Definition der Gefügebestandteile
Die genaue Definition der Gefügebestandteile und Phasen und deren Beschreibung ist eine eigene Wissenschaft, die Metallographie. Zwei Metallographen können, da es sich um eine Erfahrungswissenschaft handelt, trefflich über die genaue Zusammensetzung einer Probe streiten. Worüber Sie sich aber nicht Streiten sollten ist die genaue Bezeichnung der Gefügebestandteile. Dies ist aber leider nicht so, da hier nicht immer Einigkeit der Bezeichnung der Gefügebestandteile existiert. So kann es sein das der eine Metallograph Sorbit sagt und der andere feinstlamellarer Perlit, und beide meinen das gleiche und verstehen was anderes. Aus diesem Grunde habe ich mir die Mühe gemacht und die Literatur und die Normen durchforstet und die gültigen Definitionen zusammen getragen.
Was ist das Gefüge
Im Werkstoff / Stahl (Eisen) vorhanden spezifische gewünschte oder nicht gewünschte Strukturzusammensetzung aus den verschiedenen Gefügebestandteilen, wie Ferrit, Perlit, Martensit, Bainit, Austenit, Restaustenit, Carbiden und anderen Phasen.
| Gefügebestandteil | Beschreibung | Gefügebild |
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| Ausferrit | feinkörniges Gemisch aus Ferrit und stabilisiertem Austenit, das die hohe Festigkeit und Duktilität von bainitischem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) bewirkt | |
| Austenit | γ-Mischkristall
Metallographische Bezeichnung für die γ (Gamma) Phase. Feste Lösung (Mischkristall) eines oder mehrerer Elemente im γ-Eisen. Stabiler Zustand des reinen Eisens zwischen 911 und 1392°C. Seine Kristallstruktur ist kubisch-flächenzentriert. Es ist paramagnetisch. |
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| α-Mischkristall | Siehe Ferrit | |
| α-Eisen | Siehe Ferrit | |
| Bainit | Alte Bezeichnung Zwischenstufe
Metastabiler Gefügebestandteil, der bei der Umwandlung des Austenits in einem Temperaturintervall gebildet wird, das zwischen den Temperaturbereichen der Perlit- und Martensitbildung liegt. Er besteht aus an Kohlenstoff übersättigtem Ferrit, wobei der Kohlenstoff zum Teil in Form feiner Carbide ausgeschieden ist. Man unterscheidet:
ANMERKUNG
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| Carbid / Carbide | Chemische Verbindung von Eisen und/oder anderen Elementen mit Kohlenstoff. In der Metallographie wird das Carbid bildende Element dem Wort Carbid vorangestellt. Vanadincarbid, Eisencarbid usw.. | |
| ε-Carbid | Carbid des Eisens entsprechend der Näherungsformel Fe 2-4 C | |
| CLT
Compound layer thickness |
bei einer thermochemischen Behandlung entstandene Oberflächenschicht, die aus den chemischen Verbindung(en) besteht, die während der Behandlung aus dem oder den eindiffundierten Element(en) und bestimmten Elementen des Grundwerkstoffes gebildet wurde(n). Alte Bezeichnung VS neue Bezeichnung, DIN EN ISO 15787, CLT = Compound layer thickness.
BEISPIEL Die Oberflächenschicht kann die beim Nitrieren gebildete Nitridschicht sein, die beim Borieren gebildete Boridschicht oder die beim Chromieren gebildete Chromcarbidschichtschicht eines Stahls mit höherem Kohlenstoffgehalt. ANMERKUNG Im englischen Sprachgebrauch wird die Benennung „white layer“ unzutreffend für die Bezeichnung dieser Schicht auf nitrierten und nitrocarburisierten Eisenwerkstoffen verwendet. |
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| δ-Ferrit (Eisen) | stabiler Zustand des reinen Eisens zwischen 1392 °C und seinem Schmelzpunkt
ANMERKUNG 1 Seine Kristallstruktur ist kubisch-raumzentriert, gleich der des a-Eisens ANMERKUNG 2 Es ist paramagnetisch. | |
| Einformung | Gestaltänderung von Carbidteilchen, z.B. Zementitlamellen, in beständigere Formen. | |
| Eisencarbid | Chemische Verbindung von Eisen und Kohlenstoff mit der Strukturformel Fe3C. Als Gefügebestandteil wird das Eisencarbid Zementit genannt. | |
| Eisensulfid | Chemische Verbindung von Eisen und Schwefel mit der Strukturformel FeS. | |
| Eisenoxid | Chemische Verbindung von Eisen und Sauerstoff. Beim Eisen kommen drei verschiedene Oxide vor: Wüstit (FeO), Magnetit (Fe3O4) und Hämatit (Fe2O3). | |
| Ferrit | Metallographische Bezeichnung für die Mischkristalle des α-Eisens mit anderen Elementen. α-Eisen, stabiler Zustand des reinen Eisens bei Temperaturen unterhalb 911 °C.
ANMERKUNG 1 Seine Kristallstruktur ist kubisch-raumzentriert. ANMERKUNG 2 Es ist ferromagnetisch bei Temperaturen unterhalb 768 °C (Curie-Punkt). |
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| γ-Eisen | stabiler Zustand des reinen Eisens zwischen 911 °C und 1 392 °C
ANMERKUNG 1 Seine Kristallstruktur ist kubisch-flächenzentriert. ANMERKUNG 2 Es ist paramagnetisch. | |
| γ-Mischkristall | Siehe Austenit | |
| Graphit | Reiner Kohlenstoff im Gefüge.
Es wird unterschieden zwischen folgenden Graphitausbildungen: lamellarer Graphit - vorhanden im, Gusseisen mit lamellarem Graphit, Grauguß genannt (GJL) globularer Graphit - Gusseisen mit Kugelgraphit, Sphäroguss genannt (GJS) vermicularer Graphit - Gusseisen mit Vermiculargraphit auch Wurmgraphit (GJV) Temperkohle - Gusseisen mit Temperkohle, Temperguß genannt (z.B.GJMW-350-4)
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| Hämatit | Fe2O3 Eisenoxid - Chemische Verbindung von Eisen und Sauerstoff. | |
| Korngrenzenzementit | Metallographische Bezeichnung für den in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit unter 0,02% Kohlenstoffbevorzugt an den Korngrenzen der Ferritkristalle ausgeschiedenen Tertiärzementit. Bildung entlang der Linie G-P-Q im E-K-D. Auch der in übereutektoidischen Stählen auf den ehemaligen Austenitkorngrenzen in Netzform vorhandene Sekundärzementit wird als Korngrenzenzementit bezeichnet. | |
| Ledeburit | Gefüge einer Eisenkohlenstoff-Legierung, das durch eutektische Umwandlung entsteht und aus Austenit und Zementit besteht. Gefügeart (oder –bestandteil) bestehend aus einem Gemenge aus Austenit und Eisencarbid, die bei verhältnismäßig kohlenstoffreichen Eisenwerkstoffen unmittelbar nach der Erstarrung der Schmelze vorhanden ist. Der Austenitanteil des Ledeburits wandelt sich im Laufe der Abkühlung in andere Gefügebestandteile z.B. Perlit um die Carbide bleiben jedoch erhalten. | |
| Ledeburit 1 | Ledeburit oberhalb von 723°C aus einem Gemenge aus Austenit und Eisencarbid. | |
| Magnetit | Fe3O4 Eisenoxid - Chemische Verbindung von Eisen und Sauerstoff. | |
| Mangansulfit | Chemische Verbindung von Mangan und Schwefel mit der Strukturformel MnS. | |
| Martensit | Definition nach DIN EN ISO 4885:2015-09 - Entwurf
Phase, die in kohlenstoffhaltigen Stählen durch schnelles Abkühlen des Austenits gebildet wird, wobei die hohe Geschwindigkeit des Abkühlens verhindert, dass ausreichend Kohlenstoffatome aus dem Kristallgefüge diffundieren können, um Zementit (Fe3C) zu bilden. In Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von > 0,10 % wird gewöhnlich Plattenmartensit gebildet. Der Plattenmartensit ist üblicherweise hart und spröde. In Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt < 0,10 % wird gewöhnlich Lanzettmartensit gebildet. Lanzettmartensit weist üblicherweise eine gute Festigkeit auf. ANMERKUNG Martensit ist eine metastabile feste Lösung von tetragonal-raumzentrierter Struktur. Metallographische Bezeichnung für eine Gefügeart, die bei schneller Abkühlung aus dem Austenit entsteht, wenn es sich nicht um hochlegierten Austenit-Mischkristall handelt (siehe Restaustenit). Die Umwandlung des Austenits in den Martensit erfolgt nicht durch Diffusion sondern durch einen Umklappvorgang, der zur Folge hat, dass das kubisch-raumzentrierte Gitter der Alpha-Phase in der Richtung etwas verzerrt, tetragonal aufgeweitet wird. Vickershärte >550HV Gefügemodifikationen des Martensits Abhängig von der Temperatur und dem Legierungsgehalt (insbesondere dem Kohlenstoffgehalt) entstehen unterschiedliche Gefügemodifikationen des Martensits im Werkstoff. Lanzettmartensit Der Lanzettmartensit (auch Latten-, Block- oder kohlenstoffarmer Massivmartensit genannt, im englischen lath martensite) entsteht bei höheren Temperaturen (an Temperaturen näher an der Martensitstarttemperatur) und geringeren Kohlenstoffgehalten von etwa 0,4–0,5 % C, in untereutektoiden Stählen. Er besteht aus abgeflachten Lanzetten, die dicht nebeneinander zu Schichten und dann schichtweise zu massiven Blöcken gepackt sind. Er ist vorherrschend in unlegierten und niedriglegierten Stählen mit weniger als 0,4 % C zu finden, aber auch in Legierungen aus Eisen mit < 25 % Nickel. Charakteristisch ist die Ausbildung in Form von Paketen aus parallelen < 1 µm breiten Lanzetten, ohne Restaustenit zurückzulassen. Ein Gefüge aus 100 % Lanzettmartensit entsteht nur, wenn der Kohlenstoffgehalt unter maximal 0,3 % liegt. Lanzettmartensit weist eine hohe Versetzungsdichte auf (bis zu 1012 cm−2) und ist deutlich besser verformbar als der Plattenmartensit, da er bei höheren Temperaturen entsteht und damit die durch das Gitterumklappen entstandenen elastischen Verspannungen durch Gleit- und Erholungsmechanismen besser abbauen kann. Plattenmartensit Der Plattenmartensit (auch nadelförmiger, nadeliger, verzwillingter Martensit genannt, im englischen plate martensite oder twinned martensite), entsteht bei niedrigeren Temperaturen und höheren Kohlenstoffgehalten von etwa 0,8–1 % C, also beispielsweise in übereutektoiden Stählen. Der Martensit wächst hier nicht in Lanzett-, sondern in Plattenform, bei der die Platten nicht parallel aufgeschichtet, sondern unter verschiedenen Winkeln zueinander stehen. In den Zwischenräumen verbleibt Restaustenit. Die Platten werden einerseits durch die Korngrenzen des Austenits, und andererseits durch die schon bei höheren Temperaturen entstandenen Platten am Wachstum gehindert, so dass die neu entstehenden Platten mit der Zeit immer kürzer werden, und den Raum immer dichter benetzen. Die mittlere Länge der Platten bewegt sich dabei zwischen einem Viertel und einem Drittel der ursprünglichen Austenitkorngröße. Der Plattenmartensit ist weniger gut verformbar als der Lanzettmartensit, weil bei tieferen Temperaturen der primäre Mechanismus der plastischen Umformung nicht Gleit- und Erholungsvorgänge sind, sondern die Bildung von Zwillingen. Mischmartensit Im Bereich zwischen dem Lanzett- und dem Plattenmartensit, also zwischen etwa 0,5–0,8 % C, entsteht eine Zwischenform, der Mischmartensit. |
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| Nichtmetallische Einschlüsse | Makroskopische oder mikroskopische Einschlüsse im Stahl, die aus den bei der Stahlerschmelzung verwendeten feuerfesten Stoffen und der metallurgischen Schlacke herrühren und chemisch und mineralogisch entsprechend zusammengesetzt sind oder die Verbindungen von Eisen-; Desoxidations- oder Legierungselementen mit Stahlbegleitstoffen insbesondere in Form von Oxiden und Sulfiden, darstellen. | 
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| Nitrid | Verbindung von Stickstoff und Eisen und nitridbildenden Legierungselementen.
ANMERKUNG In Abhängigkeit vom Stickstoffanteil werden mehrere Nitride unterschieden. Hinsichtlich der Eigenschaften eines nitrierten Werkstückes sind die ferritischen α- und γ’-Nitride von besonderer Bedeutung. |
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| Oxyde | Siehe nichtmetallische Einschlüsse | |
| Perlit | aus Ferrit- und Zementit-Lamellen bestehender Gefügebestandteil, der beim eutektoidischen Austenitzerfall und der gleichzeitig ablaufenden Umwandlung in Ferrit und Zementit gebildet wird. Metallographische Bezeichnung für das Eutektoid im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm mit 0,8% Kohlenstoff das aus sehr Kohlenstoffarmen α - Mischkristall und Zementit besteht, die in Form von mehr oder weniger dicht nebeneinander liegenden feinen Lamellen angeordnet sind. Perlit ist einer der Gefügebestandteile, die bei der Umwandlung von Austenit im Verlauf der langsamen Abkühlung entstehen können (bei entsprechender chemischen Zusammensetzung des Stahles).
Nach prEN ISO 4885 wird nur zwischen zwei Perlitarten unterschieden:
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| Phosphit | Chemische Verbindung von Phosphor und/oder anderen Elementen mit Phosphor. In der Metallographie wird das Phosphor bildende Element dem Wort Phosphit vorangestellt. Eisenphosphit usw.. Im Grauguß ist Eisenphosphit sehr gut zu erkennen, als Eisen-Phosphor-Eutektikum. | 
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| Primärzementit | Zementit der sich direkt aus der Schmelze abscheidet bei Kohlenstoffgehalten über. Bildung entlang der Linie S-E-C im E-K-D. | |
| Restaustenit | nicht umgewandelter Austenit, der nach dem Härten bei Raumtemperatur noch vorhanden ist.
Metallographische Bezeichnung für nicht umgewandelten Austenit, der nach Abkühlung von der Austenitisierungstemperatur bei umwandlungsfähigen Stählen noch vorhanden ist. |
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| s - Phase | Die Sigma-Phase ist eine Eisen-Chrom-Verbindung, die sich bei Stählen mit Chromgehalten über rd. 16% bei langsamem Abkühlen von Temperaturen über 900°C im Temperaturbereich zwischen 600 bis 800°C bildet. | |
| Sekundärmartensit | Martensit, der sich bei Sekundärhärtung bildet | |
| Sekundärzementit | Zementit der sich aus dem Austenit (γ-Mischkristall) abscheidet bei Kohlenstoffgehalten über 0,8% bis 4,3%. Bei Gehalten über 4,3% Kohlenstoff ist Primärzementit vorhanden. Bildung entlang der Linie C-D im E-K-D. | |
| Sorbit | Veraltete Bezeichnung für ein Gefüge aus Perlit, der so feinstlamellar ist, dass er Lichtmikroskopisch nicht mehr auflösbar ist. Diese Bezeichnung sollte, für lamellaren Perlit, nicht mehr verwendet werden. | |
| Sphäroidit | Mikrogefüge aus kugelförmigen Zementitteilchen in einer Ferrit-Matrix. Es entsteht bei Wärmebehandlung mit geeignet erhöhter Temperatur aus Perlit, Bainit oder Martensit und ist vergleichsweise weich.
Anmerkung Wird auch globularer Perlit genannt. | |
| Sulfit | Chemische Verbindung von Schwefel und/oder anderen Elementen mit Schwefel. In der Metallographie wird das Sulfit bildende Element dem Wort Sulfit vorangestellt. Mangansulfit, Eisensulfit usw.. | 
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| Tertiärzementit | Siehe Korngrenzenzementit. | |
| Troostit | Rosettenförmiger Perlit in Martensit, er entsteht bei erhöhter Abkühlungsgeschwindigkeit, bei der der Austenit nicht mehr vollständig in die Perlitstufe umgewandelt wird. Troostit liegt meistens in rosettenförmiger Struktur
vor und ist lichtmikroskopisch nur bei sehr hohen Vergrößerungen aufzulösen. Veraltete Bezeichnung für ein Gefüge aus Perlit, der so feinlamellar ist, dass er Lichtmikroskopisch kaum auflösbar ist. Diese Bezeichnung sollte, für lamellaren Perlit, nicht mehr verwendet werden.
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| VS | Verbindungsschicht, veraltete Bezeichnung. Siehe CLT = Compound layer thickness | |
| Vergütungsgefüge | Gefüge das nach dem Vergüten (Härten und Anlassen) entsteht, besteht aus hoch angelassenem Martensit.
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| Wüstit | FeO Eisenoxid - Chemische Verbindung von Eisen und Sauerstoff. | |
| Zementit | Carbid des Eisens, entsprechend der Zusammensetzung Fe3C. Siehe Eisencarbid. | |
| Zunder | Schicht, die während einer Warmumformung oder Wärmebehandlung in nicht geschützter Atmosphäre entsteht.
ANMERKUNG Üblicherweise ist der Zunder eine Oxidschicht und wird durch Abstrahlen oder Beizen entfernt. |
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| Tabelle der Fe-C-Phasen
Tabelle 1 — prEN ISO 4885:2015 (D) (informativ) |
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