Was ist das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm?

Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm

Das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm wird häufig verwendet, um die verschiedenen Phasen von Stahl und Gusseisen zu verstehen. Sowohl Stahl als auch Gusseisen sind eine Mischung aus Eisen und Kohlenstoff. Außerdem enthalten beide Legierungen eine kleine Anzahl von Spurenelementen.

Das Diagramm ist ziemlich komplex, aber da wir unsere Exploration auf Fe3C beschränken, werden wir uns nur auf bis zu 6,67 Gewichtsprozent Kohlenstoff konzentrieren.

Dieses Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm ist mit den Kohlenstoffkonzentrationen nach Gewicht auf der X-Achse und der Temperaturskala auf der Y-Achse aufgetragen.

Abb. zeigt das Fe-C-Gleichgewichtsdiagramm, in dem verschiedene Gefüge (erhalten beim Erhitzen und Abkühlen), Phasen und mikroskopische Bestandteile verschiedener Stahlsorten und Gusseisen dargestellt sind. Die Hauptstrukturen, die Bedeutung verschiedener Linien und kritische Punkte werden wie folgt diskutiert.

Strukturen im Fe-C-Diagramm

Die wichtigsten mikroskopischen Bestandteile von Eisen und Stahl sind:

• Austenit
• Ferrit
• Zementit
• Perlmutt

1. Austenit

Austenit ist eine feste Lösung aus freiem Kohlenstoff (Ferrit) und Eisen in Gamma-Eisen. Beim Erhitzen des Stahls nach der oberen kritischen Temperatur vervollständigt sich die Gefügebildung in Austenit, das hart, duktil und nicht magnetisch ist.

Es ist in der Lage, eine große Menge Kohlenstoff aufzulösen. Sie liegt zwischen den kritischen oder Übergangsbereichen beim Erhitzen und Abkühlen von Stahl. Es entsteht, wenn Stahl bei 1130 °C Kohlenstoff bis zu 1,8 % enthält. Beim Abkühlen unter 723°C beginnt es sich in Perlit und Ferrit umzuwandeln. Austenitische Stähle können nicht durch übliche Wärmebehandlungsverfahren gehärtet werden und sind nicht magnetisch.

2. Ferrit

Ferrit enthält sehr wenig oder keinen Kohlenstoff im Eisen. Es ist die Bezeichnung für reine Eisenkristalle, die weich und duktil sind. Das langsame Abkühlen von kohlenstoffarmem Stahl unter die kritische Temperatur erzeugt eine Ferritstruktur. Ferrit härtet nicht aus, wenn es schnell abgekühlt wird. Es ist sehr weich und stark magnetisch.

3. Zementit

Zementit ist eine chemische Verbindung von Kohlenstoff mit Eisen und wird als Eisencarbid (Fe3C) bezeichnet. Gusseisen mit 6,67 % Kohlenstoff besitzt die vollständige Struktur von Zementit. Freier Zementit ist in allen Stählen enthalten, die mehr als 0,83 % Kohlenstoff enthalten. Er nimmt mit einer Erhöhung des Kohlenstoffprozentsatzes zu, wie im Fe-C-Gleichgewichtsdiagramm dargestellt. Es ist extrem schwer.

Es wird angenommen, dass die Härte und Sprödigkeit von Gusseisen auf das Vorhandensein von Zementit zurückzuführen ist. Es verringert die Zugfestigkeit. Diese entsteht, wenn der Kohlenstoff mit Eisen bestimmte Verbindungen in Form von Eisenkarbiden eingeht, die von Natur aus extrem hart sind. Die Sprödigkeit und Härte von Gusseisen werden hauptsächlich durch das Vorhandensein von Zementit darin gesteuert. Unter 200°C ist es magnetisch.

4. Perlit

Perlit ist eine eutektoide Legierung aus Ferrit und Zementit. Es tritt insbesondere in Stählen mit mittlerem und niedrigem Kohlenstoffgehalt in Form einer mechanischen Mischung aus Ferrit und Zementit im Verhältnis 87:13 auf. Seine Härte steigt mit dem Perlitanteil im Eisenwerkstoff.

Perlit ist relativ stark, hart und duktil, während Ferrit schwach, weich und duktil ist. Es besteht aus abwechselnd hellen und dunklen Platten.

Diese Schichten bestehen abwechselnd aus Ferrit und Zementit. Mit Hilfe eines Mikroskops betrachtet sieht die Oberfläche wie eine Perle aus, daher wird sie Perlit genannt. Harte Stähle sind Mischungen aus Perlit und Zementit, während weiche Stähle Mischungen aus Ferrit und Perlit sind.

Wenn der Kohlenstoffgehalt über 0,2 % ansteigt, bei der Temperatur, bei der der Ferrit zuerst von Austenit zurückgewiesen wird, fällt, bis bei oder über 0,8 % Kohlenstoff kein freier Ferrit von dem Austenit zurückgewiesen wird. Dieser Stahl wird eutektoider Stahl genannt und hat eine Perlitstruktur in der Zusammensetzung.

Da Eisen mit verschiedenen Kohlenstoffanteilen (bis zu 6 %) erhitzt und abgekühlt wird, zeigen die folgenden Phasen, die die Linien darstellen, etwas über die Struktur von Eisen,  wie es sich auflädt.

Bedeutung von Transformationslinien

1. Zeile ABCD

Die Linie ABCD zeigt an, dass oberhalb dieser Linie das Schmelzen während des Erhitzens des Bügeleisens abgeschlossen ist. Das geschmolzene Metall liegt rein in der Liquidusform vor. Unterhalb dieser Linie und über der Linie AHJECF ist das Metall teilweise fest und teilweise flüssig.

Das feste Metall ist als Austenit bekannt. Somit stellt die Linie ABCD Temperaturen dar, bei denen das Schmelzen als abgeschlossen gilt. Jenseits dieser Linie befindet sich Metall vollständig in einem geschmolzenen Zustand. Es ist keine horizontale Linie, die Schmelztemperatur variiert mit dem Kohlenstoffgehalt.

2. Zeile AHJECF

Diese Linie sagt uns, dass Metall bei dieser Temperatur zu schmelzen beginnt. Diese Linie ist nicht horizontal und daher ändern sich die Schmelztemperaturen mit dem Kohlenstoffgehalt. Unter dieser Linie und über der Linie GSEC liegt das Metall in fester Form vor und hat eine Austenitstruktur.

3. Linie PSK

Diese Linie tritt bei 723 °C auf und ist eine horizontale Linie und als untere kritische Temperaturlinie bekannt, da die Umwandlung von Stahl an dieser Linie beginnt. Der Kohlenstoffanteil hat darauf keinen Einfluss, das heißt, Stahl mit unterschiedlichem Kohlenstoffanteil wird sich bei gleicher Temperatur umwandeln.

Der Bereich über der Linie bis zu GSE wird als Transformationsbereich bezeichnet. Diese Linie sagt uns, dass Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 0,8 %  bis zu 0,8 %  beim Erhitzen beginnt, sich von Ferrit und Perlit in Austenit umzuwandeln.

4. Zeile ECF

Es ist eine Linie bei einer Temperatur von 1130 °C, die angibt, dass Gusseisen einen C-Anteil von 2 % bis 4,3 % hat. Unterhalb dieser Linie und oberhalb der Linie SK weist Gusseisen Austenit + Ledeburit und Zementit + Ledeburit auf.

Häufig gestellte Fragen.

Was ist das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Das Fe-C-Diagramm (auch Eisen-Kohlenstoff-Phasen- oder Gleichgewichtsdiagramm genannt) ist eine grafische Darstellung der jeweiligen Gefügezustände der Legierung Eisen-Kohlenstoff (Fe-C) in Abhängigkeit von Temperatur und Kohlenstoffgehalt. Um dieses Diagramm zu erklären, muss eine Einführung in Metallstrukturen und reines Eisen gemacht werden.

Wie liest man ein Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Warum wird das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm Gleichgewichtsdiagramm genannt?

Das Eisencarbid wird als metastabile Phase bezeichnet. Daher kann das Eisen-Eisenkarbid-Diagramm, obwohl es technisch gesehen metastabile Bedingungen darstellt, als Darstellung von Gleichgewichtsänderungen unter Bedingungen relativ langsamer Erwärmung und Abkühlung betrachtet werden.

Was sind die Phasen im Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm?

Für das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm sind die interessierenden Phasenfelder Ferrit-, Zementit-, Austenit-, Ferrit + Zementit-, Ferrit + Austenit- und Austenit + Zementit-Phasenfelder.

Was ist das Kohlenstoffgleichgewichtsdiagramm?

Das Eisen-Kohlenstoff-Gleichgewichtsdiagramm (auch Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm genannt) ist eine grafische Darstellung der jeweiligen Gefügezustände der Legierung Eisen-Kohlenstoff (Fe-C) in Abhängigkeit von Temperatur und Kohlenstoffgehalt.

Wie hoch ist der Kohlenstoffanteil in eutektoidem Stahl?

Stahl mit 0,8 % C wird als eutektoider Stahl bezeichnet. Die bei Raumtemperatur erhaltene Gleichgewichtsmikrostruktur von eutektoidem Stahl ist Perlit.

Was ist Baustahl?

Baustahl ist ein Eisenmetall aus Eisen und Kohlenstoff. Es ist ein preisgünstiges Material mit Eigenschaften, die für die meisten allgemeinen technischen Anwendungen geeignet sind. Weichstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hat aufgrund seines hohen Eisengehalts gute magnetische Eigenschaften; es wird daher als „ferromagnetisch“ definiert.

Woraus besteht Stahl?

Stahl, Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, bei der der Kohlenstoffgehalt bis zu 2 Prozent beträgt (bei einem höheren Kohlenstoffgehalt wird der Werkstoff als Gusseisen bezeichnet). Das bei weitem am häufigsten verwendete Material für den Bau der weltweiten Infrastruktur und Industrien wird zur Herstellung von allem verwendet, von Nähnadeln bis hin zu Öltankern.

Welche Bedeutung hat die a0-Temperatur im Eisen-Eisenkarbid-Diagramm?

Die A1-Linie ist die eutektoide Temperaturlinie und ist die niedrigste Temperatur, bei der f.c.c. Eisen kann unter Gleichgewichtsbedingungen existieren. Knapp oberhalb der A1-Linie besteht die Mikrostruktur aus ungefähr 25 % Austenit und 75 % Ferrit.

Was ist die kritische Temperatur im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Somit ist es die Temperatur, die der Phasengrenze Gamma + Alpha/Gamma für untereutektoiden Stahl entspricht, und ist eine Funktion des Kohlenstoffgehalts des Stahls, da er von 910 °C bei 0 % C auf 727 °C bei 0,76 % C abnimmt Sie wird auch als obere kritische Temperatur von untereutektoiden Stählen bezeichnet.

Was ist die eutektoide Temperatur im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Die eutektoide Reaktion beschreibt die Phasenumwandlung eines Festkörpers in zwei verschiedene Festkörper. Im Fe-C-System gibt es einen eutektoiden Punkt bei etwa 0,8 Gew.-% C, 723 °C. Die Phase knapp über der eutektoiden Temperatur für unlegierte Kohlenstoffstähle ist als Austenit oder Gamma bekannt.

Welche Bedeutung hat das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm wird häufig verwendet, um die verschiedenen Phasen von Stahl und Gusseisen zu verstehen. Sowohl Stahl als auch Gusseisen sind eine Mischung aus Eisen und Kohlenstoff. Außerdem enthalten beide Legierungen eine geringe Menge an Spurenelementen.

Ist Kohlenstoff ein FCC?

Kohlenstoff ist in der FCC-Phase, die den Bereich „γ“ im Phasendiagramm einnimmt, besser löslich als in der BCC-Phase. Der prozentuale Kohlenstoffanteil bestimmt die Art der Eisenlegierung, die beim Abkühlen aus der FCC-Phase oder aus flüssigem Eisen gebildet wird:Alpha-Eisen, Kohlenstoffstahl (Perlit) oder Gusseisen.

Woher wissen Sie, ob es sich um BCC oder FCC handelt?

Der direkteste Unterschied zwischen FCC- und BCC-Kristallen liegt in der atomaren Anordnung. Die flächenzentrierte kubische Struktur hat ein Atom an allen 8 Eckpositionen und in der Mitte aller 6 Flächen. Die kubisch-raumzentrierte Struktur hat an allen 8 Eckpositionen ein Atom und ein weiteres in der Mitte des Würfels.

Ist Stahl ein BCC oder FCC?

Die Alpha-Phase wird Ferrit genannt. Ferrit ist ein häufiger Bestandteil von Stählen und hat eine kubisch zentrierte (BCC) Struktur [die weniger dicht gepackt ist als FCC].

Was ist das Eisen-Kohlenstoff-Gleichgewicht?

Unter Gleichgewichtsbedingungen bildet sich in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit bis zu 0,8 % Kohlenstoff voreutektoider Ferrit. Die Reaktion findet in reinem Eisen bei 910 °C statt, in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen jedoch zwischen 910 °C und 723 °C.

Was ist Perlit im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Perlit ist das eutektoide Gemisch aus Zementit und Ferrit. Eisen-Kohlenstoff-Gleichgewichtsdiagramm:Das Phasendiagramm von Fe-Fe3C ist kein echtes Gleichgewicht, da das Eisenkarbid eine instabile Phase ist, die sich nach längerer Wärmebehandlung in Eisen und Kohlenstoff (die Graphitform) zersetzt.

Was ist Ferrit im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

Ferrit ist als α-Mischkristall bekannt. Es ist eine interstitielle feste Lösung einer kleinen Menge Kohlenstoff, die in α (BCC) -Eisen gelöst ist. Die maximale Löslichkeit beträgt 0,025 % C bei 723 C und es löst sich bei Raumtemperatur nur zu 0,008 % C auf. Es ist die weichste Struktur, die auf dem Diagramm erscheint.

Was ist fast reine Eisenphase?

Reines Eisen (α-Eisen oder „Ferrit“) verändert seine Kristallstruktur, wenn es über 910 °C erhitzt wird, und bildet γ-Eisen oder „Austenit“.

Warum ist die ACM-Linie steiler als die A3-Linie?

Die Acm-Linie ist viel steiler als die A3-Linie, was zwar bedeutet, dass die Menge an voreutektoidem Zementit in kommerziellen Stählen sehr gering ist, aber es bedeutet auch, dass ein Erhitzen, also zu hohe Temperaturen, durchgeführt werden muss, um diesen Zementit für eine vollständige Homogenisierung aufzulösen Austenit.