Grundlagen der Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

Arten von festen Lösungen

Metalllegierungen sind feste Lösungen aus zwei oder mehreren Elementen. Je nach Anordnung der Atome des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes werden zwei Arten von Lösungen unterschieden:

• Substitutionsmischkristall: Die Atome des Lösungsmittels und die Fremdatome haben eine ähnliche Kristallstruktur. Dabei werden Atome des Lösungsmittels im Kristallgitter durch Atome des gelösten Stoffes ersetzt.
• Einlagerungsmischkristall: Tritt auf, wenn die Fremdatome im Vergleich zu den Atomen des Lösungsmittels sehr klein sind und sich in den Lücken (Zwischengitterplätzen) des Kristallgitters einlagern.

Gefügebestandteile von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

Die Eigenschaften von Legierungen hängen von ihren Gefügebestandteilen ab, deren Art sich mit der Konzentration der chemischen Komponenten und der Temperatur ändert. Die wichtigsten Gefügebestandteile sind:

• Ferrit: Feste Lösung von Kohlenstoff in α-Eisen (Alpha-Eisen).
• Zementit: Der härteste und sprödeste Gefügebestandteil von Stahl.
• Perlit: Ein lamellares Gefüge, das aus 88 % Ferrit und 12 % Zementit besteht. Bei langsamer Abkühlung entsteht lamellarer Perlit. Bei schnellerer Abkühlung wird die Struktur feiner (sorbitischer Perlit). Wird lamellarer Perlit längere Zeit nahe der Umwandlungstemperatur von 723 °C gehalten, nimmt der Zementit eine kugelige Form an (kugeliger Perlit).
• Austenit: Besteht aus einem Einlagerungsmischkristall von Kohlenstoff in γ-Eisen (Gamma-Eisen).
• Martensit: Nach Zementit der härteste Gefügebestandteil von Stahl. Martensit ist eine übersättigte, feste Lösung von Kohlenstoff in α-Eisen und entsteht durch schnelles Abkühlen (Abschrecken) von Austenit.
• Troostit: Ein sehr feines Gemisch aus Ferrit und Zementit. Es entsteht durch eine isotherme Umwandlung von Austenit bei Temperaturen zwischen 500 und 600 °C.
• Sorbit: Entsteht ebenfalls durch isotherme Umwandlung von Austenit, jedoch im Temperaturbereich von 600 bis 650 °C. Es ist feiner als Perlit, aber gröber als Troostit.
• Bainit: Wird ebenfalls durch isotherme Umwandlung von Austenit erzeugt, im Temperaturbereich von 250 bis 550 °C.

Grauguss (Gusseisen)

Bei Grauguss liegt der Kohlenstoff in Form von Graphitlamellen vor. Diese Werkstoffe sind spröde und haben eine geringe Zugfestigkeit, ihre Druckfestigkeit ist jedoch sehr hoch. Eine charakteristische Eigenschaft ist die hervorragende Schwingungsdämpfung, weshalb es oft für Maschinenbetten verwendet wird. Zudem besitzt Grauguss eine hohe Verschleißfestigkeit, lässt sich gut gießen und gehört zu den kostengünstigsten Eisenwerkstoffen.