Werkstofftechnik Maschinenbau

6.2 Eisen-Kohlenstoff-Legierungen 169
ße der verfügbaren Gitterlücken ergeben sich unter schiedli che Löslich -
keiten (Kapitel 2.4.3.4), die für eine Reihe von Wärme be hand lungs ver -
fahren des Stahls eine sehr große Rolle spie len (Kapitel 6.4).
Gitterlücken im �- und �-Eisen
Das kubisch-raumzentrierte a-Ei sen bzw. d-Eisen weist zwei Typen
von Zwischengitterplätzen auf, in die kleinere Atome wie H, B, C oder
N eingelagert werden können. Die größere Lücke im krz-Gitter be -
findet sich an der Würfeloberfläche im Innern eines aus vier Eisen -
atomen gebildeten unregelmäßigen Te traeders (Bild 1, oberes Teil -
bild), den Te traeder lücken. Der Abstand zu den vier nächstgelegenen
Gitteratomen beträgt jeweils a · 15 /4 (0,559·a), wo bei a die Gitter kon -
stante ist (bei a-Eisen: a = 2,867 · 10 –10 m = 0,2867 nm bei 20 °C). Die
zweite, kleinere Gitterlücke, befindet sich in der Mitte eines unsym -
me tri schen (eingedrückten) Ok taeders bzw. geometrisch gleichwertig
auf den Mitten der Wür felkanten (Bild 1, unteres Teilbild), den
Oktaeder lücken. Der Abstand zu den nächsten Gitteratomen ist nur
in eine Richtung minimal (Abstand a/2). In die beiden anderen Richtun
gen beträgt er a/12 (= 0,707 · a).
In die Oktaederlücke eines kubisch-raumzentrierten Kristallgitters
kann ein Fremdatom nur bis zu einem maximalen Durchmesser von
d Okrz= d · (2/13 – 1) = 0,155 · d (mit d = Durchmesser des Gitteratoms),
im Falle des a-Eisens also bis zu d O krz = 0,038 nm (bei 20 °C) eingelagert
werden, ohne das Gitter zu verzerren. Die Tetraederlücke hingegen
erlaubt, im Falle des a-Eisens, die Einlagerung eines Fremdatoms
bis zu einem maximalen Durchmesser von d T krz = 0,065 nm (bei 20 °C).
Den noch werden im krz-Gitter vorzugsweise die Oktaederlüc ken von
den einzulagernden Fremdato men (z. B. vom Kohlenstoff) be setzt.
Die Ursache ist darin zu sehen, dass die Einlage rungsatome, deren
Atom durchmesser stets etwas größer ist als die Lücke selbst (Kohlen -
stoff: d C = 0,155 nm, Bor: d B = 0,159 nm, Wasser stoff: d H = 0,074 nm,
Stick stoff: d N = 0,140 nm), die am nächsten lie gen den Gitteratome zur
Seite schieben müs sen, das Kri stallgitter also verzerren. Auf den Oktaeder
plätzen müssen nur zwei Atome im nächsten Ab stand (und vier
zweit nächste Nachbarn in größerem Ab stand) ver schoben wer den,
auf den Tetraederplät zen hingegen vier Gitteratome in gleichem Abstand.
Die interstitielle Einla gerung auf Ok taederplätzen führt daher
zu einer ins gesamt geringeren Gitter verzer rung, da nur zwei Gittera -
tome eine nennenswerte Lage verschiebung erlei den. Dies ist im Falle
des a-Ei sens die Erklärung, weshalb Kohlenstoff in die kleine ren Ok -
taeder lücken und nicht in die größeren Tetraeder lücken einge lagert
wird.
Gitterlücken im g-Eisen
Das kubisch-flächenzentrierte Kristallgitter weist eben falls Oktaederund
Tetraederlücken zur Einla gerung kleinerer Fremdatome auf
(Bild 2). In die Ok taederlücke lassen sich Fremdatome bis zu ei nem
ma ximalen Durchmesser von dO kfz = d · (2/12 – 1) = 0,414 · d, im Falle
des g-Eisen also etwa bis zu dO kfz = 0,103 nm einlagern. In die Tetraederlücke
können Fremdatome hinge gen nur bis zu einem maximalen
Durchmesser von dT kfz = 0,058 nm eingelagert werden, ohne das
Kristallgitter zu ver zerren. Die Einla gerung kleine rer Fremdatome in
das kfz-Gitter des g-Eisens erfolgt daher mit Aus nahme des Wasser -
stoffs stets auf Oktaederplätzen.
Bild 1: Tetraeder- und Oktaederlücken
im krz-Kristallgitter
Bild 2: Tetraeder- und Oktaederlücken
im kfz-Kristallgitter