Eisen-Kohlenstoff-Diagramm und Stähle

Einführung

• Stahl im Maschinenbau
  • Preiswert
  • Hohe Festigkeit und gute Zähigkeit
• Stahlzusammensetzung
  • Basiselement: Eisen
  • Legierungselement: Kohlenstoff (max. 2%)
  • Eisen allein zu weich (Weicheisen)

Stahl und Kohlenstoff

• Eigenschaften aufgrund Kohlenstoffgehaltes
  • Härte
  • Festigkeit
  • Zähigkeit
• Gefügestruktur verstehen

Erstarrung von reinem Eisen

• Abkühlkurve von Weicheisen
  • Mehrere Haltepunkte
  • Erstarrung bei 1536°C (Gamma-Eisen: kubisch flächenzentriert)
  • Umwandlung bei 911°C (Alpha-Eisen: kubisch raumzentriert)

Einfluss des Kohlenstoffs auf das Gefüge

• Phasendiagramm Eisen-Kohlenstoff
  • Verschiebung der Phasenumwandlungen durch Kohlenstoff
  • Liquiduslinie (Erstarrungsbeginn)
  • Soliduslinie (Erstarrungsende)
  • Gamma-Alpha-Umwandlung

Stahlecke im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

• Bereich bis 2,06% Kohlenstoff (Stahlecke)
  • Zonen ober- und unterhalb der Liquiduslinie
  • Gamma-Eisen und Alpha-Eisen
  • Löslichkeiten von Kohlenstoff

Gefügeunterschiede bei verschiedenen Kohlenstoffgehalten

• Unter eutektoider Stahl (< 0,8% C)
  • Abkühlung und Gamma-Alpha-Umwandlung
• Eutektoider Stahl (0,8% C)
  • Bildung von Perlit (Ferrit + Zementitlamellen)
• Über eutektoider Stahl (> 0,8% C)
  • Bildung von Korngrenzen-Zementit

Stabiles vs metastabiles System

• Stabiles System
  • Ausscheidung von Graphit
• Metastabiles System
  • Ausscheidung von Zementit (Fe₃C)
  • Härtesteigerung durch Zementit
  • Relevanz für Stähle

Zusammenfassung

• Unterschiede in Gefüge und Eigenschaften bei verschiedenen Kohlenstoffgehalten
  • Perlit (Ferrit und Zementit)
  • Korngrenzenzementit bei über eutektoidem Stahl
• Gefügeanteile Bestimmen
  • Konodenregel
  • Bestimmung der Phasenanteile
• Anwendungsbereiche
  • Stähle: high strength, tough
  • Gusseisen: brittle, casting applications