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Stahllexikon - Buchstabe "E"
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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,
daß es sich um ein Doppelschaubild handelt: Einerseits liegt Kohlenstoff
im stabilen Fe-C-System als Graphit vor. Demgegenüber ist er im metastabilen
System Fe-Fe3C als Eisencarbid (Zementit) vorhanden. Für
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. Würde man die Schmelze abkühlen - 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 Abkühlung
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 für 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 gleichmäßiges Gefüge namens
Perlit, das bis Raumtemperatur
existent bleibt. Der Umwandlungspunkt S, bei dem aus einer Phase zwei Phasen
entstehen, heißt Eutektoid (Eutektikum).
Legierungen mit kleineren Kohlenstoffgehalten (schneiden beim Abkühlen
aus dem Austenitgebiet die G-0-S-Linie links vom Punkt S) nennt man untereutektoidisch.
Bei diesen Werkstoffen setzt sich das Gefüge aus Ferrit und Perlit
zusammen, jedoch ist nicht das ganze Gefüge mit Zementitlamellen durchsetzt.
Übereutektoidische Stähle enthalten mehr als 0,83 % C (schneiden
beim Abkühlen aus dem Austenitgebiet die S-E-Linie rechts vom Punkt
S).Ihr Gefüge ist gleichmäßig 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 Gefüge und die
Eigenschaften der betreffenden Legierung.
Ein weiterer wichtiger Einflußpunkt ist die Geschwindigkeit, mit der
die Abkühlung erfolgt. Die physikalischen Vorgänge, die beim Übergang
von einer Phase in die andere ablaufen, benötigen Zeit. So kann man
durch schnelle Abkühlung bestimmte Umwandlungsvorgänge gezielt
verhindern; man "friert" einen Zustand, der bei höheren Temperaturen
vorliegt, ein, so daß er auch bei Raumtemperatur erhalten bleibt.
Dies spielt eine große Rolle für alle Wärmebehandlungen,
Härten und Glühen
und Vergüten.
Den Einfluß 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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