Stahlgießereien')
Zahlentafel 9. Gießereiroheisen-ErzeugungDeutschlands nachBezirken
B. Eisen und Kohlenstoff
Alle unsere technischen E isensorten sind E i s e n-K ohlenstofflegierungen. Durch kein zw eites E lem en t w erden die E igenschaften des reinen E isens so s ta rk beeinflußt, wie d u rc h den K ohlenstoff. Die K e n n tn is des S ystem s E isen-K ohlenstoff m u ß daher m it R ech t als G rundbedingung fü r die w issenschaftliche E rk e n n tn is eines jeden eisen
h ü tten m än n isch en Prozesses angesehen w erden. Obiges m ag als B eg rü n d u n g dafür gelten, d aß dem S ystem E isen-K ohlenstoff au c h in diesem W e rk ein verhältnism äßig breiter R a u m gew ährt w urde.
Das Verhalten von Eisen mit 0 bis etwa 1,8 °/° Kohlenstoff während der Erstarrung.
D urch A ufnahm e von K ohlenstoff (bis zu 4 ,3°/0 C) w ird d er Schm elz- u n d E rstarru n g s
p u n k t des Eisens in tiefere T em p e ratu re n h e r u n te rg e d rü c k t. Die S chm elzpunkterniedri
gung b e trä g t fü r je l°/o Koh
lenstoff ru n d 90° C. Die Um w an d lu n g d y (A r4) steigt m it steigendem Kohlenstoff- gehalt bis 1487° C. a n ; auf den E in flu ß des Kohlenstoffs auf die Lage d e r U m w andlungs
p u n k te A r3 u n d A r2 w ird weiter u n te n zurückgekom m en.
D er V erlauf d er E rs ta r
ru n g u n d d er sich n a c h der E r
s ta rru n g in den Eisen-Kohlen- stofflegierungen vollziehenden U m w andlungen lä ß t sich am einfachsten u n d verständlich
sten graphisch veranschau
lichen. In A bb. 12 sind als Abszissen die P ro zen te an K ohlenstoff u n d als Ordinaten die T e m p e ra tu re n eingetragen.
Je d e r P u n k t auf dem K urven
zug A — B -> C entspricht einer beginnenden K ristall
ausscheidung au s d e r o b e r h a l b A — B -» C f l ü s s i g e n S c h m e l z e . Die sich aus
scheidenden K ristalle sind jedoch n ic h t reines Eisen, sondern M ischkristalle von E i s e n u n d K o h l e n s t o f f bzw.
von E isen u n d einer Eisen-K ohlenstoffverbindung.
F ü r die A usscheidung von M ischkristallen gilt folgender, d u rc h zahlreiche Versuche belegter E rfa h ru n g ssa tz : ,.Die M ischkristalle sind ste ts reicher am B e sta n d te il m it der höchsten S ch m elztem p eratu r als die Schmelze, m it d e r sie im G leichgew icht ste h e n “ , o d er: ..Die Schmelze h a t im Vergleich zu den M ischkristallen einen größeren G ehalt
0,2 O.e 0,0 7,0 7,2 7# 7,f f 7,0
ßemcfrfsprozenfe HoMenstoß
Abb. 12. Haltepunktschaubild der Eisen-Kohlenstofflegierungen.
a n dem jenigen B estandteil, d u rc h dessen Zusatz die E rsta rru n g ste m p e ra tu r erniedrigt w ird .“
D er V erlauf d e r E rsta rru n g einer beliebig gew ählten Schmelze I m it 0,16 °/0 K ohlen
stoff w ird sich d em nach wie folgt ab sp ie le n :
Bei m (s. Abb. 12) beginnt aus der flüssigen Schmelze (m it 0 J 6°/0 C) die Ausscheidung von ¿-M ischkristallen. Die der jeweiligen T em p e ratu r entsprechenden G ehalte der ¿- M ischkristalle an K ohlenstoff findet m an, wenn m an W agerechte an den K urvenzug A — H zieht. Die Abszissen der S ch n ittp u n k te dieser W agerechten m it A-—- H geben die K ohlenstoffgehalte d e r ausgeschiedenen ¿-Mischkristalle, die Abszissen der S ch n itt
p u n k te m it dem K urvenzug A — B die G ehalte der m it den ¿-M ischkristallen im Gleich
gewicht befindlichen Schmelzen an.
Mit sinkender T em p e ratu r ä n d e rt sich dem nach sowohl die Zusam m ensetzung der Mischkristalle als auch die Z usam m ensetzung des noch flüssigen Anteiles der Legierung.
W enn die T em p e ratu r bis 1487° C. (Abb. 12) gesunken ist, so besitzen die ¿-Misch
kristalle H — 0,1 °/0 Kohlenstoff, w ährend die Schmelze B = 0 ,4°/0 K ohlenstoff en th ä lt.
Bei 1487 0 C. w andeln sich bei gleichbleibender T em p eratu r die ¿-Mischkristalle in B erührung m it der noch flüssigen Schmelze zu /-M ischkristallen (mit J °/0 K ohlenstoff) um . D a im gew ählten Beispiel (Schmelze I m it 0,16°/0 K ohlenstoff) der vorhandene flüssige Anteil der Legierung nicht ausreicht, u m säm tliche ¿-Mischkristalle in y-Mischkristalle umzuwandeln, so verbleibt d ich t u n terh a lb 1487° C. noch ein R est von ¿-M ischkristallen neben den neu gebildeten /-M ischkristallen bestehen. Man d rü c k t diese U m w andlung in der Regel d u rc h die F orm el:
¿ (mit H % C) + Schmelze (mit B °/0 C) -» ¿ + y (mit J °/0 C)
aus. Im w eiteren Verlauf der A bkühlung scheidet dieser R est von ¿ ebenfalls y-Misch
kristalle aus. I s t schließlich der P u n k t m ' (s. Abb. 12) erreicht, so besteht das Gefüge n u r noch aus y-M ischkristallen.
Eine Schmelze I I m it 0,25°/0 K ohlenstoff w ürde wie folgt e r s ta r r e n : Zunächst beginnt bei m w iederum die Ausscheidung von ¿-M ischkristallen. Bei 1487° C. w andeln sie sich mit der noch flüssigen Schmelze wieder zu y-M schkristallen um , es verbleibt aber hier nach der F orm el ¿ (mit H°/0 C) + Schmelze (mit B°/0 C) -» y (mit J °/0 C) + Schmelze noch ein R est von flüssiger Schmelze, der im w eiteren Verlaufe der A bkühlung wisder y-Mischkristalle ausscheidet, bis schließlich bei m ' die Legierung fest geworden ist.
Schmelzen m it m ehr als B°/0 K ohlenstoff scheiden bei beginnender E rsta rru n g u nm ittelbar y-Mischkristalle aus.
Die B edeutung der einzelnen Linienzüge im oberen Teil der Abb. 12 ist dem nach folgende:
A — B : Beginn der A usscheidung von ¿-M ischkristallen aus der flüssigen Schmelze.
A = kohlenstofffreies Eisen (1528° C.).
B = 0 .4°/0 K ohlenstoff (1487° C.).
A — H : E nde der A usscheidung von ¿-M ischkristallen aus der flüssigen Schmelze.
H — J — B : U m w andlung der ¿- in y-Mischkristalle bei gleichbleibender T em peratur (1487° C.).
H = 0.1 °/0 K ohlenstoff.
J = n ich t genau e rm itte lt (verm utlich etw a 0,23°/0 C.).
B = 0 ,4°/0 K ohlenstoff.
H — G : Ausscheidung von y-Mischkristallen aus den bereits festen ¿-M ischkristallen.
G = U m w andlung von ¿- in y-Eisen bei 1401° C.
J — G: E nde der Ausscheidung von y- aus den bereits festen ¿-Mischkristallen.
B -» C: Beginn der Ausscheidung von y-Mischkristallen aus der flüssigen Schmelze.
J — E : E nde der Ausscheidung von y-M schkristallen aus der flüssigen Schmelze.
E = 1.7°/0 Kohlenstoff (1145° C.).
U nterhalb A — H — J — E sind säm tliche Legierungen ers ta rrt.
Innerhalb A — B — J — H — A bestehen ¿-M ischkristalle neben flüssiger Schmelze.
Innerhalb B -> C — E — J — B bestehen y-M schkristalle neben flüssiger Schmelze.
G e i g e r , H a n d b u ch I . 2. A uil. 5
In n e rh alb A — H — G — A b e ste h t d as G efüge n u r aus ¿-M ischkristallen.
In n e rh alb H — J — G — H bestehen d- u n d /-M ischkristalle n ebeneinander.
U n terh alb G — J — E b e ste h t d a s Gefüge n u r aus /-M ischkristallen.
Umwandlungen im bereits erstarrten Zustand bei Eisen-Kohlenstofflegierungen mit 0 bis etwa 1,8 °/o Kohlenstoff.
W ir h a tte n schon eingangs (S. 63) gesehen, d a ß d as kohlenstofffreie E isen auch nach der E rs ta rru n g noch U m w andlungen oder M odifikationsänderungen du rch m ach t.
D urch steigenden K ohlenstoffzusatz w ird die U m w an d lu n g y — ß (A r3) n a c h unten verschoben, w ährend sich die U m w andlung ß — a (A r2) bei G ehalten bis zu 0,41 °/0 K ohlen
stoff ( P u n k tM in Abb. 12) bei gleichbleibender T e m p e ra tu r (7 6 9 °C.) vollzieht. B ei w eiterer Steigerung des K ohlenstoffgehaltes (bis 0 ,9°/0 C) fallen A,r3 u n d A r2 zusam m en. Ver
b in d et m an die T em p eratu ren , bei denen diese U m w andlungen (H a lte p u n k te) eintreten d u rc h K u rv e n äste, so erh ält m an d as in der u n te re n H ä lfte d er A bb. 12 ein gezeichnete H a lte p u n k tsc h au b ild 1).
Theorie u n d P ra x is zeigen, d a ß kein grundsätzlicher U n tersch ied zwischen dem A uskristallisieren irgend eines K ö rp ers aus flüssiger L ösung u n d zwischen den sich im bereits e rs ta rrte n Z u stan d abspielenden U m w andlungen u n d U m k ristallisatio n en besteht.
Es können d ah e r die von R o o z e b o o m 2) aus d er E rs ta rru n g von Salzgemischen gezogenen Schlüsse u n m itte lb a r auf unser H a lte p u n k tsc h a u b ild ü b e rtra g e n w erden. W ir haben
•uns n u r m it dem G edanken v e r tr a u t zu m achen, d a ß hier die A usscheidung von K ri
stallen n ic h t aus „flüssiger“ Lösung, sondern aus einer „festen L ö su n g “ (aus Mischkri
stallen) vor sicht geht.
W ie ferner zahlreiche Versuche gezeigt haben, lä ß t sich aus langsam bis u n te r 700° C.
abgekühlten Eisen-K ohlenstofflegierungen, d u rc h Auflösen in v e rd ü n n te n Säuren unter L uftabschluß, eine E isen-K ohlenstoffverbindung, d as K a rb id F e3C, abscheiden. W ir können d a h e r als E ndglieder des H a lte p u n k tsc h au b ild es E i s e n u n d E i s e n k a r b i d (Fe3C) an
nehm en. Aus d em Schaubild (unterer Teil d er A bb. 12) erg ib t sich a lsd an n folgendes:
Oberhalb der K urvenzüge K M O E bestehen die b ereits e r s ta rrte n Legierungen aus „ f e s t e r L ö s u n g “ von y-Eisen u nd E isen k a rb id (/-M ischkristalle).
Längs des K urvenzuges K M O scheiden sich aus den /-M i schkri st allen E i s e n k r i s t a l l e aus. Von K bis M k ristallisiert ß-Eisen u n d von M bis O a-E isen aus. Das /3-Eisen w andelt sich auf d e r W agerechten L — M zu a-E isen um .
Längs des K urvenzuges 0 E scheidet sich d as K a rb id F e 3C aus den y-Mischkri- stallen aus. Bei 0 (mit 0 ,9°/0 K ohlenstoff) ist bei 721° C. d er /-M ischkristall sowohl für Eisen als auch für d as K a rb id gerade g e s ä ttig t; hier kristallisieren d em n a ch bei W ärm e
entziehung sowohl E isen als au c h K a rb id n ebeneinander aus d em /-M ischkristall aus.
Dieses innige Gemenge von E isen u n d E isen k a rb id w ird E u t e k t o i d g e n a n n t 3).
Verfolgen wir n u n an H a n d der Abb. 12 den w eiteren V erlauf d er A bkühlung der Schmelze I m it 0,16 °/0 K ohlenstoff. Von m ' bis t0 v erlä u ft die A b k ü h lu n g gleichmäßig.
Bei t0 beginnt bei sinkender T em p e ratu r die A uskristallisation von /S-Eisen m it 0°/o K ohlen
stoff. D a d u rch reichert sich die „feste L ösung“ an K ohlenstoff an. I s t die T em peratur
*) D ie in Abb. 1 2 eingetragenen U m w andlungstem peraturen sind der A rb eit v on E. E u e r und F. G -oeren s: Über die Schmelz- und K ristallisationsvorgänge bei den Eisen-K ohlenstofflegierun gen“
(Ferrum 1917, S. 161) entnom m en. D ie Verfasser verw an d ten zu ihren Versuchen Elektrolyteisen, das frei von Mangan, Kupfer und Silizium war und nur 0 ,0 2 5 % Phosphor en th ielt. D a d ie technischen Eisensorten stets einen gew issen M angangehalt besitzen und Mangan au f d ie L age der Haltepunkte v on w esentlichem E influß is t, so werden im allgem einen bei technischen E isen sorten die U m w and
lungstem peraturen etw as tiefer lieg en ; letzteres gilt nam entlich für die P erlitum w andlung bei 721° C.
(siehe weiter unten), d ie b e id e n m eisten technischen Eisensorten in der N ähe v on 700° C. gefunden wird.
2) H. W. B a k h u i s E o o z e b o o m : „E rstarrungspunkte der M ischkristalle zw eier S toffe“
(Zeitschr. f. phys. Chem. Bd. 30, 1899, S. 385, ferner E o o z e b o o m : „ D ie h eterogen en Gleichge
wichte vom S tandpunkte der P h asen leh re“. 2. H eft. S ystem e aus zw ei K om ponenten. Braun
schw eig 1904.
3) D ie B ezeichnung E u t e k t i k u m so llte nur für d ie Fälle gebraucht werden, w o sich die A us
scheidungen unm ittelbar aus der f l ü s s i g e n Schmelze vollziehen.
Übersicht über das
Kleingefiige von langsam der Abkühlung überlassenen Eisen-Kohlenstofflegierungen _________ mit 0 bis etwa 1,8% Kohlenstoff. Gefüge nahezu kohlenstofffreien Eisens. Es besteht aus einem innigen Gemenge verschieden hell und das allmähliche Anwachsen des Perlits deutlich zum Ausdruck. D ie lineare Vergrößerung ist in allen erkennbar. Helle, erhaben erscheinende Lamellen aus Z ementit wechseln m it tiefer liegenden Lamellen aus
verhältnis /j, zwischen bereits ausgeschiedenen Eisenkristallen und fester Lösung ist durch die Gleichung
(P u n k t b') vorgeschritten, so h a t die „feste L ö sung“ bereits den d e r Abszisse von c' e n t
sprechenden G ehalt an K ohlenstoff, zugleich ist die Menge d er ausgeschiedenen E ise n kristalle gewachsen, denn
V c ' b c a' b ' ^ a b '
Bei 721° C. (eutektoide T em p e ratu r) h a t die feste Lösung die eu te k to id e Z usam m en
setzung (0,9 °/0 K ohlenstoff) erreicht. Sie ist hier sowohl für K a rb id als au c h fü r Eisen g esä ttig t u nd zerfällt u n te r W ärm eentw icklung in ihre beiden K o m p o n en te n E i s e n u n d E i s e n k a r b i d , die sich in feinster V erteilung n ebeneinander lagern.
D as gleiche gilt auch fü r Schmelze I I sowie fü r alle L egierungen m it weniger als 0 .9 % K ohlenstoff. D as E u te k to id m it 0 ,9°/0 K ohlenstoff h a t n u r einen U m w andlungs
p u n k t, den eu te k to id e n P u n k t bei 721° C.
Alle Legierungen m it m ehr als 0 ,9°/0 K ohlenstoff scheiden n ic h t Eisen, sondern E i s e n k a r b i d , längs des K urvenzuges O E aus. H ierbei w i r d die „feste L ösung“ kohlen
stoffärm er. Sie s tre b t in ih rer Z usam m ensetzung d em eu te k to id e n G ehalt m it 0 ,9 % K ohlenstoff zu, bis sie ihn bei 721° C. w iederum erreicht h a t ; alsd an n zerfällt sie, wie vorhin beschrieben, u n te r gleichbleibender T e m p e ra tu r in ihre beiden K om ponenten E isen u n d E isenkarbid.
Die G efügebildner der Eisen-K ohlenstofflegierungen h a b e n in te rn a tio n a l anerkannte Bezeichm m gen erh alten . D as Eisen, ß- oder a-Eisen, w ird F e r r i t , d as Eisenkarbid F e3C Z e m e n t i t u nd d as eu tek to id e Gemenge von E isen k a rb id u n d E isen P e r l i t genannt.
D er G efügeaufbau langsam e rk a lte te r E isen-K ohlenstofflegierungen m it den bisher besprochenen G ehalten an K ohlenstoff (bis zu etw a 1,7 % ) lä ß t sich an H a n d des H a lte
p unktschaubildes (Abb. 12) Voraussagen.
Die m ikroskopische G e fü g e u n te rsu c h u n gv) ergibt vollkom m ene Ü bereinstim m ung dieser Voraussage m it den tatsächlichen B efunden. (Vgl. v orstehende Ü bersicht (S. 67) u nd die L ichtbilder, Abb. 13— 22, auf den T afeln I u n d II.)
D er Z em entit ist von allen bisher besprochenen G efügebestandteilen d er härteste, der F e rrit der weichste. D e r P erlit ist n ic h t einheitlich au fg eb aü t, er besteh t, wie wir sahen, aus Z em entit- und F errit-L am ellen, seine d u rc h sch n ittlich e G esa m th ä rte liegt etw a zwischen der des Z em entits u n d des F e rrits. Von E influß auf seine H ä rte ist jedoch auch die A rt seiner A usbildung (körniger P erlit, groblam ellarer, feinlam ellarer Perlit).
Das Verhalten von Eisen mit 0 bis etwa 1,8% Kohlenstoff bei möglichst schroffer Abschreckung2).
Alle bisher besprochenen U m w andlungen w äh ren d d e r A b k ühlung von Eisen-K ohlen
stofflegierungen h a tte n zur V orau ssetzu n g , d a ß die A b kühlung so langsam vor sich ging, d aß die E n d zu stä n d e w irklich erreich t w erden k o n n te n . Schon bei dem Über
gang aus dem flüssigen in den festen (kristallisierten) Z u stan d können bei beschleunigter A bkühlung U nterkühlungserscheinungen au ftre te n . B ei K ristallausscheidungen und U m w an d lu n g en im bereits e rs ta rrte n Z u stan d m achen sie sich in n o ch viel stärkerem
Maße bem erkbar.
x) A uf d ie Technik der M etallographie hier näher einzugehen, verb ietet der R aum m angel. Es sei nur kurz erw ähnt, daß die m ikroskopische U ntersuchung v o n Metallen und Legierungen nicht im durchfallenden, sondern im auffallenden Lioht erfolgt. Zu d iesem Zweck werden an den zu unter
suchenden Proben spiegelnde Flächen auf um laufenden, m it bchm irgelpapier beleim ten Holzscheiben angeschliffen. D as Polieren erfolgt m eist auf einer m it Tuch bespannten H olzscheibe m it Polierrot und Wasser. Zur E rk en n u n g des G efüges is t vielfach noch eine N achbehandlung des Schliffs (Relief
polieren, A nlassen, Ä tzen usw .) erforderlich. Genauere A ngaben über die Technik der Metallographie fin d et der Leser im I. Band der „M etallographie von E. H e y n und 0 . B a u e r (S am m lu n g Göschen).
2. Aufl. L eipzig-Berlin 1920; ferner in P. G o e r e n s : „ E in fü h ru n g in die M etallographie“ , III. u.
IV. A ufl., H alle (Saale) 1922.
2) Ygl. E. H e y n : „Labile und m etastabile G leichgewichte m E isen -K o h len sto ffleg ieru n g en “.
Zeitschr. f. E lektrochem . 1904, S. 491.
S chreckt m an z. B. eine Eisen-K ohlenstofflegierung von einer T em p e ratu r T o ber
halb 721° C. (bei der also die U m w andlungen noch n ic h t beendigt sind) ab, so gelingt es, w enigstens bis zu einem gewissen Grade, den Z ustand, der bei T in nerhalb des W erkstoffs dem stabilen Gleichgewicht en tsp rich t, auch bei Zim m erw ärm e festzuhalten.
Bei A bschreckung oberhalb K M O E (s. Abb. 12), also im S tabilitätsbereich der M ischkristalle y-Eisen u nd K arb id m ü ß te m an erw arten, bei vollkom m ener U n terk ü h lu n g ein einheitliches Gefüge zu erhalten, das n u r aus einem B estandteil (M ischkristallen von y-Eisen u nd K arbid) besteht. In W irklichkeit ist vollkom m ene U n terk ü h lu n g bei reinen Eisen-K ohlenstofflegierungen auch bei m öglichst schroffer A bschreckung n ich t erreichbar, m an e rh ä lt ste ts ein Gefüge, d as auf beginnenden Zerfall der einheitlichen M ischkristalle schließen lä ß t.
L ichtbild, Abb. 23 (Tafel II), stellt in 875facher linearer V ergrößerung das Gefüge eines Stahles m it l°/0 K ohlenstoff n ac h A bschreckung oberhalb K M 0 E d a r. E s b esteh t aus sich kreuzenden N adehi, die d u rc h d as Ä tzm ittel (alkoholische Salzsäure) verschieden stark angegriffen sind. Diesem, schroff abgeschreckte Eisen-K ohlenstofflegierungen ken n zeichnenden, nadeligen Gefüge h a t O s m o n d zu E h ren von A. M a r t e n s die Bezeichnung M a r t e n s i t gegeben.
Bei sehr kohlenstoffreichen S tählen (über l°/0 K ohlenstoff), die außer K ohlenstoff noch andere K örper, z. B. Mangan, Nickel en th a lte n , gelingt es leichter, der idealen U nterkühlung n äh e r zu kom m en. S o 'zeig t z. B. Lichtbild, Abb. 24 (Tafel I I , v = 365), das Gefüge eines hochgekohlten, m anganhaltigen Stahls, der von hoher T em p e ratu r sehr schroff abgeschreckt w urde. Die weißen Teile weisen n i c h t den den M arten sit kennzeichnenden nadeligen A ufbau auf, sie stellen aller W ahrscheinlichkeit nach n o c h n i c h t zerfallene einheitliche M ischkristalle von y-Eisen u nd E isenkarbid d ar. Zur U nterscheidung von M artensit gab O s m o n d diesem G efügebestandteil die Bezeich
nung A u s t e n i t x). Die groben, dunkleren, den beginnenden Zerfall anzeigenden N adeln entsprechen dem M artensit. Ü brigens unterscheidet sich der A üstenit nach O s m o n d auch d urch seine weniger große H ä rte vom M artensit.
S chreckt m an einen S tahl m it weniger als 0,9°/0 K ohlenstoff innerhalb des Bereiches K M O N K (s. Abb. 12) ab, so m uß d as Gefüge aus bereits ausgeschiedenen F e rritk ri
stallen m it 0 % K ohlenstoff 2) u nd aus M artensit (m it dem gesam ten K ohlenstoff der Legierung in fester Lösung) bestehen. D as M engenverhältnis zwischen F erritk ristallen und M artensit ist, wie früher (S. 68) gezeigt, fü r jede T em p e ratu r gegeben.
E s ist dem nach möglich, bei abgeschreckten K ohlenstoffstählen m it weniger als 0,9 °/0 K ohlenstoff auf G rund der G efügeuntersuchung die Höhe der A bschreckhitze m it ziemlicher Genauigkeit n ach träg lich festzustellen, vorausgesetzt, daß der K o h len stoffgehalt b e k a n n t und der S tahl innerhalb des Bereiches K M O N K abgeschreckt wurde. L ichtbild, Abb. 25 (Tafel II I), e n tsp ric h t dem Gefüge eines M aterials m it 0,3°/0 Kohlenstoff, d as bei 760° C. schroff abgeschreckt w urde. Im Lichtbild sind sichtbar F erritkristalle im M artensit. Die lineare Vergrößerung ist 350fach.
Stahl m it m ehr als 0 ,9 % Kohlenstoff, der innerhalb des B ereiches E O P abge
schreckt wurde, m uß im Gefüge Z em entit u nd M artensit aufweisen. Lichtbild, Abb. 26 (Tafel III), zeigt d as Gefüge eines bei 800° C. schroff abgeschreckten Stahles m it l , 3°/0 Kohlenstoff. Im Lichtbild sind sich tb ar Z em entit un d M artensit. Die lineare V ergrößerung ist 365fach.
W ird eine Eisen-K ohlenstofflegierung bis u n te r 721° C. der langsam en A bkühlung überlassen und dann, z. B. bei etw a 680° C., abgeschreckt, so b leib t die A bschreckung ohne E influß auf d as Gefüge, d a alle im festen Z ustand vor sich gehenden U m w and
lungen bereits bei 721° C., der eutektoiden T em p eratu r, zum Abschluß gekom m en sind.
Li Abb. 27 sind der größeren Ü bersichtlichkeit wegen die in Eisen-K ohlenstof f- legierungen m it G ehalten bis zu etw a l ,8°/0 K ohlenstoff au ftreten d e n Gefügebildner eingetragen.
x) Zu Ehren v o n B o b e r t s - A u s t e n , dem die Metallographie w ertvolle B eiträge verdankt.
-) D ie Gefügeuntersuchung gesta ttet keine Unterscheidung zwischen ß- und a-Eisen, beide M odifikationen führen die metallographische Bezeichnung F e r r i t .
Metallurgische Chemie des Eisens. Metallographie.
Abb. 27. Gefügebildner in Eisen-Kohlenstofflegierungen mit bis 1,8% C.
3) Über w eitere chem ische und physikalische U nterscheidungsm erkm ale, vgl. die oben angeführte A rb eit: „Ü ber den inneren A ufbau u s w .“
4) In allen Fällen ist Ä tzu n g m it alkoholischer Salzsäure v orau sgesetzt.
'J fy 'r JY a /j/ m/Y 0,&5 % ffo b /e n s fo f // /rof?/er?s/of ar/r/es f/se/7
Abb. 28. Schematische Darstellung des Übergangs vom Martensit zum Perlit.
M a r t e n s i t zeigt, wie wir sahen, nadeliges Gefüge (vgl. Lichtbild, Abb. 23, Tafel II).
Die N ad eln w erden d u rc h n ic h t zu langes Ä tzen m it alkoholischer Salzsäure n u r wenig gefärbt.
T r o o s t i t : D er an M artensit erinnernde nadelige A ufbau bleibt bestehen, doch sind einzelne N adeln m ehr oder weniger dunkel g efärbt. Die D unkelfärbung steigt m it der Höhe der A nlaßhitze. L ichtbild, Abb. 29 (Tafel I I I , v = 350), en tsp ric h t einem bei 900° C. schroff abgeschreckten u nd d a ra u f bei 275° C. angelassenen S tahl m it 0,95°/0 K ohlenstoff.
O s m o n d i t : D er an M artensit erinnernde nadlige A ufbau ist verschw unden. Die D unkelfärbung n a c h Ä tzung m it alkoholischer Salzsäure h a t ihren H ö c h stb e trag erreicht.
Lichtbild. Abb. 30 (Tafel I I I , v = 350), zeigt d as Gefüge des Osm ondits. D er S tahl (0.95°/0 K ohlenstoff) w ar vorher bei 900° C. abgeschreckt und d a ra u f bei 405° C. ange
lassen worden.
S o r b i t : Mit steigender A nlaßhitze n im m t die D unkelfärbung beim Ä tzen allm ählich ab, gleichzeitig tre te n rundliche, helle, karbidähnliche Inselchen auf. J e n äh e r die A n laß hitze an 70 0 ° C. heranreicht, desto heller erscheint d e r Schliff und desto größer w ird die Anzahl der K arbidinselchen. Lichtbild, Abb. 31 (Tafel I I I , v = 350), e n tsp ric h t einem Stahl m it 0 ,9 5 % Kohlenstoff, der vorher bei 900° C. schroff abgeschreckt u nd darauf bei 640° C. angelassen w urde.
Rückverwandlung des Perlits in Martensit.
Bei der R ückverw andlung des P erlits in die feste Lösung (M artensit) w erden die vorhin besprochenen Zwischenstufen (Troostit, Osm ondit, Sorbit) n i c h t durchlaufen.
Der Perlit löst sich bei 721° C. zum M artensit auf, wie etw a ein H y d ra t bei einer b e
stim m ten T em p e ratu r in seinem K ristallw asser schm ilzt. Diese Auflösung bedarf einer gewissen Zeit. Schreckt m an die P robe ab, bevor noch die Auflösung beendet ist, so gelingt es, ein Gefüge zu erhalten, in dem P erlit, der noch n ic h t gelöst war, neben M artensit
(Anteil des bereits in L ösung gegangenen Perlits) a u ftritt.
W ird eine Probe, die P erlit neben M artensit zeigt, bei allm ählich steigenden A nlaß
hitzen wieder angelassen, so d u rc h lä u ft der M artensit wieder die oben beschriebenen Zwischenstufen, T roostit, Osm ondit, Sorbit, bis er sich schließlich wieder in P erlit u m wandelt. D er bereits vorhandene P erlit, der bei T em p eratu ren u n te r 721° C. dem stabilen Zustande en tspricht, w ird d u rc h die allm ählich gesteigerte A nlaßhitze in seinem Gefüge
aufbau n ich t v erän d ert. L ichtbild, Abb. 32 (Tafel I I I , v — 1650), zeigt das Gefüge einer Stahlprobe m it 0 ,9 5 % K ohlenstoff, die folgender B ehandlung unterw orfen w a r: Die Stahlprobe, deren Gefüge (nach langsam er Abkühlung) aus gut ausgebildetem Perlit bestand, w urde bis 750° C. erhitzt, 10 M inuten auf diesem W ärm egrad belassen und alsdann in W asser von Zim m erwärm e abgeschreckt. D as Gefüge b esteh t aus P erlit und M a rte n sit1).
Troostit oder ein anderer Ü bergangsbestandteil ist n ich t vorhanden. L ichtbild, Abb. 33 (Tafel IV, v = 1650), zeigt das Gefüge derselben P robe n ac h dem Anlassen. Der M artensit ist in s ta rk dunkel erscheinenden O sm ondit um gew andelt, der P erlit ist d u rc h d as A n
lassen n ich t w eiter v erän d ert.
Erstarrungsschaubild der Eisen-Kohlenstofflegierungen.
Das E rstarrungsschaubild der Eisen-K ohlenstofflegierungen h a t im Laufe der Ja h re so m anche Veränderungen, teils Verbesserungen, teils Verschlechterungen, erfahren.
Auch h eu te noch können die U ntersuchungen d arü b er n ich t als völlig abgeschlossen angesehen w erden. D as erste einigerm aßen vollständige E rstarru n g ssch a u b ild stellte 1899 R o b e r t s - A u s t e n 2) auf. W ertvolle Ergänzungen w urden auf G rund theoretischer
1) Der Schliff wurde m it alkoholischer Salzsäure geätzt. D er Martensit zeigt im Lichtbild n i c h t den kennzeichnenden nadeligen Aufbau; dies rührt von der für den Martensit zu kurzen Ätz- dauer her. Der Martensit wird nur sehr langsam durch das Ä tzm ittel angegriffen, während Perlit leicht g e ä tz t wird.
2) Proc. Inst. Mecli. Eng. 1899. Febr. „F ünfter Bericht an das A lloys Research C om m ittee“.
Ü berlegungen von R o o z e b o o m 1) gem acht. Roozeboom legte seinem Schaübild die A nnahm e zugrunde, d aß in Eisen-K ohlenstofflegierungen „ u n te rh a lb e tw a 1000° C.
der G ra p h it die labile, das K a rb id die stabile E rscheinungsform des K ohlenstoffs sei“ . Die p raktische E rfa h ru n g spricht gegen diese A nnahm e. I s t es doch eine a ltb e k a n n te T atsache, d a ß es n u r bei l a n g s a m e m D urchgang d u rc h d as E rsta rru n g sin te rv a ll gelingt,
der G ra p h it die labile, das K a rb id die stabile E rscheinungsform des K ohlenstoffs sei“ . Die p raktische E rfa h ru n g spricht gegen diese A nnahm e. I s t es doch eine a ltb e k a n n te T atsache, d a ß es n u r bei l a n g s a m e m D urchgang d u rc h d as E rsta rru n g sin te rv a ll gelingt,