Wärmebehandlung des Stahls - Europa-Lehrmittel

Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039
Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple
Lösung zu Aufgabe 2.1
Lösungen zu Kapitel 2
a) Das �-Eisen hat ein kubisch-raumzentriertes Kristallgitter, das �-Eisen hingegen ein kubisch-flächenzentriertes Gitter.
Da die Gitterlücken im kfz-Gitter, im Vergleich zum krz-Gitter, deutlich größer sind, können kleinere Fremdatome in
das kfz-Gitter besser eingelagert werden, d. h. die Löslichkeit ist höher.
b) �-Eisen (krz) + Kohlenstoff auf Zwischengitterplätzen � Ferrit
�-Eisen (kfz) + Kohlenstoff auf Zwischengitterplätzen � Austenit
c) Tetraederlücken im kfz-Gitter: Die Tetraederlücken im kfz-Gitter befinden sich in der Mitte eines regelmäßigen Tetraeders.
Der Abstand zu den 4 nächsten Eisen-Ionen beträgt jeweils (a��3)/4 mit a = 0,3646 nm (Gitterkonstante des kfz
�-Eisens). Siehe Lehrbuch, Seite 52, Bild 2.3 (oberes Teilbild).
Oktaederlücken im kfz-Gitter: Die Oktaederlücken im kfz-Gitter befinden sich in der Mitte eines regelmäßigen Oktaeders.
Der Abstand zu den 6 nächsten Eisen-Ionen beträgt jeweils a/2 mit a = 0,3646 nm (Gitterkonstante des kfz �-
Eisens). Siehe Lehrbuch, Seite 52, Bild 2.3 (unteres Teilbild).
d) In die Oktaederlücke des kfz �-Eisens lassen sich ohne Verzerrung des Kristallgitters kleinere Fremdatome, wie z. B.
Kohlenstoff, bis zu einem maximalen Durchmesser von 0,103 nm und im Falle der Tetraederlücken bis zu einem maximalen
Durchmesser von nur 0,058 nm einlagern. Die Einlagerung erfolgt dementsprechend bevorzugt auf den Oktaederlücken.
Lösung zu Aufgabe 2.2
a) Zementit ist eine metastabile Verbindungsphase zwischen Eisen- und Kohlenstoffatomen mit stöchiometrischer Zusammensetzung
(Fe3C) und überwiegend metallischem Bindungscharakter. Zementit weist ein komplexes, rhomboedrisches
Kristallgitter mit 12 Eisenatomen und 4 eingelagerte Kohlenstoffatomen auf (siehe Lehrbuch, Seite 53,
Bild 2.4).
b) Zementit zerfällt bei höheren Temperaturen bzw. längerer Glühdauer in Graphit („Temperkohle“).
c) Die Zementitbildung wird durch die Zugabe Carbid bildender Legierungselemente wie zum Beispiel Mn, Mo, Zr oder V
sowie durch eine rasche Abkühlung aus dem schmelzflüssigen Zustand begünstigt.
Lösung zu Aufgabe 2.3
Das Zustandsdiagramm Eisen-Kohlenstoff liefert die folgenden wichtigen Informationen:
1. In Abhängigkeit von Kohlenstoffgehalt und Temperatur können aus dem Zustandsdiagramm Eisen-Kohlenstoff die
jeweils vorliegen Phasen ermittelt und somit die Gefügeausbildungen abgeschätzt werden.
2. Werden bei einer Temperaturänderung Phasengrenzen über- oder unterschritten, dann können mit Hilfe des Diagramms
die zu erwartenden Gefügeveränderungen ermittelt werden.
Lösung zu Aufgabe 2.4
Im metastabilen System ist der im Kristallgitter des �-, �- oder �-Eisens nicht mehr lösbare Kohlenstoff in Form von Zementit
(Fe3C) chemisch an das Eisen gebunden. Zementit ist thermisch nicht stabil (metastabil), d. h. er zerfällt bei höheren
Temperaturen bzw. längerer Glühdauer in Graphit. Im stabilen System liegt der nicht mehr im Kristallgitter lösbare
Kohlenstoff in Form von Graphit (C) vor.
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