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Suchbegriff: Ledeburit

Thema: Chem. Element

Eisen Kohlenstoff Diagramm

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Das E. ist ein Zweistoffsystem aus den beiden Elementen Eisen und Kohlenstoff. Es gibt die verschiedenen Phasen an, die in bestimmten Temperaturbereichen - je nach Massengehalt der beiden Legierungspartner - existieren. Eine Besonderheit des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms liegt darin, daĂü es sich um ein Doppelschaubild handelt: Einerseits liegt Kohlenstoff im stabilen Fe-C-System als Graphit vor. DemgegenĂĽber ist er im metastabilen System Fe-Fe3C als Eisencarbid (Zementit) vorhanden. FĂĽr die Stahlerzeugung ist das metastabile System von Bedeutung.

Wie sind die zahlreichen Informationen, die dieses Schaubild enthält, zu lesen? Man nehme zum Beispiel eine Schmelze mit einer Temperatur von 1.540°C und einem Kohlenstoffgehalt von 0,83 % C. Dieser Punkt liegt im Bereich der homogenen Schmelze. Von hier ausgehend denkt man sich eine Hilfslinie, die parallel zur Temperaturachse verläuft und die x-Achse schneidet. WĂĽrde man die Schmelze abkĂĽhlen - also entlang dieser Hilfslinie nach unten fahren, so trifft man kurz unterhalb von 1.500°C auf die Liquiduslinie (Schmelzlinie, verbindet die Punkte A-C-D). Sobald die Liquidustemperatur unterschritten wird, beginnt die Ausscheidung von Gamma-(g-) Mischkristallen. Man durchläuft bei weiterer AbkĂĽhlung einen teilerstarrten Bereich, in dem Schmelze und Austenit nebeneinander vorliegen. Dieses sogenannte Zweiphasengebiet wird durch die Soliduslinie (Erstarrungslinie, verbindet die Punkte A-E-C-F) begrenzt. Unterhalb der Erstarrungstemperatur fĂĽr die ausgewählte Legierung mit 0,83 % C ist die Schmelze vollständig zu kfz Austenit erstarrt. Der Existenzbereich dieses Mischkristalls reicht bis zu einer Temperatur von 723°C hinunter. Am Punkt S bilden sich aus dem Austenit zwei Phasen: Zum einen klappt das Austenitgitter in den krz Ferrit Alpha-Mischkristall um, zum anderen bildet sich das Eisencarbid Fe3C (Zementit). Diese beiden Phasen bilden ein gleichmäĂüiges GefĂĽge namens Perlit, das bis Raumtemperatur existent bleibt. Der Umwandlungspunkt S, bei dem aus einer Phase zwei Phasen entstehen, heiĂüt Eutektoid (Eutektikum).

Legierungen mit kleineren Kohlenstoffgehalten (schneiden beim AbkĂĽhlen aus dem Austenitgebiet die G-0-S-Linie links vom Punkt S) nennt man untereutektoidisch. Bei diesen Werkstoffen setzt sich das GefĂĽge aus Ferrit und Perlit zusammen, jedoch ist nicht das ganze GefĂĽge mit Zementitlamellen durchsetzt. Ăśbereutektoidische Stähle enthalten mehr als 0,83 % C (schneiden beim AbkĂĽhlen aus dem Austenitgebiet die S-E-Linie rechts vom Punkt S).Ihr GefĂĽge ist gleichmäĂüig mit Fe3C-Lamellen durchsetzt. Neben Perlit enthält es aber auch sekundären Zementit. Stahl enthält aber neben Kohlenstoff oft Legierungselemente, die die Grenzlinien des Austenitgebietes verschieben (Austenitbildner, Ferritbildner). Je nach ihrem Gehalt verändern sie somit auch das GefĂĽge und die Eigenschaften der betreffenden Legierung.

Ein weiterer wichtiger EinfluĂüpunkt ist die Geschwindigkeit, mit der die AbkĂĽhlung erfolgt. Die physikalischen Vorgänge, die beim Ăśbergang von einer Phase in die andere ablaufen, benötigen Zeit. So kann man durch schnelle AbkĂĽhlung bestimmte Umwandlungsvorgänge gezielt verhindern; man "friert" einen Zustand, der bei höheren Temperaturen vorliegt, ein, so daĂü er auch bei Raumtemperatur erhalten bleibt. Dies spielt eine groĂüe Rolle fĂĽr alle Wärmebehandlungen, Härten und GlĂĽhen und VergĂĽten. Den EinfluĂü des Zeitfaktors machen die ZTU-Schaubilder deutlich.

Weitere charakteristische Punkte im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm sind im Bild eingezeichnet. Die Curie-Temperatur (Punkt M bzw. 0 für 0,5 % C) begrenzt den Ferromagnetismus (im Schrifttum wird sie mal mit 768°, mal mit 769°C angegeben). Bei 911°C findet der Wechsel zwischen kfz- und krz-Gitter bei Reineisen statt (Punkt G). Punkt C bezeichnet das Eutektikum.

 

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