Entstehung des Metallgefüges
Der innere Aufbau eines Metalls, das Gefüge, entsteht beim Erstarren der Metallschmelze. Dieser Vorgang enthält eine Reihe von Zwischenstufen.
In der flüssigen Metallschmelze bewegen sich die Metallatome frei und regellos durcheinander.
Kühlt die Metallschmelze auf oder unter die Erstarrungstemperatur ab, beginnt die Zusammenlagerung der Metallatome entsprechend dem Kristallgittertyp. An verschiedenen Stellen beginnt das Kristallwachstum. Diese Stellen nennt man Kristallisationskeime.
Von den Kristalisationskeimen ausgehend, gliedern sich immer mehr Metallatome den Kristallen an.
Ist die Schmelze fast aufgebraucht, stoßen die wachsenden Kristalle aneinander und bilden unregelmäßig begrenze Kristallite oder Körner. Erst wenn alle Metallatome ihren festen Platz gefunden haben, ist die Schmelze erstarrt. Das Gefüge ist entstanden.
Gefügearten
Eisenwerkstoffe enthalten einen bestimmen Anteil an Kohlenstoff. Eisen mit 0,1% bis rund 2% Kohlenstoffanteil bezeichnet man als Stahl, Eisen mit einem Kohlenstoffanteil von über 2% bis 3,7% als Gusseisen. Der Kohlenstoffgehalt kann störend sein, weil das Eisen dadurch spröde wird. Durch den Kohlenstoff im Eisen lassen sich andererseits viele Eigenschaften des Eisens z.B. durch Wärmebehandlung verbessern. Eisen ohne Kohlenstoff bildet ein Gefüge, das aus vieleckigen Körnern besteht. Es wird Ferrit oder Eisen genannt. Es lässt sich leicht magnetisieren, umformen und ist weich.
Im Gefüge von Eisenwerkstoff mit 0,5% Kohlenstoffgehalt sind Ferritkörner und Perlitkörner enthalten. Dies bezeichnet man als Ferrit-Perlit-Gefüge. Perlit ist ein Gemisch aus 88% aus Eisen und 12% Eisencarbid, einer chemischen Verbindung von Eisen und Kohlenstoff (Fe3C). Das Eisencarbid wird auch als Zementit bezeichnet. Zementit ist hart und spröde.
In Eisenwerkstoffen mit 0,8% Kohlenstoffgehalt sind alle Ferritkörner mit Streifenzementit (Fe3C) durchzogen. Wegen des perlmuttartigen Aussehens nennt man dies Perlit-Gefüge.
In Eisenwerkstoffen mit mehr als 0,8% Kohlenstoffgehalt lagert sich zusätzlich zum Streifenzementit in den Perlitkörnern noch Zementit (Fe3C) an den Korngrenzen ab. Das ist ein Perlit-Zementit-Gefüge.
Eisen mit mehr als 2% Kohlenstoffgehalt nennt man Gusseisen. Ein Teil des Kohlenstoffes kommt hier in chemisch gebundener Form als Streifenzementit (Fe3C) vor. Der über 0,8% hinausgehende Kohlenstoffanteil wird in Form von Graphitlammellen, d.h. als reiner Kohlenstoff, an den Korngrenzen einglagert.
