Perlit (Stahl)

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Perlit ist ein lamellares eutektoides Gefüge (eutektoider Punkt bei 0,8% Kohlenstoff) aus Ferrit und Zementit in Stahl.

Perlit ist keine Phase, sondern ein Phasengemisch. Er entsteht isotherm bei 723 °C (im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm Linie PSK) und einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,02% und 6,67%. Bis 2,06%C liegt der Perlit als Gefügebestandteil vor, oberhalb von 2,06%C ist der Perlit Bestandteil des Ledeburits II (eutektisches Gefüge). Er hat eine mittlere Härte und Festigkeit.

Häufig spricht man von einer Perlitstufe, die gemessen am Lamellenabstand, in Perlit, (veraltert Sorbit) feinstreifiger und (veraltert Troostit) feinststreifiger Perlit unterteilt wird.

Durch das Ätzen bei der Erstellung eines Schliffbildes wird Ferrit stärker angegriffen als Zementit, weshalb die Zementitlamellen etwas aus der Oberfläche hervortreten und bei Vergrößerung als Schattenlinien auftreten. Weiterhin wird weißes Licht an den hervorstehenden Lamellen gebeugt und, leicht geschwächt, in perlmutfarbiger Färbung reflektiert. Diesem Effekt verdankt das Gefüge den Namen Perlit.

[Bearbeiten] Perlitbildung

Bei der Bildung des Eutektoids Perlit verarmt das Gefüge lokal an Kohlenstoff, während sich die Nachbargebiete durch Diffusion immer weiter an Kohlenstoff anreichern. Bedingt durch die Abwechslung von kohlenstoffarmen und -reichen Gebieten, entsteht dabei die typische Lamellenstruktur. Stellt sich nun ein Kohlenstoffgehalt von 0,02% in der kohlenstoffarmen Lamelle ein, klappt das Gefüge der Lamelle in Ferrit (α-Fe) um. Der Kohlenstoffgehalt in der kohlenstoffreichen Lamelle dagegen steigt bis 6,67%, es bildet sich also Zementit (Fe₃C), den man, da er aus dem Austenit (γ-Fe) entsteht, auch Sekundärzementit (Fe₃C^II) nennt.
Kühlt das Gefüge weiter ab, so fällt aus dem α-Fe, bedingt durch die sinkende Fähigkeit Kohlenstoff zu binden (0,00001% Kohlenstoff bei Raumtemperatur), weiter Zementit aus, den man jetzt, da er aus α-Fe ausfällt, Tertiärzementit (Fe₃C^III) nennt.

Bei einer untereutektoiden Perlitbildung, also bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 Ma.% < C < 0,8 Ma.% , entsteht im Gefüge bei Temperaturen oberhalb von 723°C bereits α-Eisen aus dem γ+α-Gebiet, weshalb bei Temperaturen unterhalb von 723°C neben dem im Perlit enthaltenen α-Eisen auch noch α-Eisen aus dem γ+α-Gebiet vorliegt.

Bei einer übereutektoiden Perlitbildung, also bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 Ma.% < C < 6,67 Ma.%, entsteht bereits vor der Perlitumwandlung Zementit. Im Gegensatz zu dem bei der Perlitbildung entstehenden Zementit, liegt dieser Zementit nicht in Lamellenform vor, sondern bildet sich vornehmlich an den Korngrenzen und ist somit gefügemäßig zu unterscheiden.

Ist die Starttemperatur klein, so daß es zu keiner Diffusion von Kohlenstoff kommen kann, kann auch kein Perlit entstehen. Stattdessen bildet sich bei der Abkühlung das Zwischenstufengefüge Bainit.

[Bearbeiten] Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit

Idealerweise gehorcht das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm den Gleichgewichtslinien. Kühlt man nun aber mit höherer Geschwindigkeit ab, so gelten diese Gleichgewichtslinien nicht mehr und der Perlitpunkt (0,8% Kohlenstoff , 723°C) weitet sich zu einem Perlitgebiet bei tieferen Temperaturen aus. Dadurch ist es möglich auch unter- und übereutektoiden Stahl rein perlitisch umzuwandeln. Die erhöhte Geschwindigkeit führt außerdem zu feinlammelarem Perlit, also zu Sorbit bzw. Troostit.

Steigt die Abkühlgeschwindigkeit auf einen Wert, größer als die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff, so kann es zu keiner Perlitbildung kommen und es bildet sich Martensit.