEM is in the planning stages. Studies conducted so far have demonstrated the possibility of visualizing hot gas corrosion layers, grey cast irons and ceramic-based microelectronic structures (vias). KW - 3D-Metallographie KW - Gefügeanalyse KW - Serienschnitte KW - Gefügerekonstruktion KW - 3D metallography KW - Microstructure analysis KW - Serial sectioning KW - Microstrucure reconstruction PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2023-0057 SN - 0032-678X VL - 60 IS - 10 SP - 676 EP - 691 PB - De Gruyter CY - Berlin/Boston AN - OPUS4-58593 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lemiasheuski, Anton A1 - Kranzmann, Axel A1 - Pfennig, Anja T1 - Herausforderungen und Möglichkeiten des manuellen metallografischen Serienschnittverfahrens anhand einer quantitativen Gefügeanalyse der Grafite eines Gusseisens T1 - Challenges and possibilities of the manual metallographic serial sectioning process using the example of a quantitative microstructural analysis of graphite in cast iron N2 - Die in dieser Studie vorgestellte 3D-Gefüge-Analyse konzentriert sich auf die Kugelgrafite eines Gusseisens des Typs EN-GJS. Es werden die Form anhand des Formfaktors und des Seitenverhältnisses sowie die durchschnittliche Teilchengröße und -verteilung untersucht. Die Form der Grafite in Gusseisenwerkstoffen ist mitentscheidend für die mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen und ist bei der Charakterisierung des Werkstoffs unumgänglich. Mittels Metallografischen Serienschnittverfahrens wird von dem Schicht für Schicht abgetragenen und lichtmikroskopisch schichtweise dargestellten Werkstoff ein digitaler Zwilling erstellt. Von diesem dreidimensionalen Zwilling lassen sich beliebige Ebenen digital projizieren und analysieren. Eine konventionelle quantitative 3D-Analyse untersucht die Voxelmenge und -zusammensetzung eines Körpers im 3D-Raum. Die hier vorgestellte Analyse wendet stereologische 2D-Analyseverfahren auf drei Raumebenen des Werkstoffs an. Dabei sind zwei der Ebenen digitale Projektionen des Zwillings. Die zwei rekonstruierten Ebenen des Werkstoffs sind so gewählt, dass die Richtungsvektoren aller drei Ebenen einen 90°-Winkel zueinander bilden. Diese Methodik wird eingehend beschrieben sowie Herausforderungen und Möglichkeiten des hier vorgestellten Serienschnittverfahrens diskutiert. N2 - The 3D microstructure analysis presented in this study focuses on the nodular graphite of an EN-GJS grade cast iron. The shape is analyzed based on shape factor and aspect ratio as well as average particle size and distribution. The shape of graphites in cast iron materials is critical to the mechanical properties of these alloys and is essential for the characterization of the material. Metallographic serial sectioning creates a digital twin of the material, which is removed layer by layer and visualized layer by layer under an optical microscope. From this three-dimensional twin, any number of planes can be digitally projected and analyzed. Conventional quantitative 3D analysis examines the voxel count and composition of a body in 3D space. The analysis presented here applies stereological 2D analysis methods to three spatial planes of the material. Two of the planes are digital projections of the twin. The two reconstructed planes of the material are chosen so that the direction vectors of all three planes form an angle of 90° to each other. The methodology is described in detail and the challenges and opportunities of the serial section method presented here are discussed. KW - Dreidimensionale Gefügeanalyse KW - Three-dimensional microstructure analysis KW - 3D-Metallografie KW - Serienschnittverfahren KW - Gefügerekonstruktion KW - Quantitative Gefügeanalyse KW - 3D metallography KW - Serial sectioning KW - Microstructure reconstruction KW - Quantitative microstructure analysis PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1515/pm-2024-0066 SN - 0032-678X VL - 61 IS - 9-10 SP - 746 EP - 768 PB - De Gruyter CY - Berlin/Boston AN - OPUS4-60976 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -