Eisenkohlenstoffzustandsdiagramm. Lexikon Pharmatechnologie - prozesstechnik online

Lexikon Pharmatechnologie

Eisenkohlenstoffzustandsdiagramm

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Abk.: EKD.

Auch: FeC-Diagramm(-Schaubild).

Klassisches Legierungsdiagramm der Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff (Stahl) mit zunehmenden Gehalten an Kohlenstoff unter Variation der Temperatur von Raumtemperatur bis zur jeweiligen Schmelztemperatur (Schmelze) der Legierung unter Darstellung der Liquiduslinie und der Soliduslinie der jeweiligen Legierung.

Im Zustandsdiagramm werden vor allem die verschiedenen Mischkristallphasen (Mischkristall) wie Ferrit, Austenit, Perlit, Sorbit, Ledeburit, Eisencarbid oder Zementit etc. in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung und der Temperatur der Legierung übersichtlich dargestellt.

Das EKD ist ein Gleichgewichtsschaubild für das binäre Legierungssystem Eisen-Kohlenstoff, aus dem sich in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und der Temperatur die jeweilige Phasenzusammensetzung ablesen lässt. Zur Darstellung der zeitlichen Gefügeentwicklung bei unterschiedlich schneller Abkühlung verwendet man ergänzend ZTU-Diagramme (Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme, s. u. und s. Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild).

Das EKD kann grundsätzlich in zwei verschiedenen Formen dargestellt werden, dem metastabilen Fe-Fe3C-System, in dem der Kohlenstoff als Eisencarbid (Zementit) chemisch stöchiometrisch (Stöchiometrie) gebunden ist und dem stabilen Fe-C-System, mit elementarem Kohlenstoff in Form von Graphit. Beide Systeme werden meist in einem Diagramm abgebildet und entsprechend gekennzeichnet, wobei in der Praxis meist das metastabile System Verwendung findet.

Zur Darstellung der verschiedenen Legierungsphasen im ZTU-Diagramm wird auf der horizontalen Achse der Kohlenstoffgehalt und auf der vertikalen Achse die Temperatur aufgetragen. Der technisch relevante Kohlenstoffgehalt wird meist auf 6,67 % begrenzt, wobei dies einem Zementitgehalt von 100 % entspricht.

Im Temperaturbereich zwischen Liquidus- und Soliduslinie besitzt die Legierung eine breiige Konsistenz und besteht aus Restschmelze, Eisen und Zementit in unterschiedlichen Konzentrationen bzw. Mengenverhältnissen. Wird bei der Abkühlung aus der reinen Schmelze die Liquiduslinie unterschritten, beginnt stets die Primärkristallisation.

Aufgrund der verschiedenen allotropen Modifikationen des Eisens (Auftreten verschiedener fester Zustandsformen wie α-, γ- und δ-Eisen) bilden sich je nach Kohlenstoffgehalt auch verschiedene Legierungsphasen. Eisen bildet dabei je nach Löslichkeit des Kohlenstoffs im Eisen verschiedene Einlagerungsmischkristalle wie α-, γ- und δ-Mischkristalle. Die Gründe für das unterschiedliche Lösungsvermögen von Kohlenstoff in den einzelnen Mischkristallen sind die verschiedenen Raumgitter (Metallgitter) und Gitterkonstanten. Die metallographischen (Metallographie) Bezeichnungen der verschiedenen Mischkristalle sind Deltaferrit, Austenit oder γ-Mischkristall und Ferrit oder α-Mischkristall.

Bei Perlit und Ledeburit handelt es sich nicht um klassische Phasen, sondern um spezielle Phasengemische (Gefügebereiche), wie z. B. 88 % Ferrit + 12 % Zementit (= Perlit) oder 51,4 % Austenit + 48,6 % Zementit (= Ledeburit I) bzw. 51,4 % Perlit + 48,6 % Zementit (= Ledeburit II).

Wesentliche Erscheinungen im EKD sind noch die Eutektikale bzw. das Eutektikum bei 4,3 % Kohlenstoff und 1.147 °C und die Peritektikale bzw. das Peritektikum bei 0,16 % Kohlenstoff und 1.493 °C sowie das Eutektoid bei 0,8 % Kohlenstoff und 723 °C, wobei entlang der Peritektikale, der Eutektikale und der Eutektoide jeweils kennzeichnende Isotherme (konstante Temperatur) bei der Ausscheidung aus der Schmelze vorliegen.

Ein typischer Temperaturpunkt im EKD ist der Curiepunkt bei 768 °C, bei dessen Überschreitung der Ferromagnetismus des Ferrits verloren geht.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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