Nick Bührer WuF 2017 1

Theorie Fe3C Diagramm

Besondere Namensgebung Phasen: α = Ferrit Fe3C = Zementit

γ = Austenit

Charakterisierung des Werkstoffes Das wichtigste Mittel zur Charakterisierung des Werkstoffes ist der C Gehalt.

Bei einem Gehalt unter 2.06% C sprechen wir von Stahl. Dieser Bereich lässt sich nochmals bei 0,8%C

in untereutektoid (links) und (rechts) übereutektoid unterteilen.

Bei einem Gehalt über 2.06% C sprechen wir von Gusseisen. Links von 4,3% C finden wir

untereutektisches und rechts übereutektsiches Gusseisen

Graues Gusseisen Man unterscheidet zwei verschiedene thermodynamische Gleichgewichte: Metastabil und Stabil. Die

stabile Erstarrung erfolgt bei unendlicher langsamer Abkühlung. Hierbei entsteht kein Fe3C sondern

Kohlenstoff in Form von Graphit. In einem Gefügebild lässt sich dieses Graphit als lange schwarze

Nadel erkennen(siehe Figur 2) . Aufgrund der dunklen Farbe des Graphits wird dieses Gusseisen grau

genannt.

Für diese Erstarrung gilt das Fe3C Diagramm nicht mehr. Das neue lässt sich in Figur 1 erkennen und

ist durch die roten Linien begrenzt. Überall, wo Fe3C als Phase steht, ersetzt man dies durch C.

γ+C (stabil)

α+C (stabil)

Figur 1

Graphit (C) Nadeln

Figur 2 Gefügebild Untereutektisches

graues Gusseisen

Graues

Gusseisen

Weißes

Gusseisen

Figur 3

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Weißes Gusseisen Das Eisen liegt in einem metastabilen Gleichgewicht vor. Die Abkühlung ist schnell erfolgt, wodurch

die metastabile Phase Fe3C entstanden ist (#Verwirrend: Fe3C ist gleichzeitig Phase und Komponente). Das

bedeutet auf dem Gefügebild dürfen sich keine schwarze Nadeln mehr erkennen lassen, sondern

höchstens weiße (Fe3Cprimär ). Aufgrund der hellen Farbe des Fe3C wird das Gusseisen weiß genannt.

Besondere Gefügebestandteile

Perlit Perlit ist ein Sammelbegriff für die Phasen, die bei der eutektoiden

Umwandlung entstehen.

Die eutektoide Umwandlung lautet: γ → αed + Fe3Ced

Folglich ist Perlit = αed + Fe3Ced

Im Gefügebild sieht Perlit wie ein Zebrastreifen aus.

Ledeburit Ledeburit I ist ein Sammelbegriff für die Phasen, die bei der eutektischen Umwandlung entstehen.

Die eutektische Umwandlung lautet : S → γe + Fe3Ce

Folglich ist Ledeburit I = γe + Fe3Ce

Kühlt sich die Legierung weiter ab, kommt es zu Sekundärausscheidungen:

γe→Fe3CII .Diese lagern sich um das γe an und werden Teil des Ledeburits.

Sinkt die Temperatur weiter, erreicht die Legierung den eutektoiden Punkt,

folglich findet die Umwandlung γed → αed + Fe3Ced = Perlit statt. Im inneren des

Ledeburits entsteht Perlit. Dieses neue Gefüge wird Ledeburit II genannt.

Folglich ist Ledeburit II = Fe3Ce + Fe3CII + Perlit (aus γed)

Wichtig zu bemerken ist, dass Perlit aus γI nicht zu Ledeburit II gehört.

Fe3CII aus γI gehört ebenfalls nicht zum Ledeburit II

Im Gefügebild sieht Ledeburit wie Leopardenfell aus.

Eutektikum

Eutektoidum?

Figur 4

Perlit mit

Schalen-

zementit

Figur 4

Perlit mit Ledeburit II

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Gefügebilder je nach Gehalt bei 24° Grad

Mengendiagramme lesen 1. Trage die Legierung K ein

2. Miss die Gesamthöhe h und die Längen a,b,c,… zwischen den Begrenzungsgeraden des

Diagrammes

3. Die Gehalte errechnet sich als 𝝎𝒂𝑲 =

𝒂

𝒉 , 𝝎𝒃

𝑲 =𝒃

𝒉 , …

Perlit α (alles weiße) Perlit Schalenzementit

(Fe3CII aus γI) Perlit Ledeburit II Ledeburit II Fe3CI