Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD) ist ein Gleichgewichtsschaubild für das binäre System Eisen-Kohlenstoff, aus dem sich in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und der Temperatur die Phasenzusammensetzung ablesen lässt.
Ist die zeitliche Gefügeentwicklung bei unterschiedlich schneller Abkühlung von Interesse, werden so genannte Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder verwendet.
Darstellung der Phasen im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
Auf der x-Achse werden die Gewichtsprozente des Kohlenstoffes aufgetragen, auf der y-Achse die Temperatur. Das Diagramm stellt nur den technisch interessanten Anteil an Kohlenstoff von 0 bis 6,7% dar.
Die oberen Linien des Diagramms stellen die Schmelz- bzw. Erstarrungspunkte aller möglichen Mischungen von Eisen und Kohlenstoff dar, so dass sich für jede dieser Mischungen die zugehörigen Temperaturen ablesen lassen. Da sich Eisen und Kohlenstoff nicht in jedem Verhältnis miteinander mischen lassen und zudem auch noch je nach Konzentration von Kohlenstoff unterschiedliche chemische Bindungen eingehen, entsteht daraus eine Vielzahl von Phasen, die durch Zustandslinien voneinander abgegrenzt werden.
Weiterhin sind im Diagramm Kohlenstoff-Temperaturlinien eingezeichnet, die die kristalline Ordnung der Atome im Werkstoff charakterisieren.
Mit Hilfe des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes lassen sich beispielsweise einige Fragen zum unterschiedlichen Verhalten von Stahl (<2,06% C) und Gusseisen (>2,06% C) klären:
- Stahl läßt sich Schmieden, weil er wegen der Trennung von Schmelz- und Erstarrungspunkt einen Temperaturbereich der Erweichung zeigt. Bei Gusseisen tritt dieses Verhalten nicht ein, es geht bei Temperaturerhöhung schlagartig vom festen in den flüssigen Zustand über.
- Die Schmelztemperatur des reinen Eisens bei 1536 °C, die ebenfalls hohe Temperatur des Stahls und die des Gusseisen bei 1147 °C sind ebenfalls ablesbar. Erst diese Erkenntnisse machte die Herstellung modernen Gussstahls überhaupt möglich.
- Das Verhalten des Eisens, bei 723 °C seine magnetische Fähigkeit zu verlieren, ist der zugehörigen Zustandlinie zu entnehmen.
Alle diese Eigenschaften machen das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm zu einem wichtigen Werkzeug für die Beurteilung eines der am meisten verwendeten Werkstoffe.
Grobe Unterteilung
- Schmelze
- δ-Ferrit (Delta-Ferrit): kubisch raumzentrierte Kristallstruktur
- Austenit: kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur
- α-Ferrit (Alpha-Ferrit): kubisch raumzentrierte Kristallstruktur
- Graphit (stabiles System) bzw. Zementit (Fe3C; metastabiles System)
Bei Perlit und Ledeburit handelt es sich nicht um Phasen, sondern um besondere Phasengemische (Gefüge).