Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

oder auch das Fe-C -Diagramm oder Fe-Fe3C-Diagramm

Ein Kollege brachte mich in einer Unterhaltung zum „copyright“ drauf, dass wir in der Schule nicht nur Bilder von Maschinen oder Werkzeugen oder Flussdiagramme, die wir selber machen könnten, brauchen, sondern auch Diagramme wie das Eisen – Kohlenstoff – Diagramm. Also machte ich mich auf die Suche im Internet und fand das Richtige:

Von AG Caesar – Eigenes Werk
Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen, Verfahren und Werkstoffe 8. Auflage, Seite 55ff.
Weißbach, Wolfgang – Werkstoffkunde Strukturen, Eigenschaften, Prüfung 17. Auflage, Seite 76ff. http://www.chemie.de/lexikon/Eisen-Kohlenstoff-Diagramm.html#Darstellung_der_Phasen_im_Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=76920729

Mit dem Diagramm kann man die Eigenschaften des Stahls besser voraus sagen. Ist aber erst in den höheren Fachklassen oder in unserer Techniker-Schule wichtig, dann aber richtig wichtig!

Die grundlegende Frage lautet hier, beim Stahl:
kubisch-raumzentriertes Gitter oder kubisch-flächenzentriert? Hängt vom Kohlenstoff- Gehalt (%C) im Stahl ab, aber auch von der Menge der Legierungselemente! Auch die Abkühlgeschwindigkeit spielt eine Rolle und auch die darauf folgende Wärmebehandlung.

Eisen – Aufbau der drei (wichtigen) Elementarzellen

Eigentlich bin ich seit Jahren schon dabei, den Umbau zwischen krz- Elementarzelle (kubisch raumzentriert -body centered cube „bcc“) und kfz- Elementarzelle (kubisch flächenzentriert -face centered cube „fcc“) zu animieren. Eine zufriedenstellende Lösung habe ich aber noch nicht hinbekommen. Dafür aber schon mal die drei wichtigen Elementarzellen hier gegenüber gestellt:

kp- Elementarzelle (Kubisch Primitiv)


Die Kubisch Primitive Elementarzelle (kp) ist nur ein „Referenz“- Model, als Elementarzelle in der Natur und Technik ist sie nach meinem Wissen nicht existent und hat auch keinerlei praktische Nutzen. An jeder Ecke eines Würfels liegt ein Atom. Da aber im Metall noch weitere, benachbarte Elementarzellen liegen, beinhaltet eine Elementarzelle acht 1/8- Kugeln = Eine Kugel = Ein Atom.

Die aufgeschnittene Elementarzelle: Bessere Sichtbarkeit des Würfels (Kubus)

Bei der kubisch- raumzentrierte Elementarzelle -krz- werden alle Eckatome etwas auseinander geschoben und in der Mitte wird ein zusätzliches Atom eingefügt. Damit gehören 2 Atome zu einer krz- Elementarzelle.

krz- Elementarzelle (Kubisch Raum Zentriert)
Die geschnittene Elementarzelle krz

Die nächste Elementarzelle ist die Kubisch-flächenzentrierte (kfz). Die Eckatome werden noch weiter auseinander geschoben, Das Mittelatom wird entfernt und in den Mitten der 6 Würfelflächen werden 6 Atome hinein gesetzt. Es entsteht Eine Kubisch-primitive Elementarzelle (1 Atom) mit 6 halben Atomen in den Seitenflächen, also insgesamt 4 Atome in der Elementarzelle.

kfz- Elementarzelle (Kubisch Flächen Zentriert)
Die geschnittene Elementarzelle kfz

Beim Stahl (Eisen und Kohlenstoff – Fe + C-) sind die beiden Elementarzellen krz und kfz wichtig, da beide vorkommen und der Übergang zwischen den Elementartzellen für die Stahlhärtung verantwortlich ist.

Die drei Elementarzellen im Größenvergleich