eisenkohlenstoffdiagramm dem werkstoffstahl kommt im Maschinenbau eine besondere Bedeutung zu stellele sind im Vergleich zu anderen Metallen relativ preiswert und zeichnen sich trotz ihrer hohen Festigkeit durch eine gleichzeitig gute Zähigkeit aus stellele sind im Prinzip zwei stofflegierungen die aus dem Basiselement Eisen und dem Legierungselement Kohlenstoff Bestehen der Kohlenstoffgehalt beträgt dabei maximal 2% der Kohlenstoff gibt dem Stahl die nötige Festigkeit und Härte denn Eisen allein wäre als Konstruktionswerkstoff zu weich reines Eisen wird daher auch als Weicheisen bezeichnet merke also stäle bestehen aus dem Hauptelement Eisen dem maximal 2% Kohlenstoff zulegiert wird je nach kohlenstoffgehaltweisen stäle unterschiedliche Eigenschaften wie Härte Festigkeit oder Zähigkeit auf um dies zu verstehen ist ein tieferes Verständnis der Gefügestruktur von stellen und ihrer Entstehung erforderlich bevor wir uns jedoch dem legierungssystem eisenkohlenstoff zuwenden betrachten wir zunächst die Erstarrung von reinem Eisen die abkülkurve von Weicheisen weist eine Reihe von Haltepunkten auf an denen jeweils unterschiedliche Vorgänge im Gefüge ablaufen im Folgenden betrachten wir eine vereinfachte abkühlkurve von rheineisen die nur die Werkstoff Klich relevanten gefügeänderungen zeigt abschließend wird die vollständige abkühlkurve näher betrachtet beim Abkühlen des Eisens aus der flüssigen Schmelze tritt der erste Haltepunkt bei der Erstarrungstemperatur von 1566° csus auf bei dieser Temperatur liegt das Eisen nach der vollständigen Erstarrung in der kubischflächenzentrrierten Gitterstruktur vor in diesem Zustand wird das Eisen auch als gammaeisen bezeichnet wird das bereits vollständig erstarrte gammaeisen weiter abgekühlt findet bei 911° celus aufgrund der allotropie eine weitere gitterumwandlung statt dabei geht das kubisch flächenzentrierte Eisen in eine kubischraumzentrierte Gitterstruktur über unterhalb von 911° csus ändert sich das Gefüge dann nicht mehr in dieser kubischraumzentrierten Form wird das Gefüge des weicheisens auch als alphaeisen bezeichnet die Umwandlung der Gitterstruktur wird deshalb auch Gamma Alpha Umwandlung genannt beachte dass sich beim Übergang von der kubischfächenzentrierten zur kubischraumzentrierten Gitterstruktur die Form der einzelnen Körner durch Diffusionsvorgänge ändert während die Körner des gammaeisens eine eher polygonale Form aufweisen haben die Körner des alphaeisens eine eher runde Form werden nun dem Eisen geringe Mengen Kohlenstoff zu gesetzt so verschieben sich die soeben beschriebenen Phasenumwandlungen hin zu anderen Temperaturen wie der Kohlenstoff dabei die Zustandsänderungen beeinflusst kann am besten durch das entsprechende Zustandsdiagramm erläutert werden ein solches Phasendiagramm wird auch als eisenkohlenstoffdiagramm bezeichnet im Vergleich zu reinem Eisen ergeben sich bei der Erstarrung von Stellen zunächst zwei wesentliche Unterschiede zum einen erstarrt der Stahl nicht mehr in einem Haltepunkt bei konstanter Temperatur sondern in einem Temperaturbereich zum anderen Erfolg der erstarrungsbeginn nicht mehr bei 1536° CS sondern bei einer niedrigeren Temperatur die Erstarrungstemperatur bzw der erstarrungsbereich wird also durch den Kohlenstoff herabgesetzt die liquiduslinie kennzeichnet im Phasendiagramm den erstarrungsbeginn und die soliduslinie das erstarrungsende zudem wird die Gamma Alpha Umwandlung des Eisens durch den Kohlenstoff beeinflusst auch diese gitterumwandlung findet nun nicht mehr in einem reinen Haltepunkt bei konstanter Temperatur statt sondern in einem Temperaturbereich der Beginn der Gamma Alpha Umwandlung wird durch den Kohlenstoff zu niedrigeren Temperaturen verschoben aber dennoch beobachtet man einen zusätzlichen Haltepunkt am Ende der Gamma Alpha Umwandlung worauf dieser genau zurückzuführen ist werden wir später im Detail erläutern die gitterumwandlung zum kubischraumzentrierten alpaeisen endet ab einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,02% immer bei 723° csus in einem Haltepunkt ab einem Kohlenstoffgehalt von 0,8% ist der Beginn der Gamma Alpha Umwandlung sogar soweit abgesenkt dass er wieder mit dem Ende der gitterumwandlung zusammenfällt das bedeutet dass ab einer kohlenstoffkonzentration von 0,8% die Gamma Alpha Umwandlung wieder in einem reinen Haltepunkt bei konstanter Temperatur abläuft bei höheren Kohlenstoffkonzentrationen ist ein zusätzlicher Knick in der abkühlkurve zu beobachten dies ist auf die begrenzte Löslichkeit des Kohlenstoffs im kubischflächenzentrierten Gitter zurückzuführen dabei Unterschreitung der Löslichkeitsgrenze eine Ausscheidung des Kohlenstoffs im gammaeisengitter erfolgt da wird Energie in Form von Wärme freigesetzt dies ist der Grund für den Knick in der abkühlkurve auf die dabei stattfindenden gefügevorgänge gehen wir später näher ein weiterhin findet die Gamma Alpha Umwandlung bei einer konstanten Temperatur von 723° CS statt bei einem Kohlenstoffgehalt von 2,06% fällt das erstarrungsende bei 1147° CS mit der Löslichkeitsgrenze zusammen s dass in diesem Fall unmittelbar nach der Erstarrung Kohlenstoff durch Unterschreiten der Löslichkeitsgrenze aus dem Gefüge ausgeschieden wird diese maximale Löslichkeit von 2,06% Kohlenstoff im kubischflächenzentrierten gammaeisen stellt die maximale kohlenstoffkonzentration dar die ein Stahl aufnehmen kann aus diesem Grund ergibt sich die besagte Grenze bis dahin man eisenwerkstoffe als stäle bezeichnet höhere konzent en an Kohlenstoff führen zu einem grundsätzlich anderen gefügeaufbau für stellele sieht das Phasendiagramm also wie folgt aus fassen wir darin die wichtigsten Bereiche noch einmal kurz zusammen oberhalb der liquidus Linie ist der Stahl vollständig aufgeschmolzen zwischen liquidus und solidus Linie findet die Erstarrung statt im grün markierten Bereich unterhalb der soliduslinie ist das Gefüge vollständig erstarrt und das Eisen liegt in der kubischflächenzentrierten Gitterstruktur des gammaeisens vor der Kohlenstoff ist in diesem Gitter zunächst vollständig gelöst während unterhalb eines kohlenstoffgehaltes von 0,8% grundsätzlich der gesamte Kohlenstoff im gammaeisen löslich bleibt kann bei höheren Konzentrationen der Kohlenstoff ab einer bestimmten Temperatur nicht mehr vollständig im gammaeisen gelöst werden bei Unterschreitung der Löslichkeitsgrenze im Phasendiagramm kommt es daher zur Ausscheidung von Kohlenstoff aus dem Gitter des gammaeisens auf welche Weise und in welcher Form der Kohlenstoff bei diesem Prozess genau ausgeschieden wird werden wir später klären zudem führt die Gamma Alpha Umwandlung ebenfalls zur Ausscheidung von Kohlenstoff da dieser nicht mehr im selben Maße im kubischraumzentrierten alphaeisen gelöst werden kann wie dies in der kubischflächenzentrierten Struktur der Fall ist unterhalb einer kohlenstoffkonzentration von n0 0,8% findet diese gitterumwandlung im gelb markierten Temperaturbereich statt bei höheren Konzentrationen follzieht sich die Gamma Alpha Umwandlung bei einer konstanten Temperatur von 723° csus unterhalb dieser Temperatur liegt im Gefüge eines Stahls soit grundsätzlich alphaeisen und Kohlenstoff vor in welcher Form der Kohlenstoff dabei im Gefüge enthalten ist werden wir später genauer klären wie bereits erläutert endet der für stellele relevante Teil des eisenkohlenstoffdiagramms bei einem Kohlenstoffgehalt von 2,06% in diesem Konzentrationsbereich zeichnet sich das Gefüge durch eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Zähigkeit aus höhere Kohlenstoffgehalte führen zu einem strukturell anderen Gefüge das in der Regel deutlich spröder ist dafür sind diese eisenwerkstoffe aufgrund ihrer gefügeeigenschaften besonders gut für die verarbeit im Gießverfahren geeignet diese Werkstoffe werden daher als Gusseisen bezeichnet merke also eisenwerkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 2,06% werden als Stelle bezeichnet bei höheren Konzentrationen spricht man von Gusseisen der für stellele relevante Bereich im eisenkohlenstoffdiagramm bis 2,06% Kohlenstoff wird auch als stahlecke bezeichnet betrachten wir im Folgenden die stahlecke nochmals etwas genauer diese zeigt zunächst den für Mischkristall Legierungen typischen linsenförmigen zweiphasenbereich während der Erstarrung und tatsächlich erstarren im Prinzip alle stellele wie eine mischkristalllegierung bei der das Legierungselement Kohlenstoff im kubischflächenzentrierten Gitter des gammaeisens zunächst vollständig löslich ist diese vollständige Löslichkeit ist gerade das Merkmal einer Mischkristall Regierung die gute Löslichkeit des Kohlenstoffs ist auf die kubischflächenzentrierte Gitterstruktur des gammaeisens zurückzuführen die relativ kleinen Kohlenstoffatome finden in den freien würfelzentren der kubischflächenzentrierten Elementarzellen des eisensplatz diese freien Plätze werden auch als oktaederlücken bezeichnet das aus der Schmelze entstandene kubischflächenzentrierte gammaeisen mit den darin eingelagerten Kohlenstoffatomen wird auch Austenit bezeichnet der zweiphasenbereich zwischen liquidus und solidus Linie enthält dementsprechend die phasenschmelze und Austenit unterhalb der soliduslinie liegt dann zunächst ein reines mischkristallgefüge aus Austenit vor die kubischfächenzentrierte Struktur des gammaeisens beginnt jedoch ab einer bestimmten Temperatur in die kubischraumzentrierte Struktur überzugehen es ist zu beachten dass diese Gamma Alpha Umwandlung auch bei Kohlenstoffkonzentrationen über 0,8% Auftritt auch wenn sie im Phasendiagramm optisch nicht als Bereich zu erkennen ist da die Umwandlung in diesen Fällen bei konstanter Temperatur erfolgt im Gegensatz zu den Gamma Mischkristallen sind die Elementarzellen des kubischraumzentrierten alphagitters jedoch bereits in der würfelmitte mit einem Eisenatom besetzt die kubischraumzentrierte Gitterstruktur von alphaeisen ist daher kaum in der Lage Kohlenstoff zu lösen die im Phasendiagramm eingezeichnete schwarze Linie kennzeichnet den Verlauf der maximalen Löslichkeit von Kohlenstoff in alphaeisen in gleicher Weise kennzeichnet die bereits erläuterte Löslichkeitsgrenze die maximale Löslichkeit von Kohlenstoff in gammaeisen die Löslichkeit des Kohlenstoffs im alphaeisen ist also deutlich geringer als die im gammaeisen die maximale Löslichkeit von Kohlenstoff im alphaeisen wird bei 723° CS erreicht und beträgt nur 0,02% bei Raumtemperatur sinkt die Löslichkeit sogar unter 0,001% die geringe Löslichkeit von Kohlenstoff im alphaeisen kann daher häufig vernachlässigt werden dieses für den Kohlenstoff nahe zuu unlösliche alphaeisen wird auch als Ferit bezeichnet während also die Kohlenstoffatome in der kubischflächenzentrierten Gitterstruktur des austenids zunächst vollständig löslich sind können Sie nach der Gamma Alpha Umwandlung praktisch nicht mehr im kubischraumzentrierten Gitter des alphaeisens gelöst werden der Kohlenstoff diffundiert deshalb bei der gitterumwandlung aus dem kubischflächenzentrierten Gitter aus dies kann prinzipiell auf zwei Arten geschehen bei langsamer Abkühlung und relativ hohem Kohlenstoffgehalt haben die in ausreichender Zahl ausgeschiedenen Kohlenstoffatome genügend Zeit sich zu einer eigenen hexagonalen Gitterstruktur zusammen zu finden in dieser gittermodifikation wird der Kohlenstoff auch als Graphit bezeichnet der Kohlenstoff scheidet sich in diesem Fall also in Reinform aus eine solche graphitausscheidung wird nicht nur durch relativ langsame abkühlgeschwindigkeiten begünstigt sondern kann auch durch Zugabe von Silizium gezielt gefördert werden die Ausscheidung des Kohlenstoffs in Form von Graphit wird auch als stabiles System bezeichnet da der Kohlenstoff in dieser Form nicht mehr weiter zerfallen kann und somit im thermodynamischen Sinne stabil ist ein nach dem stabilen System entstandenes Gefüge besteht also grundsätzlich aus Eisen und Grafit Gusseisen hat einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt von über 2% und ist damit ein typischer Vertreter des stabilen Systems bei der Gamma Alpha Umwandlung kann der Kohlenstoff jedoch nicht nur als graffit ausgeschieden werden wird das erstarrte Gefüge nicht mehr relativ langsam sondern schneller abgekühlt und sind nur relativ geringe Mengen an Kohlenstoff vorhanden so können sich die Kohlenstoffatome nicht mehr zu einem gemeinsamen graphitgitter zusammenlagern in diesem Fall verbinden sich die ausgeschiedenen Kohlenstoffatome mit jeweils drei eisenatomen zu eisenkarbit fe3c und bilden eine romboedrische Gitterstruktur diese intermetallische eisenkabitverbindung wird auch Zementit genannt wie der Name bereits utet ist diese Verbindung sehr hart und maßgeblich für die härtesteigerung des Stahls verantwortlich die zementitausscheidung kann nicht nur durch eine schnellere Abkühlung erreicht sondern auch durch Zusätze wie Mangan gezielt gefördert werden die Ausscheidung des Kohlenstoffs in Form von Zementit wird im thermodynamischen Sinne auch als metastabiles System bezeichnet da die eisenkarbitverbindung bei ausreichend hohen Temperaturen und langen glühzeiten durch Diffusionsprozesse in die thermodynamisch stabile graphitform zerfallen würde Stahl hat mit maximal 2% einen relativ geringen Kohlenstoff gehehalt und ist damit ein typischer Vertreter des metastabilen Systems merke also ein nach dem metastabilen System erstarrtes Gefüge enthält als gefügebestandteile grundsätzlich Eisen und Zementit während das Gefüge des stabilen Systems aus Eisen und Grafit besteht stäle erstarren in der Regel nach dem metastabilen System und Gusseisen nach dem stabilen System mit diesem Verständnis kann das eisenkohlenstoffdiagramm für stäle etwas präzisiert werden sowohl die Ausscheidung von Kohlenstoff bei der Gamma Alpha Umwandlung als auch die Ausscheidung von Kohlenstoff bei Unterschreitung der gammalöslichkeitsgrenze erfolgt im metastabilen System bei Stellen in Form von Zementit beachte das im weiß markierten Bereich aufgrund des geringen Kohlenstoffgehalts der Kohlenstoff im alphaeisen gelöst bleibt und somit kein Zementit entsteht je nachdem ob der Kohlenstoff in Form von Graphit oder Zementit ausgeschieden wird unterscheiden sich die Linien im eisenkohlenstoffdiagramm geringfügig voneinander die Abbildung zeigt zunächst die Linienzüge des metastabilen eisenkohlenstoffdiagramms die abweichenden Linien des stabilen Phasendiagramms sind rot ergänzt es ist zu beachten dass für stäle nur das metastabile System mit seiner zementitausscheidung relevant ist für dieses metastabile System endet das eisenkohlenstoffdiagramm bei einer kohlenstoffkonzentration von 6,67% da das Gefüge dann zu 100% aus Zementit besteht dies kann man anhand der molaren Massen von Eisen und Kohlenstoff relativ schnell zeigen hierzu setzt man die Molmasse von Kohlenstoff ins Verhältnis zur Molmasse der eisenkarbitverbindung fe3c mit drei eisenatomen und einem Kohlenstoffatom damit ergibt sich ein Massenanteil des Kohlenstoffs von 6,67% im Zementit kommen wir nun nochmals auf die abkühlkurve von reinem Eisen zurück wie bereits erläutert entspricht der erste Haltepunkt bei 1536° csus der Erstarrung und der Haltepunkt bei 911° csus der gitterumwandlung vom kubischflächenzentrierten zum kubischraumzentrierten Gitter tatsächlich WE die abkühlkurve des weicheisens aber noch einen weiteren Haltepunkt bei 1392° CS auf Eisen erstarrt nämlich nicht direkt in der kubisch flächenzentrierten Gitterstruktur des gammaeisens sondern in der kubisch raumzentrierten Struktur des sogenannten deltaeisens erst bei 1392° Cels bildet sich das kubischflächenzentrierte gammaeisen die auftretende deltaphase hat streng genommen auch aus Wirkungen auf das eisenkohlenstoffdiagramm es entstehen links oben zusätzliche phasenbereiche es ist jedoch zu erkennen dass bereits geringe Kohlenstoffkonzentrationen von etwa 0,1% zu einer vollständigen Unterdrückung der kubisch raumzentrierten deltaphase führen Stahl kristallisiert bei höheren Kohlenstoffkonzentrationen dann direkt in der kubischflächenzentrierten Gitterstruktur des gammaeisens da aber selbst Stähle mit niedrigen kohlenstoffgehalten nicht bei so hohen Temperaturen eingesetzt werden dass sie knapp unterhalb der Schmelztemperatur in der deltaphase vorliegen hat diese deltaphase ohnehin keine technische Bedeutung das eisenkohlenstoffdiagramm wird deshalb sehr häufig in vereinfachter Form ohne diesen phasenbereich dargestellt tatsächlich zeigt die abkühlkurve des weicheisens sogar noch einen weiteren Haltepunkt bei einer Temperatur von 769° CS dieser ist jedoch nicht mehr auf eine gitterumwandlung zurückzuführen Ursache für diesen Haltepunkt ist ein quantenmechanischer Effekt der dafür verantwortlich ist dass Eisen unterhalb dieser Temperatur magnetisch ist und oberhalb nicht diese Temperatur wird auch kürriemperatur genannt der unmagnetische Zustand des kubisch raumzentrierten Eisens oberhalb der kyriemperatur wird als betaeisen bezeichnet unterhalb der kyrietemperatur wird das Weicheisen als alphaeisen bezeichnet der Übergang vom unmagnetischen in den magnetischen Zustand hat keine Änderung der Gefügestruktur und somit auch keine Änderung des Phasendiagramms zur Folge man spricht deshalb stets von alphaeisen das eisenkohlenstoffdiagramm zeigt noch einmal zusammenfassend die verschiedenen phasenbereiche obwohl stellele bei Raumtemperatur grundsätzlich aus Ferit und Zementit bestehen ist der Zementit je nach Kohlenstoffgehalt unterschiedlich im Gefüge angeordnet was sich wiederum auf die Eigenschaften des Stahls auswirkt auf die Entstehung der unterschiedlichen Gefüge wird daher im Folgenden näher eingegangen dazu wird im Phasendiagramm zunächst die bereits erwähnte deltaphase vernachlässigt außerdem gehen wir der Einfachheit halber von einer vollständigen Unlöslichkeit des Kohlenstoffs im alphaeisen aus in diesem Fall entfällt der phasenbereich des alphaeisens links unten im Diagramm das Ende der Gamma Alpha gitterumwandlung findet dann unabhängig von der kohlenstoffkonzentration immer bei 723° CS statt das eisenkohlenstoffdiagramm kann im Prinzip in zwei Hälften geteilt werden die obere Hälfte zeigt den für mischkristalllegierungen typischen linsenförmigen erstarrungsbereich jeder Stahl erstartrt also unabhängig von seinem Kohlenstoffgehalt zunächst immer als Mischkristall legier der Kohlenstoff ist unmittelbar nach der Erstarrung vollständig im kubischflächenzentrierten gammaeisen gelöst die untere Hälfte des Phasendiagramms zeigt die typischen Linien einer kristallgemischlegierung deren Bestandteile im festen Zustand nicht ineinander löslich sind und in der Tat ist der Kohlenstoff im alphaeisen nicht löslich lediglich im gammaaphasenbereich ist eine vollständige Mischbarkeit gegeben dieser Bereich entspricht bei kristallgemisch Legierungen der Schmelze bei der im flüssigen Zustand zunächst ebenfalls eine vollständige Mischbarkeit vorliegt im linken zweiphasenbereich unterhalb der liquiduslinie beginnt dann zunächst die Ausscheidung der Basiskomponente aus der Schmelze und im rechten zweiphasenbereich die Ausscheidung der legierungskomponente ganz analog beginnt sich im linken zweiphasenbereich des eisenkohlenstoffdiagramms aufgrund der gitterumwandlung die Basiskomponente verriet aus dem Austen auszuscheiden im rechten zweiphasenbereich beginnt die legierungskomponente Kohlenstoff aufgrund der nicht mehr vollständig vorhandenen Löslichkeit als Zementit aus dem Austenit auszuscheiden zwischen der Erstarrung einer kristallgemisch Legierung und der gefügeentstehung des Stahls liegen also durchaus analoge Vorgänge vor der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin dass diese Zustandsänderungen beim Stahl im bereits erstarrten Zustand ablaufen und nicht aus dem flüssigen Zustand heraus auch die Bildung des stahlgefüges für einen Kohlenstoffgehalt bei dem sich die Linienzüge in einem Punkt treffen weist ebenfalls starke strukturelle Ähnlichkeiten mit einem eektikum auf aufgrund dieser Ähnlichkeit wird dieser Punkt auch als eutektoiderpkt bezeichnet der Begriff eutektoid bedeutet dem Wortsinne nach so viiel wie einem Eutektikum ähnlich im Folgenden soll die gefügeentstehung ausgewählt stellele näher erläutert werden dazu betrachten wir zunächst einen eutektoidenstahl c80 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8%. nachdem der Stahl in einem Temperaturbereich zwischen 1480 und 1380° csus erstarrt ist und sich dabei das mischkristallgefüge aus tenit gebildet hat erfährt er schließlich bei einer Temperatur von 723° C die Gamma Alpha Umwandlung die kubisch flächenzentrierte Gitterstruktur des austenids beginnt sich nun bei konstanter Temperatur in die kubisch raumzentrierte feritstruktur umzuwandeln der Imp feritgitter nicht mehr lösliche Kohlenstoff wird bei dieser gitterumwandlung als Zementit ausgeschieden da die Temperatur mit 723° csus relativ niedrig ist sind die ausgeschiedenen Atome träge und können keine großen Strecken zurücklegen sie scheiden sich daher direkt aus dem aus und lagern sich in einer lamellenartigen Struktur aneinander hat sich das austenitgitter schließlich vollständig in das feritgitter umgewandelt ist der Kohlenstoff aufgrund seiner Unlöslichkeit im feritgitter vollständig aus dem Eisengitter ausgeschieden aus den ehemaligen austenitkörnern sind feritkörner mit eingelagerten zementitlamellen geworden dabei bilden sich auch die Korngrenzen um und gehen von einer polygonalen Struktur in eine rundliche Form über das lamellenförmige phasengemisch aus Ferit und Zementit wird auch als Pit oder allgemein als eutektoid bezeichnet das vorliegende Schliffbild zeigt das Gefüge eines eutektoidenstahls unter dem Mikroskop zu sehen sind die dunkeln zementitlamellen die in den weißen nahe zu kohlenstofffreien feritkörnern eingelagert sind im Folgenden soll ein Stahl betrachtet werden der einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweist als der zuvor beschriebene eektoide Stahl solche Stähle werden auch als überektoide Stähle bezeichnet dazu einige grundsätzliche Bemerkungen obwohl der Kohlenstoff unmittelbar nach der Erstarrung relativ gut löslich ist ist er im austenitgitter prinzipiell nicht unbegrenzt löslich die Kohlenstoffatome sind nämlich im Vergleich zu den freien oktaederlücken in den würfelmitten der kubischflächenzentrierten Elementarzellen relativ groß die führt zu gitterverzerrungen in der Umgebung der eingelagerten Kohlenstoffatome innerhalb des verzerrten gitterbereichs können schließlich keine weiteren Kohlenstoffatome mehr eingelagert werden da die gitterverzerrungen zu groß sind erst in einigem Abstand können wieder weitere Kohlenstoffatome eingelagert werden wenn sich die gitterverzerrungen sozusagen wieder beruhigt haben mit abnehmender Temperatur nehmen die Gitterschwingungen nun ab dadurch wird der Raum innerhalb der Elementarzellen kleiner es können deshalb weniger Kohlenstoffatome in das aostenitgitter eingelagert werden die Löslichkeit der Kohlenstoffatome nimmt folglich mit sinkender Temperatur ab die maximale Löslichkeit liegt bei 1147° csus und beträgt 2,06% mit Hilfe der Löslichkeitsgrenze kann schließlich für jede andere Temperatur der entsprechende maximallösliche Kohlenstoffgehalt im Austenit ermittelt werden so ergibt sich z.B bei einer Temperatur von 1100° Celsus eine maximale Löslichkeit des Kohlenstoffs von ca 1,9% während bei 950° CS nur noch etwa 1,4% Kohlenstoff gelöst werden kann bei 800° csus ist die Löslichkeit sogar auf ca 1% abgesunken aufgrund der begrenzten Löslichkeit treten beim Abkühlen von überutektoidenstellen deshalb weitere gefügeänderungen auf sobald diese Löslichkeitsgrenze unterschritten wird da der Stahl dann offensichtlich mehr Kohlenstoff enthält als das Gitter eigentlich lösen kann am Beispiel des üutektoidenstahls C140 mit 1,4% Kohlenstoff werden im Folgenden die dabei auftretenden gefügeänderungen näher erläutert der Stahl erstartrt im Temperaturbereich zwischen 1440 und 1260° C zunächst wieder als mischkristalllegierung in Form von austenid bei weiterer Abkühlung auf beispielsweise 1100° CS kann der Austenit maximal 1,9% Kohlenstoff lösen da der betrachtete Stahl allerdings nur 1,4% Kohlenstoff enthält ist dieser zunächst vollständig löslich mit fortschreitender Abkühlung sinkt nun die Löslichkeit bei 1000° cel hat die Löslichkeit bereits auf etwa 1,6% abgenommen erreicht der zustandspunkt bei etwa 950° Celsus schließlich die Löslichkeitsgrenze so kann das Austenit gerade so viel Kohlenstoff im Gitter lösen wie der Stahl aufweist in diesem Fall 1,4% unterschreitet der zustandspunkt jedoch die Löslichkeitsgrenze dann ist mehr Kohlenstoff im Gefüge als eigentlich darin gelöst werden kann so trägt die maximale Löslichkeit bei 900° CS 1,25% der betrachtete Stahl weistß jedoch einen Kohlenstoffgehalt von 1,4% auf das Gefüge kann also nicht mehr den gesamten Kohlenstoff lösen das zu viel an Kohlenstoff scheidet sich deshalb in Form von Zementit aus dem austenitgitter aus die Ausscheidung findet bevorzugt an energetisch günstigen Stellen wie Korngrenzen statt aus diesem Grund wird der ausgeschiedene Zementit auch als korngrenzenzementit bezeichnet sinkt die Temperatur weiter nimmt auch die maximale Löslichkeit ab und es scheidet sich immer mehr Zementit an den Korngrenzen aus so ist bei einer Temperatur von 800° csus nur noch maximal etwa 1% Kohlenstoff im austenid löslich bzw vorhanden der Rest hat sich an den Korngrenzen ausgeschieden die Konzentration an Kohlenstoff im Austen nähert sich somit immer mehr dem eutektoidenpunkt an schließlich ist bei 723° CS so viel Kohlenstoff ausgeschieden dass im austenid gerade die eutektoide Zusammensetzung von 0,8% Kohlenstoff erreicht wird der austenid verhält sich dann im Prinzip wie ein eutektoiderstahl mit 0,8% Kohlenstoff bei einer konstanten Temperatur von 723° C beginnt nun die Umwandlung des ausids in das für Kohlenstoff völlig unlösliche kubischraumzentrierte Gefüge des ferits dabei wird der Kohlenstoff wie bei der Gamma Alpha Umwandlung üblich in Form von zementitlamellen aus dem Gitter ausgeschieden überutektoide stäle weisen daher bei Raumtemperatur ein perlitisches Grundgefüge auf das heißt verrittkörner mit eingelagerten zementitlamellen und zusätzlich ausgeschiedenem Zementit an den Korngrenzen dieses Schliffbild zeigt das Gefüge eines überutektoidenstahls mit 1,2% Kohlenstoff unter dem Mikroskop man erkennt die relativ breiten Korngrenzen die aus Zementit bestehen durch die spezielle Präparation der Probe zur Sichtbarmachung des Korngrenzen zementits erscheinen die Korngrenzen weißlich die einzelnen peritkörner sind im Lichtmikroskop nur sehr schwer auflösbar und erscheinen als bräunliche Körner im folgenden wird die Abkühlung eines untereutektoidenstahls mit 0,4% Kohlenstoff betrachtet die Erstarrung findet dabei zwischen 1500 und 1450° Celsus statt und das austenitgefüge bildet sich da Austenit immer mindestens 0,8% Kohlenstoff lösen kann besitzen unter eutektoidestäle grundsätzlich zu wenig Kohlenstoff um die Löslichkeitsgrenze zu unterschreiten diese Stelle erreichen daher die Löslichkeitsgrenze beim Abkühlen nicht der gesamte Kohlenstoff bleibt bei unterutektoidenstellen somit immer vollständig im austenitgitter löslich die gefügeumwandlung eines unterutektoidenstahls wird also nicht wie bei überutektoiden Stellen durch die Löslichkeitsgrenze sondern durch die einsetzende Gamma alpagitterumwandlung bestimmt bei einem unterutektoiden Stahl mit 0,4% Kohlenstoff setzt die Gamma Alpha Gitter Umwandlung bei etwa 790 gr cel ein dabei beginnt sich das kubisch flächenzentrierte Gitter bevorzugt an den energetisch günstigen Korngrenzen in die kubischraumzentrierte Struktur umzuwandeln diese gitterumwandlung breitet sich bei weiterer Abkühlung auf das umgebende austenitgefüge aus da der Kohlenstoff im bereits umgewandelten alphaeisen nicht mehr gelöst werden kann wird er aus der kubischraumzentrierten feritstruktur verdrängt das umgebende aus den gefüge kann diesen verdrängten Kohlenstoff jedoch aufgrund des untersättigten Zustandes noch aufnehmen daher diffundiert der aus dem feritgitter ausgeschiedenee Kohlenstoff in den angrenzenden Rest ausid auf diese Weise reichert sich der Rest ausit bei weiterer Abkühlung das heißt bei fortschreitender Gamma alpagitterumwandlung zunehmend mit Kohlenstoff an wie üblich in zwei phasengebieten kann die chemische Zusammensetzung der Phasen an den jeweiligen Phasengrenzen bestimmt werden für den Kohlenstoffgehalt im austenid gilt deshalb die violette umwandlungslinie so hat sich der Restaustenit bei einer Temperatur von ca 770° CS auf etwa 0,5% Kohlenstoff angereichert bei 750° CS ist der Kohlenstoffgehalt im Austenit bereits auf ca 0,6% angestiegen bei weiterer Abkühlung bzw fortschreitender fitbildung nähert sich der Kohlenstoffgehalt im Austenit allmählich wieder dem eutektoidenpkt bei 723° csus hat sich der Kohlenstoffgehalt im restaustenid schließlich auf 0,8% angereichert der restaustenid hat nun die eutektoide Zusammensetzung erreicht der restaustenid verhält sich deshalb wieder wie ein eutektoiderstahl und beginnt sich bei konstanter Temperatur in perlid mit seinen typischen zementitlamellen umzuwandeln unterutektoide stäle zeigen also bei Raumtemperatur ein perlitisches Grundgefüge das heißt verrittkörner mit eingelagerten zementitlamellen in denen die zuvor gebildeten feritkörner eingebettet sind das vorliegende Schliffbild zeigt das Gefüge eines untereutektoidenstahls mit 0,45% Kohlenstoff unter dem Mikroskop zu erkennen sind die weißen feritkörner und die mit zementitlamellen durchsetzten pellitkörner im Vergleich dazu zeigt das nächste Schliffbild einen Stahl mit einem höheren Kohlenstoffgehalt von 0,6%. dem entsprechend ist der perlitanteil in diesem Gefül gehöh fassen wir an dieser Stelle die Gefüge Entstehung von Stellen nochmals übersichtlich zusammen der eigentliche erstarrungsprozess läuft bei Stellen unabhängig vom Kohlenstoffgehalt wie bei einer mischkristalllegierung ab aus der Schmelze bildet sich zunächst austenid im kubischfächenzentrierten gammaeisen des austenids ist der Kohlenstoff unmittelbar nach der Erstarrung vollständig löslich alle weiteren gefügevorgänge finden nun im erstarrten Zustand statt bei einem eutektoidenstahl mit genau 0,8% Kohlenstoff geht der kubischfächenzentrierte austenid bei 723° C in das für Kohlenstoff unlösliche kubischraumzentrierteeritgefüge über der nicht mehr lösliche Kohlenstoff scheidet sich streifenförmig aus dem Austenit aus bei Raumtemperatur besteht das Gefüge aus feritkörnern mit eingelagerten zementitlamellen dieses phasengemisch wird als pellit bezeichnet bei überutektoiden Stellen mit kohlenstoffgehalten über 0,8% scheidet sich bei Unterschreitung der Löslichkeitsgrenze der nicht mehr lösliche Kohlenstoff als Zementit an den Korngrenzen aus dies führt zu einer Verarmung an Kohlenstoff im verbleibenden Rest Austenit die kohlenstoffkonzentration im Austenit nimmt also mit zunehmender zementitbildung ab schließlich hat der Kohlenstoffgehalt im Austenit bei 723° C die eektoide Zusammensetzung von 0,8% Kohlenstoff erreicht nun beginnt bei konstanter Temperatur von 723° CS die vollständige Umwandlung des kubischflächenzentrierten ausen in das kubischraumzentrierte feritgefüge wobei der Kohlenstoff wieder streifenförmig ausgeschieden wird und sich der gefügebestandteil perit bildet bei unterutektoidenstellen mit kohlenstoffgehalten unter 0,8% scheidet sich bei Unterschreiten der umwandlungslinie Ferit aus dem austenitgitter aus da sich die kubischfächenzentrierte austenitstruktur in die kubischraumzentrierte feritstruktur umzuwandeln beginnt der Kohlenstoff wiederum kann im Ferit Gitter nicht gelöst werden deshalb diffundiert der Kohlenstoff in das umgebende austenidgitter da dieses noch Kohlenstoff aufnehmen kann dies führt zu einer Anreicherung von Kohlenstoff im verbleibenden Rest aus thid die Anreicherung schreitet schließlich fort bis der restausenid bei 723° C die eutektoide Zusammensetzung von 0,8% Kohlenstoff erreicht hat aus dem Rest aus tenit bildet sich wieder perit die Vorgänge bei der perlitbildung laufen unabhängig vom Stahl immer gleich ab das Gefüge eines Stahls besteht grundsätzlich immer aus den beiden Phasen Ferit und Zementit unabhängig davon ob es sich um einen untereutektoiden überutektoiden oder eutektoidenstahl handelt lediglich die Art und Weise wie der Zementit im Gefüge vorliegt z.B im pellit oder an den Korngrenzen unterscheidet sich die Bestimmung der genauen Gefüge Anteile von Perlit und Ferit bzw Perlit und Korngrenzen Zementit wird im Folgenden erläutert grundsätzlich erfolgt die Bestimmung der gefügeranteile von stellen wie bei Mischkristall bzw kristallgemischlegierungen durch Anwendung der konodenregel dabei müssen die Hebelarme immer bis zu den entsprechenden Gefüge bzw Phasengrenzen gezogen werden im Folgenden sollen beispielhaft für einen überutektoiden und einen unterutektoiden Stahl die Füger Anteile bei verschiedenen Temperaturen bestimmt werden bei einem unterutektoidenstahl mit 0,3% Kohlenstoff besteht das Gefüge bei 650° csus aus pheritkörnern und pellitkörnern zur Bestimmung der jeweiligen gefügeranteile werden die Hebelarme ausgehend vom betrachteten zustandspunkt entsprechend bis zum feritbereich bei 0% Kohlenstoff und bis zur peritgrenze bei 0,8% Kohlenstoff gezogen dabei ist zu beachten dass perid eine eutektoide Zusammensetzung von 0,8% aufweist und diese Konzentration somit die gefügegrenze von pellit darstellt die entsprechenden Eimer mit den jeweiligen gefügebestandteilen werden nun gedanklich an die entsprechenden Hebelarme angehängt die Berechnung erfolgt nun wie gewohnt nach der konodenregel das heißt aus dem Quotienten der Länge des gegenüberliegenden Hebelarms und der Gesamtlänge beider Hebel für den betrachteten Stahl ergibt sich bei 650° CS ein feritanteil von 62,5% und damit ein peritanteil von 37,5%. bei dieser Berechnung wurde die Löslichkeit von Kohlenstoff in alphaeisen vernachlässigt an dieser Stelle soll daher die geringe Löslichkeit von Kohlenstoff in alphaeisen explizit berücksichtigt werden in diesem Fall wird der gedachte Eimer mit Ferit nicht bei 0% Kohlenstoff angesetzt sondern am Schnittpunkt mit der Löslichkeitsgrenze da in diesem Fall die Alphaphase 0,01% Kohlenstoff gelöst hat man erhält nun einen feritanteil von 63,3% und einen pitanteil von 36,7%. die Berücksichtigung der Löslichkeit des Kohlenstoffs im Ferit hat daher selbst bei dieser hohen Temperatur nur einen geringen Einfluss auf die gefügeanteile dies gilt umso mehr als die Löslichkeit des Kohlenstoff im alphaeisen bei Abkühlung auf Raumtemperatur nochmals deutlich abnimmt spätestens bei Raumtemperatur kann daher die geringe Löslichkeit vernachlässigt werden neben den gefügeanteilen wie perlid und Ferit können wir auch die einzelnen phasenanteile bei Raumtemperatur bestimmen das heißt wie viel Prozent Zementit im Verhältnis zu Ferit im gesamten Gefüge vorhanden sind der Begriff phasenanteil darf hier nicht mit dem Begriff gefügeanteil verwechselt werden so besteht der gefügebestandteil Perlit aus einem phasengemisch das sowohl die Phase verriit als auch die Phase Zementit enthält die Vorgehensweise bei der Bestimmung der phasenanteile ist prinzipiell die gleiche wie bei der Ermittlung der gefügebestandteile es ist jedoch zu beachten dass die Hebelarme dann bis zu den jeweiligen Phasengrenzen Ferit und Zementit und nicht bis zu den gefügebestandteilen gezogen werden müssen die Ferit Phase liegt wieder an der Löslichkeitsgrenze die wir hier jedoch vernachlässigen und bei 0% Kohlenstoff ansetzen die zementitphase tritt bei 6,67% Kohlenstoff auf da bei diesem Kohlenstoffgehalt das Gefüge zu 100% aus reinem Zementit besteht in diesem Fall benötigen wir also das vollständige eisenkohlenstoffdiagramm wendet man nun die konodenregel an so ergibt sich in diesem Fall ein feritanteil von 5 9,5% und ein entsprechender zementitanteil von 4,5% im Gefüge der Zementit liegt bei dem betrachteten unterutektoidenstahl ausschließlich im gefügebestandteil Perlit als streifenzementit vor analog zu den untereutektoidenstellen können die gefügebestandteile der überutektoidenstäle bestimmt werden als Beispiel betrachten wir einen Stahl mit 1,4% Kohlenstoff bei Raumtemperatur solange wir wiederum die Löslichkeit des Kohlenstoffs im Ferit vernachlässigen genügt es den zustandspunkt irgendwo unterhalb von 723° csus anzusetzen da sich unterhalb dieser Temperatur das Gefüge ohnehin nicht mehr ändert auch hier werden nun die Hebelarme bis zu den jeweiligen gefügebestandteilen gezogen für das Perlit liegt die gefügegrenze wiederum bei 0,8% Kohlenstoff für den als weiteren gefü üge Bestandteil auftretenden Korngrenzen Zementit ist wiederum die Phasengrenze bei 6,67% Kohlenstoff anzusetzen da hier reiner Zementit als Phase Auftritt nach Anwendung der konodenregel ergibt sich somit ein perlitanteil von 89,8% und entsprechend ein korngrenzenzementitanteil von 10,2%. das stahlgefüge selbst besteht wiederum nur aus den beiden Phasen Ferit und Zementit die phasenanteile können wieder über die jeweiligen Phasengrenzen bestimmt werden dazu verwenden wir wieder die pheritphase ganz links im Diagramm bei 0% Kohlenstoff und die zementitphase ganz rechts im Diagramm bei 6,67% Kohlenstoff wir erhalten in diesem Fall einen feritanteil von 79% und einen zementitanteil von 21% der Zementit liegt bei einem üutektoiden Stahl sowohl im gefügeanteil des pits als streifenzementit vor sowie auch an den Korngrenzen als korngrenzenzementit um die verschiedenen Gefüge Bestandteile bei Raumtemperatur in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt anschaulich darzustellen kann das entsprechende gefügediagramm erstellt werden bei 0% Kohlenstoff besteht das Gefüge zunächst aus reinem Eisen und damit zu 100% aus pherit mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt bildet sich immer mehr Perlit bis das Gefüge schließlich bei 0,8% Kohlenstoff zu 100% aus Perlit besteht bei höheren kohlenstoffgehalten scheidet sich an den Korngrenzen Zementit aus der größte Anteil an korngrenzenzementit liegt bei 2,06% Kohlenstoff vor da unmittelbar nach der Erstarrung die Löslichkeitsgrenze unterschritten wird und sich Zementit ausscheidet der Anteil an Korngrenzen Zementit beträgt maximal 21,5% ich hoffe dass Ihnen das Video gefallen hat und Sie es hilfreich fanden vielen Dank fürs anschauen