Die Phasenumwandlungen in Stählen können mit denjenigen von Mischkristall-Legierungen (völlig löslich) und Kristallgemisch-Legierungen (völlig unlöslich) verglichen werden. In diesem Artikel werden wir uns genauer mit den Phasendiagrammen und den Unterschieden zwischen den beiden Systemen beschäftigen.
Die Analogie zwischen Stählen und Kristallgemischlegierungen
In dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm des metastabilen Systems kann man die Phasenumwandlungslinien unterhalb der Soliduslinie genauer betrachten. Hier zeigt sich das für Kristallgemischlegierungen typische “K”. Tatsächlich können die Phasenumwandlungen in erstarrtem Stahl analog zu einer Kristallgemischlegierung betrachtet werden, bei der die beteiligten Komponenten im festen Zustand unlöslich sind. Denn auch bei Raumtemperatur ist der Kohlenstoff im Eisengitter nahezu unlöslich, wodurch der Stahl im Prinzip eine Kristallgemischlegierung darstellt.
Unterschiede zwischen den Phasendiagrammen
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Phasendiagrammen besteht darin, dass sich die Umwandlungsprozesse im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm im festen Zustand und nicht im flüssigen Zustand vollziehen. Aus diesem Grund unterscheidet man auch zwischen Eutektikum (“aus der Schmelze entstehend”) und Eutektoid (“aus dem festen Zustand entstehend”).
Phasenumwandlungen in Stählen
Bei untereutektischen A/B-Legierungen scheidet sich nach Unterschreiten der entsprechenden Phasenlinie A-Primärkristalle aus, während bei untereutektoiden Stählen Ferrit ausscheidet. Es handelt sich dabei jeweils um Zweiphasengebiete. Die Komponenten, die ganz links der Konzentrationsachse aufgetragen sind, also der Reinstoff A bzw. Reineisen (Fe), scheiden sich aus.
Bei übereutektischen Legierungen scheiden sich B-Primärkristalle aus, während bei übereutektoiden Stählen Zementit ausscheidet. Auch hier handelt es sich um die Komponenten, die ganz rechts der Konzentrationsachse aufgetragen sind. Das Phasendiagramm des Stahls endet normalerweise auf der rechten Seite mit 100 % Zementit.
Ausscheidungsprozesse und Eutektika
Für untereutektische Legierungen reichert sich die Restschmelze durch die Ausscheidung von A-Primärkristallen mit B-Atomen an, bis schließlich die eutektische Zusammensetzung erreicht ist. Genauso wird durch die Ausscheidung von Ferrit der Restaustenit bei untereutektoiden Stählen bis zur eutektoiden Zusammensetzung mit C-Atomen angereichert.
Bei übereutektischen Legierungen führt die Ausscheidung von B-Primärkristallen zur Senkung der B-Konzentration bis zur eutektischen Zusammensetzung. Bei übereutektoiden Stählen scheidet sich Zementit an den Korngrenzen aus, bis der Kohlenstoffgehalt im Restaustenit auf die eutektoide Zusammensetzung gesunken ist. Diese Ausscheidungsprozesse finden jeweils innerhalb des Zweiphasengebiets statt.
Mit Erreichen der eutektischen Zusammensetzung wandelt sich die Restschmelze bei konstanter Temperatur zum Eutektikum, einem fein verteilten Gemisch aus den unlöslichen Komponenten A und B. Genauso wandelt sich der Restaustenit bei Stählen nach Erreichen der eutektoiden Zusammensetzung zum Eutektoid Perlit, einem fein verteilten Gemisch aus Ferrit und Zementit.
Im erstarrten Zustand bestehen untereutektische Legierungen aus den ausgeschiedenen A-Primärkristallen und dem Eutektikum, das sich aus der Restschmelze gebildet hat. Übereutektische Legierungen hingegen weisen die ausgeschiedenen B-Primärkristalle auf, zwischen denen sich das Eutektikum befindet. Unterutektoiden Stählen bestehen aus den ausgeschiedenen Ferritkristallen und dem Eutektoid Perlit, das sich aus dem Restaustenit gebildet hat. Übereutektoiden Stählen weisen neben dem Eutektoid den ausgeschiedenen Zementit an den Korngrenzen auf.
