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Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

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Die Zustandsdiagramme von Zweistoffsystemen wurden bereits in der Kategorie Metalle genauer beschrieben. Da das System Eisen-Kohlenstoff ebenso ein Zweistoffsystem ist, gibt es auch hierfür ein Zustandsdiagramm, welches sich jedoch etwas komplizierter darstellt als die bisher beschriebenen Phasendiagramme. Das Zustandsdiagramm ist das Eisen-Eisencarbid-Diagramm, auch Eisen-Kohlenstoff-Diagramm genannt.

Es handelt sich bei den beiden Komponenten dieses Zweistoffsystems um Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C). Der Teil des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms, den wir betrachten, ist jedoch nur ein Ausschnitt aus dem gesamten Zustandsdiagramm. Denn der Teil, der für die Werkstofftechnik interessant ist, erstreckt sich von 0% Kohlenstoff bis 6,67% Kohlenstoff. Der Bereich des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms, der über 6,67% Kohlenstoffgehalt (Masseanteil) hinaus geht, wird also nicht betrachtet.

Die folgende Grafik zeigt das Eisenkohlenstoff-Diagramm, danach folgt eine Beschreibung der wichtigsten Bereiche, Punkte und Linien, die darin abgebildet sind.

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Um das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm etwas zu strukturieren, kann man es in drei Hauptbereiche unterteilen:

Bereich 1:

Dieser Bereich umfasst die Gebiete um den Punkt C. Hier findet die Phasenumwandlung von flüssig zu fest statt. Beim Punkt C liegt das Eutektikum.
Außerdem liegt in diesem Bereich der Punkt E, der auf der Konzentrationslinie von 2,06% Kohlenstoff liegt. Die 2,06%-Kohlenstoffgrenze ist für die Werkstofftechnik besonders wichtig, da Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, die einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweisen als Gusseisen bezeichnet werden, die die darunter liegen (von 0,002% bis 2,06% C) als Stahl.

Bereich 2:

Das besondere am zweiten Bereich im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist, dass hier eine Umwandlung von fest zu fest stattfindet. Bei Punkt S befindet sich der Eutektoid (= ein Eutektikum bei einer Umwandlung im festen Zustand). Das Gefüge des Eutektoid wird Perlit genannt.

Bereich 3:

In diesem Bereich liegt (wie in Bereich 1) eine Umwandlung von flüssig zu fest vor. Das besondere hier ist aber, dass in diesem Bereich des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms das Peritektikum liegt.
Zur Erinnerung: Das Peritektikum ist ein α-Mischkristall, um den sich bei weiterer Abkühlung ein β-Mischkristall bildet.

 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm Haupt-Bereiche
Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm in drei Hauptbereiche gegliedert

Beschreibung der Linien und Reaktionen

ABCD-Linie = Liquiduslinie
Die Linie, die sich über die Punkte ABCD erstreckt, ist die Liquiduslinie. Unterhalb dieser Linie beginnt die Erstarrung der Schmelze. Unterhalb der ABC-Linie entstehen Eisenmischkristalle (γ-Mischkristalle + δ-Mischkristalle). Unterhalb der CD-Linie bildet sich Fe3C, also Zementit.

AHIECF-Linie = Soliduslinie
Unterhalb der Soliduslinie ist die Erstarrung vollständig abgeschlossen. Im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist zu erkennen, dass die Erstarrungstemperatur vom Kohlenstoffgehalt der Legierung abhängig ist.

ECF-Linie = Eutektikale
Oberhalb dieser Linie existieren flüssige und feste Phasen nebeneinander. Es haben sich hier γ-Mischkristalle und Zementit Fe3C gebildet. Beim Durchschreiten der eutektischen Linie erstarrt die Schmelze zu γ-MK und Fe3C. Dieses eutektische Kristallgemisch wird als Ledeburit bezeichnet.

PSK-Linie = Eutektoide
Die PSK-Linie befindet sich in Bereich 2. Sie ist eine Linie konstanter Temperatur (723°C). Die γ-Mischkristalle, die oberhalb dieser Linie noch existieren, sind unterhalb der PSK-Linie vollständig zerfallen. Hier bildet sich das eutektoide Kristallgemisch, das Perlit genannt wird. Perlit besteht aus α-MK und Fe3C.

SE-Linie = Löslichkeits- bzw. Sättigungslinie
Bei Kohlenstoffkonzentrationen zwischen 0,8% und 2,06% wird der zuviel gelöste Kohlenstoff bei Abkühlung in Form von Sekundärzementit (Fe3C) ausgeschieden.

GPQ-Linie
Im Gebiet links von der GPQ-Linie ist ein Einphasengebiet mit α-Mischkristallen (Ferrit). Kohlenstoff ist hier nur in sehr geringer Konzentration löslich (10-5 bis 0,02%)

DL
Diese Linie bildet den rechten Rand des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms. Hier liegt zu 100% Zementit (Fe3C) vor. Am linken Rand liegt 0% Fe3C vor. Der prozentuale Massegehalt steigt also vom linken bis zum rechten Rand des Diagramms – d.h. mit steigendem Kohlenstoffgehalt – linear an.

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