Weißes Gusseisen

 

Beim weißen Gusseisen erstarrt das Gusseisen in der metastabilen Form und unterliegt somit der Zementitbildung. Je nach Kohlenstoffgehalt kann zwischen eutektischem Gusseisen (4,3 % C), untereutektischem Gusseisen (<4,3 % C) und übereutektischem Gusseisen (> 4,3 % C) unterschieden werden.

 

Eutektisches Gusseisen

Besitzt das Gusseisen die eutektische Zusammensetzung von 4,3 % Kohlenstoff, so erstarrt die Schmelze wie gewohnt in einem reinen Haltepunkt. Es bildet sich aufgrund der starken Unterkühlung ein feines Gemisch aus Austenit und Zementit. Dieses eutektische Gefüge aus fein verteiltem Austenit und Zementit wird unmittelbar nach der Erstarrung auch als Ledeburit I bezeichnet. Beachte, dass auf der linken Seite des Gusseisen-Phasendiagramms (bei 2,06 %) letztlich die Phase Austenit und auf der rechten Seite (bei 6,67 %) die Phase Zementit aufgetragen ist. Es handelt sich bei diesen Phasen Austenit und Zementit also letztlich um die Komponenten eines A/B-Legierungssystem (A ≙ "Austenit") und (B ≙ "Zementit").

Unmittelbar nach der Erstarrung sind bei 1147 °C die im Ledeburit vorhandenen Austenitkristalle vollständig mit Kohlenstoff gesättigt, d.h. diese weisen die maximal mögliche Konzentration an Kohlenstoff auf, die im Austenit löslich ist. Da bei weiterer Abkühlung die Löslichkeit gemäß der Löslichkeitsgrenze stetig sink, scheiden die Austenitkristalle im Folgenden permanent Zementit aus.

Schließlich ist bei 723 °C so viel Kohlenstoff aus dem Austenit ausgeschieden, dass dieser die eutektoide Zusammensetzung von 0,8 % Kohlenstoff erreicht hat. Nun beginnen sich die Austenitkristalle im Eutektikum des Ledeburits I bei konstanter Temperatur in Perlit zu wandeln. Die ehemaligen Austenitkristalle sind somit zu Perlit zerfallen. Dieses eutektische Phasengemisch aus nun Perlit und Zementit wird aufgrund der geänderten Struktur nun Ledeburit II genannt.

 

Untereutektisches Gusseisen

Bei untereutektischem Gusseisen scheiden sich bei Erreichen der Liquiduslinie lediglich Austenit-Primärkristalle aus der Schmelze aus (Knickpunkt). Hierdurch steigt der Kohlenstoffgehalt in der Restschmelze an. Ist bei 1147 °C schließlich der Kohlenstoffgehalt auf 4,3 % angestiegen, so kristallisiert die Restschmelze bei konstanter Temperatur zum Eutektikum (Ledeburit I). Unmittelbar nach der Erstarrung besteht das Gefüge somit aus dem Eutektikum und den zuvor primär ausgeschiedenen Austenitkristallen.

Sowohl der Primäraustenit als auch die im Ledeburit I enthaltenen Austenitkristalle scheiden aufgrund der sinkenden Löslichkeit des Kohlenstoffs mit fortschreitender Abkühlung Zementit aus. Folglich besteht das Gefüge in diesem Zustand aus Ledeburit I und dem darin eingebetteten Primäraustenit sowie aus dem ausgeschiedenen Zementit. Bei 723 °C ist schließlich wieder die eutektoide Zusammensetzung in den Austenitkristallen erreicht (sowohl in den Primärkristallen als auch im Eutektikum).

Während sich das Ledeburit I dabei wieder zu Ledeburit II wandelt, zerfallen die Primär-Austenitkörner zu Perlitkörner. Folglich besteht das Gefüge von untereutektischem Gusseisen aus Ledeburit II mit den darin eingebetteten Perlitkörnern und dem zuvor aus den Austenitkristallen ausgeschiedenen Zementit.

Das abgebildete Schliffbild zeigt eine Probe aus untereutektischem Gusseisen mit 2,7 % Kohlenstoff. Zu sehen sind die zunächst dendritisch gewachsenen \(\gamma\)-Mischkristalle, welche sich schließlich in Perlit gewandelt haben (dunkle Flecken). Beispielhaft ist in der Abbildung ein Dendrit eingezeichnet, welcher durch das Schliffbild in der Ebene durchgeschnitten wurde. Dieses Perlitgefüge besteht wie üblich aus Ferrit und lamellarem Zementit [fahre zur Vergrößerung mit der Maus über die Abbildung]. Zwischen den Verästelungen der perlitischen Dendriten befindet sich das aus der Restschmelze entstandene Eutektikum, welches ebenfals der \(\gamma\)-\(\alpha\)-Umwandlung unterlag und somit schließlich als Ledeburit II im Gefüge vorliegt (dunkel gesprenkelte Bereiche).

Schliffbild, Gefügebild, untereutektisches Gusseisen, Dendrite, Perlit, Zementit, Ledeburit II, Eutektikum, Eutektoid

Abbildung: Untereutektisches Gusseisen mit 2,7 % Kohlenstoff

Im Vergleich hierzu zeigt das folgende Gefügebild ein untereutektisches Gusseisen mit einem höheren Kohlenstoffgehalt von 3,8 %. Auffällig ist dabei der deutlich größere Anteil an eutektischer Grundmasse im Vergleich zum Perlit. In diesem Fall kann der sehr feine, lamellare Zementit im Perlit lichtmikroskopisch nicht mehr aufgelöst werden - er erscheint deshalb einflächig dunkel!

Schliffbild, Gefügebild, untereutektisches Gusseisen, Dendrite, Perlit, Zementit, Ledeburit II, Eutektikum, Eutektoid

Abbildung: Untereutektisches Gusseisen mit 3,8 % Kohlenstoff

 

Übereutektisches Gusseisen

Bei übereutektischem Gusseisen kristallisiert während der Erstarrung zunächst nur Primärzementit aus, welches eine streifenförmige Struktur zeigt. Aufgrund der damit verbundenen Kohlenstoffausscheidung aus der Restschmelze, senkt sich dort der Kohlenstoffgehalt. Ist schließlich die eutektische Zusammensetzung von 4,3 % Kohlenstoff bei 1147 °C in der Restschmelze erreicht, erstarrt diese zum Eutektikum Ledeburit I.

Unmittelbar nach der Erstarrung besteht das Gefüge somit aus dem primärausgeschiedenen Streifenzementit, der im umgebenden Ledeburit I eingebettet ist. Der im Eutektikum enthaltene Austenit unterliegt schließlich bei Senkung der Temperatur der Zementitausscheidung. Ist bei 723 °C der Kohlenstoffgehalt im Austenit auf 0,8 % gesunken, so beginnt sich dieser zu Perlit zu wandeln. Auf diese Weise entsteht aus dem eutektischen Ledeburit I das Ledeburit II.

Das abgekühlte übereutektische Gusseisengefüge besteht bei Raumtemperatur somit aus den primär ausgeschiedenen Zementitstreifen, die sich im Eutektikum des Ledeburits II betten.

Das abgebildete Gefügebild zeigt ein übereutektisches Gusseisen mit 5,5 % Kohlenstoff. Zu sehen ist das Eutektikum Ledeburit II (fein gemustert) und die primär ausgeschiedenen Zementitnadeln, die aufgrund der Ätzung bei der Probenherstellung als helle längliche Streifen erscheinen [fahre zur Vergrößerung mit der Maus über die Abbildung].

Schliffbild, Gefügebild, übereutektisches Gusseisen, Perlit, Primär-Zementit, Ledeburit II, Eutektikum

Abbildung: Übereutektisches Gusseisen mit 5,5 % Kohlenstoff

Diese Seite verwendet Cookies. Mit Verwendung dieser Seite erklären Sie sich hiermit ausdrücklich einverstanden. Für mehr Informationen sowie die Möglichkeit zur Deaktivierung klicken Sie auf "Datenschutzerklärung".
Datenschutzerklärung Einverstanden