Werkstoffkunde Metall/ Eisen und Stahl/ EKD

Das Eisen-Eisencarbid-Diagramm - Was kann man damit anfangen?

(auch Eisen-Kohlenstoff-Diagramm genannt) ist ein Zustandsdiagramm der Legierung Fe-C. Im Bezug auf die Temperatur und den Gehalt des Kohlenstoffs lässt sich das zugehörige Gefüge ablesen. Die Gefügeentwicklung bei schnellem Abkühlen lässt sich aus diesem Diagramm nicht ablesen. Dazu wird das Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild betrachtet.

Darstellung - Wo sieht man was?

Die X-Achse zeigt den Kohlenstoffgehalt im Werkstoff in Prozent an. Die Skala reicht von 0% bis 6,67%. Der Bereich über diesen Wert ist technisch nicht von Interesse. Die Y-Achse zeigt die Temperatur von 1600 bis 20°C.

Die dargestellten Legierungen können in drei verschiedene Bereiche unterteilt werden:

Reines Eisen mit wenig Kohlenstoff. Die Eigenschaften des Eisens werden noch nicht durch den C-Gehalt beeinflusst. (<0,1%)
Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 2,06%
Gusseisen mit einem Kohlenstoffgehalt von 2,06 bis etwa 4,5%. Das Gefüge enthält eutektische Anteile.

$\alpha$ -Eisen wird als Ferrit bezeichnet
$\gamma$ -Eisen wird als Austenit bezeichnet

Wichtige Linien zur Orientierung im Diagramm

ABCD - Liquiduslinie
AHIECF - Soliduslinie
ECF - Eutektikale
PSK - Eutektoide

Oberhalb der Liquiduslinie (ABCD) liegt Schmelze vor. Bei der Abkühlung beginnt nun an der ABC-Linie die Ausscheidung von Mischkristallen, entlang der CD-Linie die primäre Kristallisation von Fe $_{3}$ C (Eisencarbid). Fällt die Temperatur weiter, wird die Soliduslinie (AHIECF) erreicht und die Erstarrung ist abgeschlossen.

Bei der Abkühlung treten auch unterhalb der Soliduslinie Gefügeumwandlungen auf: Beim Punkt S handelt es sich um eine eutektoidische Umwandlung. Bei einer Temperatur von 723°C wird aus dem Austenit ( $\gamma$ -Mischkristall) Perlit mit 0,8% Kohlenstoff ausgeschieden.

Die Gefüge im Fe-Fe3C-Diagramm - Was ist eigentlich...?

Im folgenden werden die Gefügearten beschrieben:

Ferrit: $\alpha$ -Mischkristall ist weich und leicht kalt umformbar. Die Werkstoffe dieses Gefüges weisen eine geringe Festigkeit auf.

Austenit: $\gamma$ -Mischkristall ist sehr gut umformbar und unmagnetisch. Kommt nur bei bestimmten, hochlegierten Werkstoffen bei Raumtemperatur vor.

Zementit: Fe $_{3}$ C (Eisencarbid) ist eine sehr harte Phase. Mindert die Verformbarkeit, erhöht die Festigkeit bei guter Verteilung im Gefüge.

Perlit: Phasengemisch aus Ferrit und Zementit.

Ledeburit I: Austenit + Fe $_{3}$ C.

Ledeburit II: Perlit + Fe $_{3}$ C.