WK1 L__C19 - Zustandsdiagramm von Fe - Fe3C

Question 1

Warum enthalten die meisten technischen Eisenwerkstoffe Kohlenstoff?

Answer 1

Kostengünstiges Legierungselement, das durch Wärmebehandlung eine Variation der Festigkeit in weiten Bereichen ermöglicht

Question 2

Welches Zustandsdiagramm verwendet man also für den technischen Einsatz von Eisenwerkstoffen?

Answer 2

”- Das Eisen- Eisenkarbid, also Fe-Fe₃C Diagramm<div>- Höhere Kohlenstoffgehalte sind technisch nicht mehr wirklich interessant<br></br><div><br></br></div><div><img></img></div></div>”

Question 3

Was ist Eisenkarbid und welche Zusammensetzung weist es auf?

Answer 3

• Eine intermediäre Phase: (Metall (Eisen) + Nicht-Metall (Kohlenstoff))<div>- Fe₃C, somit 25 ^a/_obzw. ca 6,69 ^m/_o</div><div>- Auch als <b>Zementit</b> bekannt</div>

Question 4

“<div>In welche 3 Grundsysteme kann das folgende, kompliziert wirkende Diagramm aufgeteilt werden?</div><img></img>”

Answer 4

• Ein <b>Periktektikum</b>, oben links<div><div>- Ein <b>Eutektikum</b>, mittig rechts</div><div>- Ein <b>Eutektoid</b>, unten links</div></div>

Question 5

“Welcher Ausschnitt aus dem Fe-Fe₃C Diagramm liegt hier vor und wie kann er beschrieben werden?<div><img></img></div>”

Answer 5

“<div>- Das Peritektikum</div><div> - Über AB liegt das Schmelzgebiet</div><div> - AHN bildet die Grenze für den stabilen krzδ-MK</div><div> - HJB ist die Peritektale, J der peritektische Punkt</div><div> - ABH ist entsprechend Schmelze +δ-MK</div><div> - HJN ist eine Mischung ausδ-MK undγ-MK</div><div> - Feld unter BJ ist Schmelze +γ-MK</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 6

“Welcher Ausschnitt aus dem Fe-Fe₃C Diagramm liegt hier vor und wie kann er charakterisiert werden?<div><img></img></div>”

Answer 6

”- Das Eutektikum<div> - ECF bildet die Eutektikale, C den eutektischen Punkt</div><div> - Unter der Eutektikalen liegenγ-Mk + Fe₃C vor</div><div> - BCEJ ist Schmelze +γ-MK</div><div> - CDF ist Schmelze +Fe₃C</div><div> - Mit sinkender Temperatur sinkt die Löslichkeit vonFe₃C imγ-MK</div><div> -Fe₃C weist keine Löslichkeit für γ-MK auf</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 7

“Was für zwei Ausschnitte aus dem Fe-Fe₃C Diagramm liegen hier vor und wie können sie beschrieben werden?<br></br><div><img></img><img></img></div>”

Answer 7

”- Beschreiben die eutektoide Reaktion<div> - Charakterisiert durch GPSK</div><div> - Unterhalb der Eutektoiden PSK liegen α-MK und Fe₃C vor</div><div> - SEJG besteht aus reinenγ-MK</div><div> - Eine homogene Phase mit der Konzentration am Punkt S zerfällt also in zwei andere Kristalle</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 8

Wie groß ist die Löslichkeit von Kohlenstoff imα-MK?

Answer 8

”- Höchstens 0,022^m/_obei 723°<br></br>- Sinkt auf etwa 0,001 bis 0,003^m/_obei Raumtemperatur<div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 9

Welche Bezeichnungen haben sich im Sprachgebrauch für die Festkörperphasen im Fe-Fe₃C Diagramm entwickelt?

Answer 9

• krzα-MK: Ferrit<div>- kfzγ-MK: Austenit</div><div>- krzδ-MK:δ-Ferrit</div><div>- Fe₃C: Zementit</div>

Question 10

Wieso gibt es im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm keinenβ-MK?

Answer 10

• Bei Aufheiz- und Abkühlkurven gibt es eine geringere Verzögerung<div>- Man nahm daher an, dass sich einβ-MK bildet</div><div>- Allerdings verliert Eisen hier lediglich seine ferromagnetischen Eigenschaften</div><div>- Derβ-MK zwischen 768° und der Grenze (α+γ) -γ wurde daher gestrichen</div>

Question 11

Was sind Primär- und Sekundärphasen und wie können sie unterschieden werden?

Answer 11

• Primärphasen sind die festen Phasen, die zuerst aus der Schmelze ausscheiden<div> - Gute Diffusionsmöglichkeiten, deshalb große Kristalliste</div><div><br></br></div><div>- Sekundärphasen sind die festen Phase, die sich aus anderen festen Phasen abscheiden</div><div> - Geringere Diffusionsmöglichkeit, daher kleinere Kristallite</div>

Question 12

Welche 3 Formen des Zementit kann man unterscheiden?

Answer 12

“<div>- Primärzementit: Zementitscheidet sich aus der Schmelze ab, d.h. im Feld CDF</div><div><br></br></div>- Sekundärzementit: Zementit scheidet sich unterhalb der Eutektikalen auch aus demγ-MK aus<div><br></br></div><div>- Tertiärzementit: Aufgrund der sinkenden Löslichkeit scheidet sich Zementit aus demα-MK aus, ist allerdings sehr schwer nachzuweisen</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 13

Wie werden die Halte- und Knickpunkte von Eisenwerkstoffen bezeichnet?

Answer 13

• A für arrêt (Haltepunkt) und dann ein Index:<div> - c für chauffage (Aufheizung) oder</div><div> - r für refroidissement (Abkühlung)</div><div> + Weiterer Index, der durchzählt</div><div> - cm als Index steht für Zementit</div><div><br></br></div><div>- Begonnen wird bei tiefen Temperatur</div>

Question 14

“<div>Was ist der Unterschied zwischen den durchgezogenen und gestrichelten Phasenlinien?</div><img></img>”

Answer 14

• Gestrichelt: Stabile Zustände nach sehr langen Glühungen, zeigt das Eisen-Graphit-Gleichgewicht<div> - Hat außer bei Eisenguss kaum Bedeutung</div><div><br></br></div><div>- Durchgezogen: Metastabile Zustände, auch <b>technisches Zustandsdiagramm</b> genannt, zeigt demnach das Eisen-Zementit-Gleichgewicht</div><div> - Wird im Sprachgebrauch trotzdem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm genannt</div>

Question 15

Welche Einbaumöglichkeiten sind für Kohlenstoff im Ferrit denkbar?

Answer 15

”- Der Kohlenstoff wird auf Zwischengitterplätzen verbaut<div>- Die Löslichkeit liegt zwischen 0,001 und 0,022 ^m/_o<br></br><div>- Nur höchstens jede 538. Zelle trägt damit ein C-Atom</div><div><br></br></div><div>- Möglichkeit 1: Einbau in die Oktaederlücke, kommt meistens vor</div><div> - Durch die Größe des C-Atoms wird die kubische Zelle tetragonal verzerrt<br></br><div><br></br></div><div><img></img></div><div><br></br></div><div>- Möglichkeit 2: Einbau in die Tetraederlücke (Tetraeder = Vierflächler), kommt selten vor</div><div><br></br></div></div><div><img></img></div></div>”

Question 16

Wie kann der Kohlenstoff im Austenit gelöst werden und wie verhält sich das Lösungsverhalten im Vergleich zum Ferrit?

Answer 16

”- Löslichkeit steigt etwa um den Faktor 100<div>- Dies liegt an der großen Oktaederlücke, die einen Einbau mit viel geringerer Verzerrung ermöglicht</div><div>- Jede 2,6. Zelle kann damit ein C-Atom lösen</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 17

Was ist typisch für kfz Metalle mit niedriger Stapelfehlerenergie?

Answer 17

Eine große Anzahl an Zwillingen

Question 18

Wie kann man auch nach der Abkühlung austenitisches Gefüge erhalten?

Answer 18

”- Durch Legierungselemente, die dieγ-α-Umwandlung unterdrücken<div>- Das Gefüge ist durchsetzt von Zwillingen<br></br><div><br></br></div><div><img></img></div></div>”

Question 19

Wie bilden sich geringe Mengen an Zementit i.d.R. aus?

Answer 19

”- Keimbildung erfolgt fast ausschließlich an den Korngrenzen<div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 20

“Was passiert bei der isothermen Erstarrung einer eutektischen Eisen-Kohlenstoff-Legierung unter technischen Bedingungen?<div><img></img></div>”

Answer 20

”- Es müssen sich in kurzer Zeit 52 % Austenit und 48 % Zementit bilden<div>- Die C-Atome sind regellos in der Schmelze verteilt</div><div>- Für lange Diffusionswege fehlt die Zeit</div><div>- An der Erstarrungsfront entstehen daher charakteristische lamellare Entmischungsstrukturen, die in die Schmelze hinein wachsen</div><div> - Dadurch ergibt sich ein sehr kurzer Diffusionsweg</div><div>- Je schneller abgekühlt wird, desto feiner sind die Strukturen</div><div>- Das entstehende feinlamellare Gefüge wird <b>Ledeburit</b> genannt</div><div>- Ledeburit entsteht beim Überschreiten der Eutektikalen in der Nähe der eutektischen Legierung</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 21

Wie sieht die energetische Betrachtung von Ledeburit aus?

Answer 21

”- Die Lamellen haben eine große Oberfläche mit einer hohen Oberflächenenergie<div>- Bei schneller Abkühlung wird dies jedoch mangels Diffusionszeit in Kauf genommen</div><div>- Ledeburit bildet sich nicht nur bei eutektischen Legierungen, sondern insgesamt zwischen einem C-Gehalt von 2,06 bis 6,67 %<br></br><div>- Durch Diffusionsglühungen wird die Oberflächenenergie verringert, indem sich die Lamellen zu Kugeln formen</div></div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 22

Was ist Perlit und wie wird es gebildet?

Answer 22

”- Perlit entsteht bei der Abkühlung über die <b>Eutektoide</b>, insbesondere bei der eutektoiden Legierung<div><b>- </b>Aus reinem Austenit müssen innerhalb kurzer Zeit 11,7 % Zementit und 88,3 % Ferrit entstehen</div><div>- Keimbildung an den Korngrenzen des Autenits, danach abwechselnder lamellarer Aufbau</div><div>- Eutektoide deutlich unter Eutektikalen, daher bietet Perlit ein viel feineres lamellares Gemisch als Ledeburit</div><div><br></br></div><div><img></img></div><div><b><br></br></b></div><div><b><br></br></b></div><div><b><br></br></b></div><div><b><img></img></b></div>”

Question 23

Was ist der Unterschied zwischen Ledeburit und Perlit?

Answer 23

”- Perlit: Entsteht bei der raschen Abkühlung über die Eutektoide im Bereich der eutektoiden Legierung<div> - Besteht aus Ferrit und Zementit<br></br><div><br></br></div><div>- Ledeburit: Ensteht bei der raschen Abkühlung über die Eutektikale im Bereich der eutektikalen Legierung</div><div> - Besteht aus Austenit und Zementit (über 725°) oder Ferrit und Zementit (unter 725°)</div><div><br></br></div><div>- Perlit deutlich feiner als Ledeburit aufgrund der geringeren Temperatur</div></div><div><br></br></div><div><img></img></div>”

Question 24

Wie ist Stahl definiert und warum ist dies wichtig?

Answer 24

• Stahl ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit maximal 2,06 ^m/_oKohlenstoff<div>- Stahl ist die häufigste Eisenwerkstoff im Maschinenbau</div>

Question 25

Wie kann aus einem Schliffbild eines Stahls sein Kohlenstoffgehalt geschätzt werden?

Answer 25

”- Meisten technischen Eisenwerkstoffe unter 2,06^m/_oC-Gehalt<div>- Der mittlere Kohlenstoffgehalt muss sich aus den Kohlenstoffgehalten der beteiligten Gefüge und ihren Massenanteilen ergeben</div><div><br></br></div><div>[$$]c_L = c_{Gef1} \cdot m_{Gef1} + c_{Gef2} \cdot m_{Gef2}[/$$]</div><div><br></br></div><div>- Annahme: Gleiche Dichten, daher sind Massenanteile gleich den metallgraphischen Flächenanteilen</div><div> - L₁hier 85 % Ferrit (helle Körner) und 15 % Perlit (Alle (!) Lamellen), damit ergibt sich folgende Annäherung:</div><div><br></br></div><div>[$$]c_{L_1} = 0,85 \cdot 0,002 + 0,15 \cdot 0,8 = 0,12 \, ^m / _o[/$$]</div><div><br></br></div><div><img></img></div><div><img></img></div>”

Question 26

Welche C-Gehalte der einzelnen Gefüge nimmt man bei der Abschätzung des gesamten C-Gehalts an?

Answer 26

”- Ferrit: 0,002 ^m/_o<div>- Perlit: 0,8^m/_o</div><div>- Zementit: 6,69^m/_o</div><div><br></br></div><div><img></img></div>”