Ein spektrometrischer Analysebericht enthält Spalten mit chemischen Symbolen, Prozentangaben und die Angabe der Stahlsorte. Allerdings muss man wissen, wie man eine Abweichung von 0,3 % beim Molybdän oder das Fehlen eines Kohlenstoffwerts im Bericht interpretiert.
Inhalt eines spektrometrischen Analyseberichts
Der Bericht, der von einem tragbaren Gerät (Feld-RFA) oder einem Laborspektrometer erstellt wird, gibt die gemessene chemische Zusammensetzung einer Metallprobe wieder. Er enthält in der Regel dieselben Informationskategorien.
In der Kopfzeile werden die Leistungsdaten angegeben: Analysedatum, Prüfer oder Unternehmen, verwendetes Gerät, Methode (Röntgenfluoreszenz, optische Emission usw.) und Probenreferenz. Diese Daten gewährleisten die Rückverfolgbarkeit: Sie verknüpfen den Bericht mit einer bestimmten Materialcharge, einem Bestellschein oder einem bestimmten Fertigungsschritt.
Die Zusammensetzungstabelle bildet den Kern des Berichts. Sie listet die nachgewiesenen chemischen Elemente (Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Co, Mn, Si usw.) mit ihrer Konzentration in Massenprozent (% oder wt%) auf. In einigen Berichten wird zusätzlich eine Spalte mit der Messunsicherheit pro Element hinzugefügt.
Die ermittelte Legierungssorte („Grade Match“) ist die Bezeichnung der Legierung, die das Gerät den gemessenen Ergebnissen zuordnet, indem es diese mit seiner internen Datenbank abgleicht: zum Beispiel CuBe2, Inconel 625, Ti Gr.5. Diese Zuordnung basiert auf dem Vergleich der gemessenen Zusammensetzung mit den normativen Bereichen der jeweiligen Legierungssorte.
In den Anmerkungen oder Bemerkungen werden eventuelle Besonderheiten angegeben: oxidierte Oberfläche, kurze Erfassungszeit, mit der verwendeten Methode nicht messbares Element.
Auswertung der chemischen Zusammensetzung Element für Element
Jede Zeile der Tabelle gibt ein chemisches Element und dessen Konzentration in der Probe an, ausgedrückt in Massenprozent. Ein Wert von Cr = 17,2 % bedeutet, dass Chrom 17,2 % der Gesamtmasse der analysierten Probe ausmacht.
Das Gewicht der einzelnen Bestandteile variiert je nach Legierung. Bei einer Aluminiumbronze sind Kupfer und Aluminium die maßgeblichen Bestandteile. Bei einer Titanlegierung der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) ist das Verhältnis von Aluminium zu Vanadium entscheidend.
Die Analyse muss sich daher vorrangig auf die Hauptbestandteile der erwarteten Legierungszusammensetzung konzentrieren und deren Übereinstimmung mit dem von der geltenden Norm (ASTM, EN, DIN, UNS) zugelassenen Bereich überprüfen. Spurenelemente mit einem Anteil unter 0,1 % spielen manchmal eine entscheidende Rolle: Schwefel und Phosphor beispielsweise unterliegen in den meisten Stählen einer Begrenzung, da sie das Metall bereits bei sehr geringen Gehalten spröde machen.
Wie lassen sich die Ergebnisse mit den Normbereichen einer Stahlsorte vergleichen?
Dies ist der wichtigste Schritt: Die gemessene Zusammensetzung wird mit den Grenzwerten verglichen, die durch die Referenznorm für die jeweilige Legierungssorte vorgegeben sind. Jede Legierungsbezeichnung ist durch einen Zusammensetzungsbereich für jedes Element definiert. Solange alle gemessenen Werte innerhalb dieser Bereiche liegen, entspricht das Material den Anforderungen.
Was bedeutet Messunsicherheit und wie ist sie zu interpretieren?
Keine physikalische Messung ist vollkommen genau. Die Messunsicherheit, die im Bericht häufig mit „±“ angegeben wird, quantifiziert die mit jedem Wert verbundene Fehlerbandbreite.
Bei einem tragbaren RFA-Analysegerät liegt die typische Messunsicherheit für Hauptelemente (mit einem Gehalt von mehr als 1 %) in der Größenordnung von ± 0,1 bis 0,5 % und kann bei Elementen mit geringer Konzentration bis zu ± 0,01 bis 0,05 % betragen. Ein optisches Emissionsspektrometer (OES) im Labor bietet in der Regel eine höhere Genauigkeit mit Unsicherheiten in der Größenordnung von ± 0,01 % bei den Hauptelementen.
Laut Thermo Fisher Scientific, einem führenden Hersteller von Analysegeräten, erreichen tragbare RFA-Analysegeräte der neuesten Generation für die meisten Übergangselemente in Metalllegierungen Nachweisgrenzen in der Größenordnung von 10 bis 50 ppm (Teile pro Million) (Daten von 2025).
Konkret muss diese Unsicherheit berücksichtigt werden, wenn der gemessene Wert sehr nahe an einem Grenzwert der Norm liegt. Wenn die Norm Mo ≥ 2,0 % vorschreibt und der Bericht Mo = 2,02 % ± 0,15 % angibt, könnte der tatsächliche Wert zwischen 1,87 % und 2,17 % liegen. In diesem Fall wird eine ergänzende Messung im Labor (OES oder ICP) empfohlen, um den Zweifel auszuräumen.
Wie erkennt man einen Wert, der außerhalb der Toleranz liegt?
Ein Wert außerhalb der Toleranz ist ein Ergebnis, das außerhalb des normativen Bereichs der angegebenen Güteklasse liegt. Er wird im Bericht manchmal rot oder fett hervorgehoben, dies ist jedoch nicht immer der Fall. Eine manuelle Überprüfung ist daher weiterhin unerlässlich.
Die Methode ist einfach. Vergleichen Sie für jedes Element der Zusammensetzungstabelle den gemessenen Wert mit dem in der Norm für die Legierung vorgeschriebenen Bereich. Dabei gibt es drei mögliche Fälle.
Der Wert liegt innerhalb des Intervalls. Das Element entspricht den Vorgaben. Es sind keine Maßnahmen erforderlich.
Der Wert liegt außerhalb des Intervalls, doch die Abweichung ist gering, und die Messunsicherheit könnte diese Abweichung erklären. Der Stoff befindet sich in einer Grauzone. Eine Gegenanalyse mittels einer Labormethode (OES oder ICP-OES) wird Klarheit schaffen. Dies ist die häufigste Situation bei Elementen mit geringem Gehalt oder solchen, die nahe an den Grenzwerten liegen.
Der Wert liegt deutlich außerhalb des Bereichs. Das Material entspricht nicht der angegebenen Güteklasse. Es könnte sich um einen Etikettierungsfehler, eine Vermischung von Chargen oder eine andere Güteklasse handeln. In diesem Fall muss das Material isoliert und eine Rückverfolgbarkeitsuntersuchung eingeleitet werden.
Wie in der Norm EN 10204 in den Anforderungen an Prüfbescheinigungen dargelegt, ist die Übereinstimmung zwischen der gemessenen chemischen Zusammensetzung und der Auftragsspezifikation ein grundlegendes Abnahmekriterium. Selbst eine geringfügige Abweichung kann bei einem Qualitätsaudit zu einer Nichtkonformität führen, insbesondere bei Druckgeräten (DESP/PED-Richtlinie) oder in der Luftfahrt (EN 9100).
Was der XRF-Bericht nicht abdeckt
Die Röntgenfluoreszenzspektroskopie ist zwar leistungsfähig, hat jedoch gewisse Grenzen, die man kennen muss, um einen Bericht richtig zu interpretieren.
Leichte Elemente. Das tragbare RFA-Gerät misst Elemente mit einer Ordnungszahl unter 12 (Magnesium) nicht zuverlässig. Kohlenstoff (Z=6), Stickstoff (Z=7), Bor (Z=5) und Schwefel (Z=16, messbar, jedoch mit hoher Unsicherheit beim tragbaren RFA) lassen sich mit dieser Methode nur schwer oder gar nicht quantifizieren. Kohlenstoff ist jedoch ein entscheidendes Element für viele Stahlsorten (316 vs. 316L, kohlenstoffarme Stähle). Wenn der Kohlenstoffgehalt für Ihre Anwendung entscheidend ist, ist eine ergänzende Analyse mittels OES oder Verbrennungsanalyse (LECO) erforderlich. Laut Malvern Panalytical, einem Spezialisten für analytische Messtechnik, können WD-XRF-Laborspektrometer Elemente ab Beryllium (Z=4) messen, während tragbare ED-XRF-Geräte unter Feldbedingungen weiterhin auf Elemente ab Magnesium (Z=12) beschränkt sind (technische Dokumentation, 2025).
Die mechanischen Eigenschaften. Ein Bericht über die chemische Zusammensetzung sagt nichts über die Zugfestigkeit, die Streckgrenze, die Härte oder die Zähigkeit des Metalls aus. Diese Eigenschaften hängen von der Wärmebehandlung und der Mikrostruktur ab, nicht allein von der chemischen Zusammensetzung. Das Werkstoffzertifikat nach EN 10204 Typ 3.1 enthält diese Daten, der spektrometrische Analysebericht allein deckt sie jedoch nicht ab.
Der Oberflächenzustand. Eine Oxidschicht, eine Beschichtung, Oberflächenverunreinigungen oder eine thermisch beeinträchtigte Stelle können die RFA-Messung verfälschen. Wenn im Bericht „Messung an einer unbehandelten Oberfläche“ oder „Vorhandensein von Oxid“ vermerkt ist, sollten die Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden. Ein leichtes Abschleifen des Untersuchungsbereichs verbessert die Zuverlässigkeit der Ergebnisse.
Ihren Analysebericht optimal nutzen
Ein spektrometrischer Analysebericht ist nicht nur ein einfaches Verwaltungsdokument. Er ist ein Entscheidungshilfemittel, mit dem Sie den Wareneingang bestätigen, Unklarheiten bezüglich eines nicht identifizierten Lagerbestands beseitigen oder die Konformität einer kritischen Komponente nachweisen können.
Um den größtmöglichen Nutzen daraus zu ziehen, sollten Sie drei Grundsätze beachten: Überprüfen Sie systematisch die gemessene Zusammensetzung im Hinblick auf die normativen Grenzwerte der bestellten Sorte. Berücksichtigen Sie die Messunsicherheit, insbesondere wenn die Werte nahe an den Grenzwerten liegen. Und ermitteln Sie die Elemente, die mit der verwendeten Methode nicht gemessen werden können, um die Analyse gegebenenfalls zu vervollständigen.
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