--- title: "Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung" description: "Entdecken Sie, wie Wärmebehandlung durch Legieren, Abkühlen und Phasenumwandlungen entscheidende Stahlmikrostrukturen erzeugt." canonical: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung language: de robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/steel-families/steel-microstructures-after-heat-treatment.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/skupiny-ocelí/mikrostruktury-oceli-po-tepelném-zpracování.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/familias-de-aceros/microestructuras-del-acero-después-del-tratamiento-térmico.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/familles-d-aciers/microstructures-de-l-acier-après-traitement-thermique.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/acélcsaládok/az-acél-mikroszerkezete-hőkezelés-után.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/famiglie-di-acciai/microstrutture-dell-acciaio-dopo-il-trattamento-termico.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/staalgroepen/microstructuren-van-staal-na-warmtebehandeling.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/grupy-stali/mikrostruktury-stali-po-obróbce-cieplnej.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/famílias-de-aço/microestruturas-do-aço-após-tratamento-térmico.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/группы-сталей/микроструктуры-стали-после-термической-обработки.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/çelik-grupları/isıl-işlem-sonrası-çelik-mikroyapıları.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/钢材分类/热处理后的钢材显微组织.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼種の分類/熱処理後の鋼のミクロ組織.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/مجموعات-الفولاذ/البُنى-المجهرية-للفولاذ-بعد-المعالجة-الحرارية.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강종-계열/열처리-후-강의-미세조직.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/famílias-de-aços/microestruturas-do-aço-após-o-tratamento-térmico.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/स्टील-समूह/ऊष्मा-उपचार-के-पश्चात-इस्पात-की-सूक्ष्मसंरचनाएँ.md content_hash: sha256:68f2f1d30e8d77eb54efbc1dd97a1697449be0847e647ce8ab20dfe33693fa30 generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung > Canonical URL: https://steelequivalents.com/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. 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NPTEL beschreibt diesen Zusammenhang zwischen Prozess und Eigenschaften in seiner Darstellung der Wärmebehandlung von Stahl aus dem Jahr 2024 unmittelbar. Erwärmen, Halten und Abkühlen verändern, welche Phasen entstehen, wie viel Kohlenstoff diffundieren kann und an welchen Stellen sich Legierungselemente anreichern. Das Endgefüge dokumentiert daher eine thermische Vorgeschichte: den Zustand des Stahls vor dem Erwärmen, die Austenitisierungsbehandlung, die für die Diffusion verfügbare Zeit, den Abkühlungsverlauf sowie jedes anschließende Anlassen oder Glühen. Austenit ist der zentrale Ausgangszustand in dieser Aufzeichnung. Während des Erwärmens können sich Ferrit und Zementit in Austenit umwandeln, eine Eisenphase, die wesentlich mehr Kohlenstoff lösen kann als Ferrit. Das bedeutet jedoch nicht, dass jedes Atom sofort gleichmäßig verteilt ist. Kohlenstoff muss diffundieren, Zementit muss in dem erforderlichen Umfang aufgelöst werden, und Legierungselemente können diese Prozesse verlangsamen oder umlenken. Der entstandene Austenit kann sich anschließend über mehr als einen Weg zersetzen. Mögliche Produkte, die auftreten, wenn sich der Abkühlverlauf von diffusionsunterstützter zu schneller Umwandlung verändert. Die Abkühlungsgeschichte bestimmt, welcher Weg überwiegt. Bei untereutektoidem Stahl entstehen beim kontinuierlichen Abkühlen nach Angaben der Phase Transformations Group der University of Cambridge aus dem Jahr 2011 üblicherweise allotriomorpher Ferrit und Perlit. Bei einem veränderten Abkühlungsverlauf oder einer höheren Härtbarkeit kann sich das Gefüge in Richtung feinerer Perlitstrukturen, Bainit, Martensit und Restaustenit entwickeln. Dies sind nicht einfach Positionen auf einer Skala der Abkühlungsgeschwindigkeit. Zusammensetzung, vorherige Austenitkorngröße, Kohlenstoffaktivität, Querschnittsgröße und die Einflüsse der Legierungselemente wirken sich sämtlich auf die Umwandlungen aus. Eine langsame Umwandlung gibt dem Kohlenstoff Zeit, sich zwischen eisenreichem Ferrit und Eisencarbid zu verteilen. Ein schneller Verlauf kann einen großen Teil dieser Diffusion unterdrücken und eine displacive Umwandlung zu Martensit erzwingen. Mittlere Abkühlungsverläufe können Bainit hervorbringen, dessen Bildung eine ferritische Umwandlung mit einer Umverteilung des Kohlenstoffs und der Carbidbildung verbindet. Abschrecken ist daher keine vollständige Erklärung für einen harten Stahl. Es ist ein Teil einer Abfolge, die bestimmt, ob sich Austenit in Martensit, Bainit, Perlit, Ferrit oder ein Gemisch mit Restaustenit umwandelt. ### Phasen, Gefügebestandteile, Morphologie und Verteilung #### Begriffe zu Phasen und Gefügebestandteilen Phase Ein Bereich mit definierter Kristallstruktur und chemischem Zustand. Gefügebestandteil Eine erkennbare strukturelle Kombination, die mehr als eine Phase enthalten kann. Perlit Ein aus Ferrit und Zementit bestehender Gefügebestandteil, der üblicherweise aus abwechselnden Lamellen angeordnet ist. Bainit Ein nichtlamellarer Ferrit–Fe3C-Gefügebestandteil. Martensit Eine übersättigte umgewandelte Eisenphase, deren Kohlenstoffgehalt und Morphologie den Ausgangsaustenit widerspiegeln. Restaustenit Austenit, der nach der Abkühlung verbleibt, anstatt sich umzuwandeln. Eine Phase ist ein Bereich mit einer definierten Kristallstruktur und einem definierten chemischen Zustand, während ein Gefügebestandteil eine erkennbare strukturelle Kombination ist, die mehr als eine Phase enthalten kann. Ferrit und Zementit sind Phasen. Perlit ist ein Gefügebestandteil aus Ferrit und Zementit, die üblicherweise in abwechselnden Lamellen angeordnet sind. Auch Bainit ist ein Gefügebestandteil: ScienceDirect beschreibt ihn als nichtlamellares Ferrit–Fe3C-Gefüge. Martensit ist eine übersättigte, umgewandelte Eisenphase, deren Kohlenstoffgehalt und Morphologie den Austenit widerspiegeln, aus dem sie entstanden ist. Restaustenit ist Austenit, der nach dem Abkühlen bestehen bleibt, anstatt sich umzuwandeln. Die Bezeichnungen allein beschreiben nicht die sichtbare Anordnung. Ferrit kann als allotriomorphe Körner entlang ehemaliger Austenitkorngrenzen oder als Widmanstätten-Platten auftreten, die sich in den Austenit hinein erstrecken. Perlit kann grob sein und weit auseinanderliegende Zementitlamellen aufweisen, oder fein mit deutlich geringeren Abständen. ScienceDirect weist darauf hin, dass grober Perlit, der bei höheren Umwandlungstemperaturen entsteht, vergleichsweise weich ist, während feiner Perlit eine höhere Festigkeit besitzt. Der Unterschied ist sowohl morphologischer als auch kompositorischer Natur. Die Morphologie unterscheidet die Bainitarten und grenzt Bainit von Perlit ab. | Gefüge | Ferrit-Karbid-Anordnung | Relative Eigenschaftsangabe | |---|---|---| | Oberer Bainit | Karbid überwiegend zwischen Ferritelementen | Im Allgemeinen weicher als unterer Bainit | | Unterer Bainit | Feinere Karbidverteilung innerhalb des Ferrits oder eng mit ihm verbunden | Härter als oberer Bainit | | Perlit | Abwechselnde Ferrit- und Zementitlamellen | Feinperlit ist fester als grober Perlit | Auch Bainit kann in mehr als einer Erscheinungsform vorliegen. Oberer Bainit enthält Ferrit und Carbid in einer Anordnung, die mit einer Umwandlung im oberen Bereich des Bainitbereichs verbunden ist; unterer Bainit entsteht mit einer feineren Carbidverteilung innerhalb des Ferrits oder in enger Verbindung mit ihm. ScienceDirect gibt an, dass unterer Bainit härter ist als oberer Bainit. Dieser Unterschied lässt sich allein aus dem Wort „Bainit“ nicht ablesen. Eine Wärmebehandlung kann auch die Morphologie verändern, ohne jede Phase zu ersetzen. Beim Kugelglühen werden nach Angaben der Phase Transformations Group der University of Cambridge aus dem Jahr 2008 die perlitischen Zementitlamellen zu Partikeln. Der Stahl enthält weiterhin Ferrit und Zementit, doch die Anordnung der Partikel verändert den Verformungswiderstand, das Zerspanungsverhalten und den für spätere Umwandlungen verfügbaren Weg. Die Verteilung ist entscheidend: Ein Carbid an einer Korngrenze hat nicht dieselbe strukturelle Wirkung wie ein fein im Ferrit dispergiertes Carbid. Die Literaturangaben von ASM International aus dem Jahr 2024 benennen Austenit, Ferrit, Kohlenstoffdiffusion, Bainit, Zementit, Martensit, Perlit und Phasenumwandlungen als die grundlegenden Themen, die für die Interpretation dieser Gefüge erforderlich sind. Die Beschreibung aus dem Jahr 2024 definiert Gefüge wärmebehandelter Stähle als Verbindungen aus Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen, die Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit bilden. Die zweckmäßige Beschreibung lautet daher: „Welche Phasen und Gefügebestandteile sind vorhanden, in welchen Anteilen sowie mit welcher Morphologie und Verteilung?“ ### Warum die Härte allein eine unvollständige Beschreibung ist Ähnliche Härtewerte können bei Stählen mit unterschiedlichen Phasenkombinationen und Morphologien auftreten, daher können die Umwandlungsprodukte nicht allein anhand der Härte identifiziert werden. Limited evidence Die Härte reduziert ein komplexes Gefüge auf eine einzige gemessene Reaktion. Sie kann den Eindringwiderstand angeben, identifiziert jedoch nicht die Umwandlungsprodukte, die diese Reaktion hervorgebracht haben. Zwei Stähle können eine ähnliche Härte aufweisen und dennoch unterschiedliche Kombinationen aus feinem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit enthalten. Ihre Zähigkeit, Duktilität, Maßbeständigkeit, Ermüdungsreaktion und ihr Verhalten beim Anlassen können sich trotzdem unterscheiden. Martensit erhöht häufig die Härte, weil Kohlenstoff in einer verspannten Kristallstruktur eingeschlossen ist. Das Ergebnis hängt jedoch vom Kohlenstoffgehalt, von den Legierungselementen, vom Umfang der Umwandlung und vom anschließenden Anlassen ab. Unangelassener Martensit besitzt nicht dasselbe Gefüge wie angelassener Martensit. Ein abgeschreckter Stahl kann ebenfalls Bainit oder Restaustenit enthalten, wenn der Umwandlungsverlauf nicht gleichmäßig war oder wenn die Zusammensetzung die Umwandlung verzögert hat. Die gleiche Vorsicht gilt für weichere Gefüge. Grober Perlit und kugeliger Zementit können unter bestimmten Bedingungen eine vergleichbare Härte ergeben und dennoch unterschiedliche Carbidformen sowie unterschiedliche Verformungsmechanismen aufweisen. Die Härte kann nicht erkennen lassen, ob der Zementit lamellar, partikelförmig, an Korngrenzen gebunden oder fein dispergiert ist. Zur Rekonstruktion dieser Aufzeichnung sind Mikroskopie, Beugungsverfahren, chemische Analysen und Kenntnisse über den Wärmebehandlungsablauf erforderlich. #### Fragen zur mikrostrukturellen Diagnose 1. **1. Ausgangszustand** Welcher Austenit lag vor der Abkühlung vor, und waren noch Karbide oder Entmischungen vorhanden? 2. **2. Diffusion** Wie viel Zeit hatten Kohlenstoff und Legierungselemente, sich zu bewegen? 3. **3. Umwandlungsweg** Bildeten sich Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit oder Restaustenit? 4. **4. Morphologie** Wie sind die Phasenanteile, Formen, Abstände und Verteilungen? 5. **5. Überprüfung** Stützen Mikroskopie, Beugung, chemische Analyse und der Behandlungsplan die Interpretation? Die richtige Frage nach einer Wärmebehandlung lautet daher nicht einfach: „Wie hart ist der Stahl?“ Sie lautet: Welcher Austenit war vorhanden, wie bewegten sich Kohlenstoff und Legierungselemente, welche Umwandlungen fanden statt und welche Anordnung ist zurückgeblieben? Die Härte ist ein Beleg. Das Gefüge ist die Erklärung. ## Austenit, Ferrit und Zementit: Die grundlegenden Gefügebestandteile \[1\] \[1\] [**Introduction to Steel Heat Treatment**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278662/Introduction-to-Steel-Heat-Treatment-1). ASM International. ASM Handbook, 2024. Stahlgefüge werden als Anordnungen von Phasen und Gefügebestandteilen betrachtet, nicht als Punkte auf einer einfachen Skala von hart bis weich. ASM International stellt fest, dass die Gefüge wärmebehandelter Stähle aus Phasen bestehen, die durch Verbindungen von Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen entstehen, darunter Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit (ASM International, 2024). Auch die Darstellung der Wärmebehandlung von Stahl durch ASM International ordnet Austenit, Ferrit, Kohlenstoffdiffusion, Zementit, Perlit, Bainit, Martensit und Phasenumwandlungen in denselben grundlegenden Zusammenhang ein. Diese Reihenfolge ist von Bedeutung: Das nach der Behandlung vorhandene Gefüge hängt davon ab, was sich aus Austenit gebildet hat, wie sich der Kohlenstoff bewegt hat und welche Umwandlungen ablaufen konnten. ![Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung](/images/uploads/fde32a3f-63eb-45ed-8a7a-20f9309db595/wiki-inline-austenite-dissolving-ferrite-and-cementite-during-heating-before-transformation-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/fde32a3f-63eb-45ed-8a7a-20f9309db595/wiki-inline-austenite-dissolving-ferrite-and-cementite-during-heating-before-transformation-2027x2560.avif "Bild vergrößern — Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung")Austenite is the parent state from which several later structures develop. ### Austenit als Hochtemperatur-Ausgangsphase Austenit ist die kubisch-flächenzentrierte Form des Eisens, die wesentlich mehr Kohlenstoff lösen kann als Ferrit. In der üblichen Betrachtung von Wärmebehandlungen ist Austenit die Ausgangsphase, aus der sich mehrere nachfolgende Gefüge entwickeln. Das Erwärmen eines geeigneten Stahls in seinen Austenitbereich erzeugt Martensit, Perlit oder Bainit nicht unmittelbar. Es schafft eine chemisch und strukturell veränderte Ausgangsbedingung. Während dieser Phase können sich Kohlenstoff und Legierungselemente umverteilen, während vorhandener Ferrit und Zementit in einem durch Zusammensetzung, Zeit, Temperatur und Ausgangszustand bestimmten Umfang aufgelöst werden. #### Hinweis zur Interpretation Austenit ist die Ausgangsphase für mehrere Umwandlungsprodukte, doch eine allgemeine Beschreibung von Austenit legt keine genauen Behandlungstemperaturen für eine bestimmte Stahlsorte fest. Zusammensetzung, Ausgangszustand, Zeit, Temperatur und einschlägige Umwandlungsdaten müssen angegeben werden. Der Ausdruck „Ausgangsphase“ beschreibt eine Umwandlungsbeziehung und garantiert nicht, dass jeder Bereich eines Bauteils denselben Austenitgrad erreicht. Nicht aufgelöste Karbide, chemische Entmischung, Korngröße und die Erwärmungspraxis können örtliche Unterschiede hinterlassen. Das einschlägige Phasendiagramm und die Umwandlungstemperaturen müssen daher für eine bestimmte Zusammensetzung angegeben werden, bevor exakte Behandlungsbedingungen festgelegt werden. Eine allgemeine Beschreibung von Austenit darf nicht mit einer Temperaturangabe für eine bestimmte Stahlsorte verwechselt werden. Beim Abkühlen kann Austenit unterschiedliche Wege nehmen. Wenn Kohlenstoff über einen ausreichenden Zeitraum diffundiert und sich Atome umordnen, können Ferrit und Zementit entstehen, wobei sich häufig Perlit als geordnetes Gemisch aus beiden bildet. Unter anderen thermischen Bedingungen kann sich Bainit entwickeln. Werden diffusionsabhängige Reaktionen umgangen, kann sich das Austenitgitter durch einen verdrängenden Umwandlungsmechanismus in Martensit umwandeln, während ein Teil des Austenits als Restaustenit erhalten bleiben kann. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge unterscheidet allotriomorphen Ferrit, Widmanstätten-Ferrit, Perlit, oberen Bainit, unteren Bainit, Martensit und Zementit als eigenständige Gefügebeschreibungen. Der Ausgangsaustenit legt somit den Ausgangsbereich fest, aber die Abkühlungsgeschichte bestimmt, welche Produkte erscheinen und in welcher Morphologie. ### Ferrit und die Rolle der Kohlenstofflöslichkeit Ferrit ist eine eisenreiche Phase mit einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur. Sein wichtigstes Merkmal für Stahlumwandlungen ist seine geringe Gleichgewichtslöslichkeit für Kohlenstoff im Vergleich zu Austenit. Wenn sich Ferrit aus Austenit bildet, kann der Kohlenstoff nicht in derselben Konzentration gleichmäßig gelöst bleiben. Er muss vom fortschreitenden Ferrit wegdiffundieren oder sich in nahe gelegenen Bereichen sammeln, die mehr Kohlenstoff aufnehmen können und häufig zur Bildung von Zementit beitragen. Kohlenstoffdiffusion **Kohlenstoffdiffusion** Bewegung von Kohlenstoffatomen durch Zwischengitterplätze im Eisengitter, wodurch Zusammensetzungsänderungen und diffusionsgesteuerte Umwandlungen wie die Bildung von Ferrit, Zementit und Perlit ermöglicht werden. Die Kohlenstoffdiffusion ist der Mechanismus, der diese diffusionsgesteuerten Umwandlungen ermöglicht. Kohlenstoffatome bewegen sich durch Zwischengitterplätze im Eisengitter, während die eisenreiche Matrix ihre Kristallstruktur und Zusammensetzung verändert. Diese Bewegung hängt von Temperatur und Zeit ab, wobei die genauen Geschwindigkeiten und Umwandlungstemperaturen je nach Zusammensetzung variieren und dem zutreffenden Phasendiagramm oder den kinetischen Daten entnommen werden müssen. Legierungselemente können die Diffusion, die Bewegung von Grenzflächen, die Stabilität von Karbiden und die Härtbarkeit verändern. Folglich können zwei Stähle, die einem scheinbar ähnlichen Abkühlungsverlauf unterzogen werden, unterschiedliche Anteile oder Morphologien von Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit bilden. Die Ferritmorphologie liefert Informationen über seine Entstehung. Allotriomorpher Ferrit entwickelt sich häufig entlang früherer Austenitkorngrenzen, während Widmanstätten-Ferrit in Form von Platten oder Latten in die Austenitkörner hineinwächst. Für untereutektoiden Stahl beschreibt Cambridge das herkömmliche Ergebnis bei kontinuierlicher Abkühlung als allotriomorphen Ferrit plus Perlit. Mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkeit oder steigender Härtbarkeit kann sich die Umwandlungssequenz in Richtung feinerem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit verschieben. Dabei handelt es sich nicht einfach um zunehmend härtere Formen von Ferrit. Sie stellen unterschiedliche Kohlenstoffverteilungen, Grenzflächen, Kristallanordnungen und Umwandlungsmechanismen dar. Eine ferritische Matrix kann außerdem Teilchen, Bänder oder Bereiche enthalten, die durch die vorausgegangene thermische und chemische Vorgeschichte entstanden sind. Die Auswertung eines Gefügebildes erfordert daher mehr, als lediglich den hell erscheinenden Ferrit zu identifizieren. Der Analytiker muss fragen, wo er entstanden ist, was mit dem ausgeschiedenen Kohlenstoff geschehen ist und ob der umgebende Gefügebestandteil Perlit, Bainit oder ein karbidhaltiger Bereich ist. ### Zementit und Fe₃C in umgewandelten Gefügen Zementit ist das Eisenkarbid Fe₃C: drei Eisenatome, die stöchiometrisch mit einem Kohlenstoffatom in einer eigenständigen Verbindungsstruktur verbunden sind. Er ist nicht lediglich in Ferrit gelöster Kohlenstoff. Zementit entsteht, wenn der Kohlenstoff des Stahls nicht in der kohlenstoffarmen ferritischen Matrix verbleiben kann und die örtlichen chemischen und thermischen Bedingungen die Ausscheidung oder das Wachstum von Karbiden ermöglichen. \[2\] \[2\] [**Steel Heat Treatment**](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steel-heat-treatment). ScienceDirect. ScienceDirect Topics, 2024. Perlit wird üblicherweise als kooperativ gebildeter, schichtförmiger Gefügebestandteil aus Ferrit und Zementit beschrieben. Die abwechselnden Lamellen erzeugen eine große Grenzfläche zwischen den beiden Phasen. Die Umwandlungstemperatur beeinflusst den Abstand: ScienceDirect bezeichnet groben Perlit, der bei höheren Umwandlungstemperaturen entsteht, als vergleichsweise weich, während feinerer Perlit fester ist. Die Unterscheidung ergibt sich aus Morphologie und Größenordnung, nicht allein aus dem Vorhandensein von Zementit. Zementit kommt auch in Gefügen vor, die kein Perlit sind. ScienceDirect beschreibt Bainit als nichtlamellare Ferrit–Fe₃C-Struktur und stellt fest, dass unterer Bainit härter ist als oberer Bainit. Im oberen Bainit unterscheiden sich die Anordnungen der Karbide von denen im unteren Bainit, bei dem die Ausscheidung innerhalb der ferritischen Platten oder in enger Verbindung mit ihnen erfolgt. Das genaue Erscheinungsbild hängt von der Zusammensetzung und den Umwandlungsbedingungen ab. Durch Wärmebehandlung kann sich die Form des Zementits verändern, ohne dass sich seine chemische Identität ändert. Cambridge hält fest, dass die Sphäroidisierung die Zementitlamellen des Perlits in Teilchen umwandelt (University of Cambridge Phase Transformations Group, 2008). Dadurch wird die kontinuierliche Schichtgeometrie des Perlits verringert und die Art verändert, wie die ferritische Matrix durch Karbid aufgeteilt wird. Glühen, Anlassen und andere Behandlungen können daher Eigenschaften verändern, indem sie Teilchengröße, Abstand und Verteilung modifizieren. NPTEL stellt fest, dass Wärmebehandlungen die mechanischen Eigenschaften in erster Linie durch eine Veränderung des Gefüges ändern (NPTEL, 2024). Menge, Kontinuität und Morphologie des Zementits sind Teil dieser Erklärung; Abschrecken allein ist es nicht. ## Perlit: Lamellare Struktur und Abkühlungsabhängige Maßstäbe Verwandte Stahlgefügebestandteile können dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen und sich dennoch in Morphologie und mechanischem Verhalten unterscheiden. | Mikrostruktur | Gefügebestandteile oder Phasen | Morphologie | Im Artikel angegebene relative Reaktion | |---|---|---|---| | Grobperlit | Ferrit und Zementit | Weit auseinanderliegende Lamellen | Relativ weich | | Feinperlit | Ferrit und Zementit | Eng beieinanderliegende Lamellen | Fester | | Kugeliger Zementit | Ferrit und Zementit | Abgerundete Zementitpartikel in Ferrit | Im Allgemeinen leichter verformbar als lamellarer Perlit | | Bainit | Ferrit und Fe3C | Nichtlamellare Ferrit-Karbid-Struktur | Unterer Bainit ist härter als oberer Bainit | Perlit ist keine einzelne Phase. Es handelt sich um eine Zweiphasenvereinigung aus Ferrit und Zementit, meist als Ferrit–Fe₃C bezeichnet, die entsteht, wenn Austenit durch eine diffusionsgesteuerte Umwandlung zerfällt. Ferrit ist die vergleichsweise kohlenstoffarme, kubisch raumzentrierte Eisenphase; Zementit ist die Eisenkarbidphase, die den aus dem wachsenden Ferrit ausgeschiedenen Kohlenstoff aufnimmt. Das Ergebnis ist eine zusammengesetzte Mikrostruktur und keine einheitliche Mischkristalllösung. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil ein abgeschreckter Stahl nicht allein deshalb hart ist, weil er eine schnelle Abkühlung erfahren hat. Härte und Festigkeit hängen davon ab, welche Umwandlungen stattgefunden haben, wie viel Kohlenstoff diffundieren konnte, welche Legierungselemente vorhanden sind und welche Morphologie die Umwandlungsprodukte aufweisen. ASM International erklärt, dass die Mikrostrukturen wärmebehandelter Stähle aus Phasen bestehen, die durch Verbindungen von Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen gebildet werden, darunter Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit (2024). Perlit gehört daher in eine Abfolge von Umwandlungsprodukten, zu der auch Bainit, Martensit und Restaustenit zählen – und nicht in ein einfaches Diagramm von weich nach hart, das allein durch die Abschreckintensität bestimmt wird. ### Bildung von Ferrit- und Zementitlamellen Wenn Austenit in Perlit umwandelt, ermöglicht die Kohlenstoffdiffusion die gemeinsame Bildung von Ferrit und Zementit. Ferrit enthält im Vergleich zu Austenit nur wenig Kohlenstoff, sodass sich der Kohlenstoff vom vorrückenden Ferrit wegbewegen und im benachbarten Zementit sammeln muss. Die beiden Bestandteile wachsen kooperativ: Ferritplatten oder -schichten wachsen neben Zementitplatten oder -schichten vor und erzeugen eine regelmäßig wiederkehrende lamellare Anordnung. Eine Perlitkolonie enthält gewöhnlich Lamellen mit einer gemeinsamen Orientierung, während unterschiedlich orientierte Kolonien nebeneinander vorliegen können. Unter dem Mikroskop kann der scheinbare Abstand abhängig von der Schnitt­richtung variieren, sodass der gemessene Abstand nicht immer dem tatsächlichen dreidimensionalen Abstand entspricht. Dennoch liefert die Größenordnung der Lamellen nützliche Hinweise auf die Umwandlungsgeschichte. Eng beabstandete Lamellen bieten pro Entfernungseinheit mehr Ferrit-Zementit-Grenzfläche für die Umverteilung von Kohlenstoff; weit beabstandete Lamellen weisen auf ein Wachstum unter Bedingungen hin, die eine größere Diffusionslänge ermöglichten. Kontinuierliche Abkühlung erzeugt bei untereutektoidem Stahl üblicherweise allotrimorphen Ferrit und Perlit. Strong evidence Bei untereutektoidem Stahl bildet sich Perlit normalerweise nicht allein. Beim kontinuierlichen Abkühlen kann sich zunächst allotriomorpher Ferrit entlang der früheren Austenitkorngrenzen bilden, gefolgt von Perlit im verbleibenden Austenit. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge beschreibt „allotriomorphen Ferrit plus Perlit“ als das häufige Produkt des kontinuierlichen Abkühlens bei untereutektoidem Stahl (2011). Mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit oder zunehmender Härtbarkeit infolge der Zusammensetzung kann sich die Umwandlungsfolge in Richtung feinerem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit verschieben. Die endgültige Struktur kann daher neben voreutektoidem Ferrit Perlit enthalten, anstatt vollständig perlitisch zu sein. Die Umwandlungstemperatur bestimmt die Größenordnung, weil sie das Gleichgewicht zwischen Keimbildung, Wachstum und Kohlenstoffdiffusion steuert. Bei einer vergleichsweise hohen Umwandlungstemperatur ist die Diffusion relativ leicht. Es können weniger Perlitkolonien keimbilden, doch jede Kolonie kann mit größerem Lamellenabstand wachsen. Bei einer niedrigeren Umwandlungstemperatur ist die Diffusion stärker eingeschränkt und der Antrieb für die Umwandlung größer; es können sich viele Kolonien bilden, deren Ferrit- und Zementitschichten enger beieinanderliegen. Die Abkühlgeschwindigkeit ist eine praktische Möglichkeit, die Umwandlungstemperatur zu verändern, stellt jedoch keine vollständige Beschreibung dar. Legierungselemente können die Umwandlung verzögern, die Kohlenstoffaktivität verändern und die Temperaturen sowie Zeitbereiche beeinflussen, in denen sich Perlit bildet. ### Grober Perlit und feiner Perlit Grober Perlit weist einen relativ großen Ferrit-Zementit-Abstand auf. Er bildet sich, wenn Austenit bei höheren Temperaturen umwandelt, bei denen Kohlenstoff während des Wachstums über größere Entfernungen diffundieren kann. Die Struktur ist im Vergleich zu feinerem Perlit relativ weich, wie in der Referenz zu Stahlwärmebehandlungen von ScienceDirect beschrieben (2024). Dieser Vergleich ist relativ und stellt keinen universellen Härtewert dar: Zusammensetzung, Koloniegröße, frühere Austenitkornstruktur, Bauteilquerschnitt und nachfolgende Behandlung beeinflussen das gemessene Ergebnis. Feiner Perlit weist einen geringeren Lamellenabstand auf. Er bildet sich im Allgemeinen bei einer niedrigeren Umwandlungstemperatur, bei der die Kohlenstoffdiffusion weniger weit reicht und die Umwandlung eine feinere Anordnung von Ferrit und Zementit hervorbringt. ScienceDirect bezeichnet feinen Perlit als fester beziehungsweise festigkeitsreicher als groben Perlit. Der Grund liegt in der Morphologie. Eng beabstandete Zementitlamellen unterbrechen den Ferrit über kürzere Abstände und bieten der Versetzungsbewegung mehr Grenzflächen. Die Struktur kann daher der plastischen Verformung wirksamer widerstehen, obwohl das Verhalten weiterhin vom Kohlenstoffgehalt und den Legierungszusätzen abhängt. „Fein“ und „grob“ beschreiben die Größenordnung und keine unterschiedlichen chemischen Phasen. Beide Strukturen enthalten Ferrit und Zementit, und beide können in einem tatsächlich wärmebehandelten Bauteil mit anderen Umwandlungsprodukten koexistieren. Eine Abkühlungskurve, die mehr als einen Umwandlungsbereich durchläuft, kann in einem Bereich Ferrit und Perlit, in einem anderen Bainit oder dort Martensit erzeugen, wo Austenit bis in den Martensitstartbereich bestehen bleibt. NPTEL erklärt, dass Wärmebehandlungen die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch Veränderungen der Mikrostruktur ändern (2024). Perlit veranschaulicht dieses Prinzip deutlich: Eine Veränderung des Umwandlungswegs kann den Lamellenabstand und die Morphologie verändern, ohne die grundlegende Identität als Ferrit-plus-Zementit zu ändern. ![Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung](/images/uploads/da5dab7c-6226-4bf1-a65e-2c6b2b19444e/wiki-inline-a-side-by-side-metallographic-comparison-of-upper-bainite-and-lower-bainite-with-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/da5dab7c-6226-4bf1-a65e-2c6b2b19444e/wiki-inline-a-side-by-side-metallographic-comparison-of-upper-bainite-and-lower-bainite-with-1920x1288.avif "Bild vergrößern — Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung")Upper and lower bainite differ mainly in the scale and position of their carbides. ### Sphäroidisierter Zementit nach längerer Behandlung \[3\] \[3\] [**Steel Microstructure**](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2008/Steel_Microstructure/SM.html). University of Cambridge Phase Transformations Group. Phase Transformations Group reference material, 2008. Perlit kann auch seine lamellare Form verlieren. Während eines längeren Erwärmens unterhalb des eutektoiden Umwandlungsbereichs oder während geeigneter Glühzyklen lösen sich die Zementitlamellen allmählich auf und werden zu abgerundeten Partikeln, die in einer ferritischen Matrix verteilt sind. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge erklärt ausdrücklich, dass „die Sphäroidisierung perlitische Zementitlamellen in Partikel umwandelt“ (2008). Diese Veränderung verringert die scharfen, zusammenhängenden Zementitgrenzflächen, die für Perlit charakteristisch sind. Bei fortgesetzter Behandlung neigen die Partikel zur Vergröberung, weil eine Verringerung der Grenzfläche die Grenzflächenenergie des Systems senkt. Partikelgröße und -abstand hängen vom Ausgangsperlit, von Temperatur und Zeit sowie von den Legierungselementen ab; eine längere Behandlung erzeugt daher nicht in jedem Stahl dieselbe festgelegte Morphologie. Sphäroidisierter Zementit ist weiterhin Zementit, und die umgebende Matrix ist weiterhin Ferrit, doch die Geometrie hat sich von abwechselnden Platten zu verteilten Partikeln verändert. Diese Geometrie erleichtert gewöhnlich die Verformung im Vergleich zu lamellarem Perlit, insbesondere beim Umformen oder bei der Bearbeitung. Aus dem Wort „sphäroidisiert“ lässt sich jedoch kein einzelner Härtewert ableiten. Die korrekte Interpretation erfordert die vollständige Mikrostruktur: die Zusammensetzung des Ferrits, den Volumenanteil des Zementits, die Partikelgröße, den Partikelabstand, den verbleibenden Perlit sowie etwaigen Martensit oder Restaustenit, der durch eine frühere Verarbeitung zurückgeblieben ist. ## Untereutektoider Stahl beim kontinuierlichen Abkühlen Untereutektoider Stahl enthält weniger Kohlenstoff als die eutektoide Zusammensetzung, weshalb sich Austenit nicht auf einmal in Perlit umwandelt. Beim Abkühlen ist das erste Produkt normalerweise Ferrit, gefolgt von der Umwandlung des verbleibenden Austenits in Perlit oder, bei höheren Abkühlgeschwindigkeiten, in andere Produkte. Das Endgefüge dokumentiert daher eine Abfolge: Kohlenstoff verlässt den wachsenden Ferrit, der verbleibende Austenit wird mit Kohlenstoff angereichert, und dieser veränderte Austenit wandelt sich später entsprechend der verfügbaren Temperatur und Zeit um. Diese Abfolge erklärt, weshalb die Härte nicht unmittelbar dem Vorgang des Abschreckens zugeordnet werden kann. NPTEL erklärt, dass Wärmebehandlungen die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch eine Veränderung des Mikrogefüges ändern, während ASM International Austenit, Ferrit, Kohlenstoffdiffusion, Zementit, Perlit, Bainit, Martensit und Phasenumwandlungen als grundlegende Themen nennt, die zur Interpretation wärmebehandelter Stähle erforderlich sind. Der Abkühlungsverlauf bestimmt, welcher dieser Gefügebestandteile entsteht, in welchem Anteil und mit welcher Morphologie. ### Allotriomorpher Ferrit vor dem Perlit Beim Abkühlen aus dem Austenitbereich beginnt untereutektoider Stahl gewöhnlich an den ehemaligen Austenitkorngrenzen allotriomorphen Ferrit zu bilden. „Allotriomorph“ beschreibt Ferrit, dessen äußere Form durch den umgebenden Austenit und nicht durch seine eigene kristallographische Form bestimmt wird. Er erscheint häufig als Filme, Schichten oder unregelmäßige Körner entlang der ehemaligen Austenitkorngrenzen. Ferrit enthält im Vergleich zu Austenit sehr wenig Kohlenstoff. Während er wächst, wird Kohlenstoff in den angrenzenden Austenit ausgeschieden. Diese Diffusion ist für die Umwandlung von zentraler Bedeutung: Die Ferritbildung reichert den nicht umgewandelten Austenit zunehmend mit Kohlenstoff an und verschiebt seine Zusammensetzung in Richtung der eutektoiden Zusammensetzung. Ferrit ist daher nicht einfach ein kohlenstoffarmer Bereich, der unabhängig vom übrigen Gefüge entsteht. Sein Wachstum verändert die chemische Zusammensetzung des verbleibenden Austenits. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge stellt dies als die eindeutigste konventionelle Abfolge für kontinuierlich abgekühlten untereutektoiden Stahl dar. Zuerst bildet sich allotriomorpher Ferrit, und der verbleibende Austenit wandelt sich anschließend in Perlit um. Der Ferrit kann ein nahezu kontinuierliches Korngrenzennetzwerk bilden, wenn die Umwandlung ausreichend langsam abläuft, wobei das genaue Erscheinungsbild von der Zusammensetzung, der vorherigen Austenitkorngröße und dem Abkühlungsverlauf abhängt. Auch die Unterscheidung zwischen allotriomorphem Ferrit und Widmanstätten-Ferrit ist von Bedeutung. Schnellere Umwandlungsbedingungen können Ferritplatten oder Seitenplatten erzeugen, die in den Austenit hineinwachsen, anstatt die durch Korngrenzen kontrollierte Morphologie zu bilden, die mit allotriomorphem Ferrit verbunden ist. Ein Mikrograph, der Ferrit zeigt, reicht daher nicht aus, um die Abkühlungsgeschichte zu bestimmen; auch seine Form und Position müssen untersucht werden. ### Ferrit-Perlit-Mikrogefüge Nachdem sich voreutektoider Ferrit gebildet hat, wandelt sich der verbleibende, mit Kohlenstoff angereicherte Austenit gewöhnlich in Perlit um. Perlit ist ein kooperatives Gemisch aus Ferrit und Zementit, Fe₃C, die in abwechselnden Bereichen oder Lamellen angeordnet sind. Das Ergebnis ist ein Ferrit-Perlit-Mikrogefüge: Der relativ kohlenstoffarme Ferrit nimmt den voreutektoiden Anteil ein, während der Perlit den Kohlenstoff enthält, der im Rest-Austenit konzentriert war. Dies ist kein einheitliches, unveränderliches Erscheinungsbild. Perlit, der sich bei einer relativ hohen Umwandlungstemperatur bildet, weist größere Ferrit-Zementit-Abstände auf und wird von ScienceDirect als grober Perlit bezeichnet; im Vergleich zu feinerem Perlit ist er relativ weich. Bei einer niedrigeren Umwandlungstemperatur sind die Diffusionswege kürzer und der Lamellenabstand wird kleiner. Feiner Perlit ist fester, weil seine eng beieinanderliegenden Zementitbarrieren die Versetzungsbewegung wirksamer behindern, obwohl seine Eigenschaften weiterhin von der vollständigen Zusammensetzung und Morphologie abhängen. Die Referenz der University of Cambridge bezeichnet allotriomorphen Ferrit plus Perlit als ein häufiges Ergebnis des kontinuierlichen Abkühlens von untereutektoidem Stahl. Diese Aussage beschreibt einen Umwandlungsweg und kein universelles Mikrogefüge für jede Güte oder jeden Abkühlungsvorgang. Kohlenstoffgehalt, Mangan und andere Legierungselemente, Austenitkorngröße, Bauteildicke sowie der tatsächliche Temperatur-Zeit-Verlauf beeinflussen allesamt den Beginn und das Ende jeder Umwandlung. Perlit muss außerdem von kugelig ausgeschiedenem Zementit unterschieden werden. Während der Sphäroidisierung werden die Zementitlamellen des Perlits nach Angaben der Phase Transformations Group der University of Cambridge zu Partikeln. Eine Ferritmatrix mit abgerundeten Zementitpartikeln ist daher nicht einfach eine grobe Variante des gewöhnlichen lamellaren Perlits; sie dokumentiert eine andere Behandlung und eine andere Zementitmorphologie. ### Der Einfluss schnellerer Abkühlung und der Härtbarkeit Mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit verbringt der Stahl weniger Zeit in dem Temperaturbereich, in dem Kohlenstoff diffundieren und Ferrit sowie Perlit wachsen können. Die Umwandlung kann weiterhin Ferrit und Perlit hervorbringen, doch der Perlit wird feiner und der Anteil an Korngrenzenferrit kann sich verändern. Bei einem hinreichend veränderten Abkühlungsverlauf umgeht der Austenit teilweise oder vollständig den Bereich der Ferrit-Perlit-Bildung. Das Beispiel der kontinuierlichen Abkühlung von Cambridge ordnet entlang dieser Entwicklung feineren Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit an. Bainit entsteht als nichtlamellares Gemisch aus Ferrit und Fe₃C und nicht als abwechselnde Lamellen wie beim Perlit. Oberbainit und Unterbainit weisen unterschiedliche Anordnungen von Ferrit und Zementit auf; ScienceDirect bezeichnet Unterbainit als härter als Oberbainit, was auf seine feinere Struktur und die unterschiedliche Karbidverteilung zurückzuführen ist. Wenn die Abkühlung eine diffusionsgesteuerte Umwandlung verhindert, bis der martensitische Bereich erreicht ist, kann sich Austenit durch einen diffusionslosen Schermechanismus in Martensit umwandeln. Der Kohlenstoff bleibt im verzerrten Eisengitter eingeschlossen, anstatt während des Wachstums in Ferrit und Zementit aufgeteilt zu werden. Jeder Austenit, der sich nicht in Martensit umwandelt, kann als Restaustenit erhalten bleiben. Seine Menge hängt von der Zusammensetzung und dem Abkühlungsverlauf ab, nicht allein vom Abschrecken. Härtbarkeit **Härtbarkeit** Die Fähigkeit eines Stahls, unter einer festgelegten Abkühlbedingung über einen Querschnitt hinweg härtere Umwandlungsprodukte zu bilden; sie unterscheidet sich von der an einer einzelnen Stelle gemessenen Härte. Die Härtbarkeit beeinflusst, wie weit ein Stahl diesen Weg der schnelleren Abkühlung innerhalb eines realen Bauteils verfolgen kann. Legierungselemente können die Umwandlungen von Ferrit, Perlit oder Bainit verzögern und dadurch die Bildung von Martensit an Stellen ermöglichen, an denen sich ein Stahl mit geringerer Härtbarkeit in Ferrit und Perlit umwandeln würde. Ein dickes Bauteil kann daher von seiner Oberfläche bis zu seinem Zentrum unterschiedliche Gefüge enthalten, selbst wenn das gesamte Bauteil derselben Behandlung unterzogen wird. Die praktische Schlussfolgerung ist eindeutig: Untereutektoider Stahl wechselt nicht in einem einzigen Schritt von „weich“ zu „hart“. Beim kontinuierlichen Abkühlen können allotriomorpher Ferrit plus Perlit, feinerer Perlit, Bainit, Martensit, Restaustenit oder Gemische dieser Produkte entstehen. Der entscheidende Nachweis ergibt sich aus der Umwandlungsabfolge und der daraus resultierenden Morphologie. ## Bainit: Obere, untere und nichtlamellare Umwandlungsprodukte ### Bainit als Ferrit–Fe₃C-Struktur Bainit ist keine einzelne Phase und sollte nicht als Punkt auf einer einfachen Härteskala betrachtet werden. Er ist ein Umwandlungsprodukt, das hauptsächlich aus Ferrit und Eisencarbid Fe₃C besteht; seine Eigenschaften werden durch die Anordnung, Größe und Verteilung dieser Bestandteile bestimmt. Die Übersicht von ScienceDirect aus dem Jahr 2024 über die Wärmebehandlung von Stahl definiert Bainit als eine „nichtlamellare Ferrit–Fe₃C-Struktur“. Diese Definition grenzt Bainit auf morphologischer Ebene von Perlit ab: Beide enthalten Ferrit und Zementit, doch ihre Ferrit-Zementit-Anordnungen unterscheiden sich. Der Ferrit im Bainit entsteht aus Austenit, während der aus dem wachsenden Ferrit ausgeschiedene Kohlenstoff zur Carbidbildung oder -umverteilung im umgebenden Austenit beiträgt. Die Umwandlung umfasst daher sowohl die Bildung ferritischer Bereiche als auch die Bewegung von Kohlenstoff. Legierungselemente können die Kohlenstoffaktivität, die Carbidabscheidung, das Ferritwachstum und den Temperaturbereich beeinflussen, in dem sich Bainit bildet. Das endgültige Gefüge wird folglich durch den Umwandlungsweg bestimmt und nicht durch die Tatsache, dass der Stahl abgeschreckt oder schnell abgekühlt wurde. Diese Unterscheidung stimmt mit der Beschreibung von wärmebehandelten Stahlgefügen durch ASM International aus dem Jahr 2024 überein: Es handelt sich um Verbindungen aus Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen, aus denen Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit entstehen. Austenit ist das Ausgangsgefüge, aus dem sich mehrere dieser Produkte entwickeln. Die Abkühlung verändert die Bedingungen für Kohlenstoffdiffusion und Phasenumwandlung; das entstehende Produkt kann mehr als einen Bestandteil enthalten, wenn die Umwandlung über einen Temperaturbereich hinweg erfolgt. Der Begriff „nichtlamellar“ bedeutet nicht, dass Bainit keine wiederkehrende innere Anordnung besitzt. Bainitischer Ferrit tritt häufig in Form von Platten, Nadeln oder Bündeln auf, während Carbide je nach Umwandlungsprodukt zwischen den Ferriteinheiten oder innerhalb dieser vorkommen. Die Grenzflächen und kristallografischen Beziehungen zwischen Ferrit und dem vorherigen Austenit beeinflussen Festigkeit, Zähigkeit und Rissausbreitung. Ein Gefügebild kann daher eine geordnete Struktur zeigen, ohne die regelmäßigen, abwechselnden Platten aufzuweisen, die mit Perlit verbunden sind. Der Umwandlungsmechanismus unterscheidet sich außerdem von einer rein durch Langstreckendiffusion gesteuerten Umordnung. Ferrit bildet sich unter einer Formänderung, die mit dem Austenitgitter zusammenhängt, und anschließend wird Kohlenstoff durch Diffusion umverteilt. Die Carbidabscheidung folgt der örtlichen Kohlenstoffkonzentration und den Umwandlungsbedingungen. Diese Kombination aus Ferritbildung, Gitterverschiebung, Kohlenstoffaufteilung und Carbidabscheidung erklärt, warum Bainit eine eigenständige Position zwischen perlitischen und martensitischen Produkten einnimmt. Er ist weder einfach feinerer Perlit noch Martensit unter einer anderen Bezeichnung. ![Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung](/images/uploads/5f55e753-e19d-4cba-b935-4607bc89421e/wiki-inline-ferrite-containing-rounded-spheroidised-cementite-particles-after-pearlite-lamel-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/5f55e753-e19d-4cba-b935-4607bc89421e/wiki-inline-ferrite-containing-rounded-spheroidised-cementite-particles-after-pearlite-lamel-1920x1920.avif "Bild vergrößern — Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung")Spheroidisation changes cementite from lamellae into dispersed particles. ### Oberer Bainit und unterer Bainit Die Phase Transformations Group der University of Cambridge unterscheidet „oberen Bainit“ und „unteren Bainit“ als eigenständige Stahlgefüge. Die Unterscheidung bezieht sich hauptsächlich auf Lage und Morphologie der Carbide. Beim oberen Bainit bildet sich Ferrit häufig in Form von Nadeln oder Platten, wobei Zementit bevorzugt zwischen benachbarten Ferriteinheiten auftritt. Die carbidreichen Bereiche zeichnen Teile des Ferritaggregats nach. Beim unteren Bainit bilden sich Carbidpartikel oder dünne Carbidniederschläge sowohl innerhalb der Ferritplatten als auch in den zugehörigen Bereichen. Das innere Ausscheidungsmuster ist feiner und steht in engerem Zusammenhang mit dem Ferrit selbst. Diese Beschreibungen sind morphologischer Art, spiegeln jedoch unterschiedliche Gleichgewichte zwischen Ferritbildung und Kohlenstoffdiffusion wider. Unter den für oberen Bainit typischen Bedingungen kann sich der Kohlenstoff ausreichend umverteilen, sodass sich Carbide größtenteils zwischen den Ferritnadeln bilden. Unter den Bedingungen für unteren Bainit entsteht Ferrit, während die Kohlenstoffübersättigung innerhalb des Ferrits weiterhin erheblich ist, wodurch sich Carbide innerhalb der ferritischen Einheiten ausscheiden können. Das genaue Erscheinungsbild hängt von der Stahlzusammensetzung, der Struktur der vorherigen Austenitkörner, dem Umwandlungsverlauf und den Auswirkungen der Legierungselemente ab. Laut der Übersicht von ScienceDirect aus dem Jahr 2024 über die Wärmebehandlung von Stahl ist unterer Bainit härter als oberer Bainit. Dieser Unterschied sollte nicht als mysteriöse Folge eines „stärkeren Abschreckens“ dargestellt werden. Feinere Ferriteinheiten, innere Carbidabscheidung und die daraus resultierenden Hindernisse für die Versetzungsbewegung tragen zur höheren Härte des unteren Bainits bei. Oberer Bainit weist eine andere Carbidanordnung auf und bietet im Allgemeinen ein anderes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit. Keine der beiden Bezeichnungen allein ermöglicht eine vollständige Vorhersage der mechanischen Eigenschaften, da Mischgefüge und Unterschiede in der Größenordnung häufig vorkommen. Ein untereutectoider Stahl, der kontinuierlich abgekühlt wird, wandelt sich möglicherweise nicht in einen einzigen einheitlichen Bestandteil um. Die Darstellung von Mischgefügen durch Cambridge aus dem Jahr 2011 besagt, dass kontinuierliches Abkühlen häufig allotriomorphen Ferrit plus Perlit hervorbringt, während zunehmend schnelleres Abkühlen oder eine höhere Härtbarkeit feineren Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit erzeugen kann. Ein einzelnes Prüfstück kann daher in verschiedenen Bereichen voreutektoiden Ferrit, Perlit, oberen Bainit, unteren Bainit, Martensit oder Restaustenit enthalten. Die Umwandlungsfolge ist ebenso wichtig wie die nominelle Bezeichnung der Wärmebehandlung. ### Warum Bainit nicht als feiner Perlit beschrieben werden darf Bainit als „feinen Perlit“ zu bezeichnen, ist falsch, weil dadurch Zusammensetzung und Struktur verwechselt werden. Beide Produkte können Ferrit und Fe₃C enthalten, doch Perlit ist durch eine lamellare Anordnung definiert: abwechselnde Ferrit- und Zementitplatten, die während der eutektoiden Umwandlung entstehen. Bainit ist durch eine nichtlamellare Anordnung von Ferrit und Zementit definiert. Die Verfeinerung von Perlit verringert den Lamellenabstand; sie wandelt diese Lamellen jedoch nicht in bainitische Ferritplatten und Carbidverteilungen um. Die Übersicht von ScienceDirect aus dem Jahr 2024 stellt den Gegensatz unmittelbar heraus: Grober Perlit, der bei höheren Umwandlungstemperaturen entsteht, ist vergleichsweise weich; feinerer Perlit ist fester; Bainit ist eine nichtlamellare Ferrit–Fe₃C-Struktur; und unterer Bainit ist härter als oberer Bainit. Die ersten beiden Aussagen beschreiben die Größenordnung innerhalb einer Morphologie. Die späteren Aussagen kennzeichnen eine andere Morphologie und unterscheiden anschließend zwei Formen von Bainit. In beiden Fällen verändert sich die Härte, aber der strukturelle Grund ist nicht derselbe. Die Unterscheidung bleibt auch nach einer späteren Wärmebehandlung bestehen. Cambridge berichtete 2008, dass durch Sphäroidisieren die Zementitlamellen des Perlits in Partikel umgewandelt werden. Diese Behandlung verändert die Carbidmorphologie des Perlits, doch das Produkt bleibt ein sphäroidisiertes perlitisches Gefüge und wird nicht zu Bainit. Umgekehrt führt das Anlassen eines martensitischen Gefüges zu einer Carbidabscheidung innerhalb einer ferritischen Matrix; dadurch wird das Gefüge jedoch nicht nachträglich zu Bainit. Bezeichnungen beschreiben den Umwandlungsverlauf und die Morphologie, nicht nur die vorhandenen Elemente. NPTEL stellte 2024 fest, dass Wärmebehandlungen die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch eine Veränderung des Gefüges ändern. Bainit zeigt, warum dieses Prinzip wichtig ist. Seine Härte hängt davon ab, ob es sich um oberen oder unteren Bainit handelt, von der Größe der Ferriteinheiten, von Lage und Größenordnung der Carbide, von den Legierungselementen sowie von möglicherweise benachbartem Martensit, Perlit, Ferrit oder Restaustenit. Das Abschrecken ist nur ein Teil des Verlaufs. Ausschlaggebend ist das Gefüge, das durch Phasenumwandlung und Kohlenstoffumverteilung zurückbleibt. ## Martensit und Restaustenit nach schneller Abkühlung ### Martensit als Produkt schneller Abkühlung Martensit bildet sich, wenn Austenit so schnell abgekühlt wird, dass die Diffusionsreaktionen, durch die Ferrit, Zementit, Perlit oder Bainit entstehen, nicht zuvor den gesamten Austenit umwandeln können. Der Kohlenstoff bleibt daher mit dem sich umwandelnden Eisengitter verbunden, anstatt sich vollständig im Zementit anzureichern oder wegzudiffundieren. Das Ergebnis ist ein übersättigtes Umwandlungsprodukt, dessen Struktur und Morphologie vom Kohlenstoffgehalt, von den Legierungselementen, vom ursprünglichen Austenitkorngefüge und vom thermischen Verlauf abhängen. Dies ist nicht gleichbedeutend mit der Aussage, dass „Abschrecken Härte erzeugt“, und zwar als unmittelbare physikalische Wirkung. Durch das Abschrecken wird die Zeit verändert, die den Atomen für ihre Bewegung und den konkurrierenden Phasen für ihre Bildung zur Verfügung steht. Der entstehende Martensit kann die Härte erhöhen, weil seine kohlenstoffhaltige Struktur der plastischen Verformung widersteht; die endgültige Eigenschaft hängt jedoch davon ab, wie viel Martensit gebildet wurde, welche anderen Gefügebestandteile verbleiben und ob der Stahl anschließend angelassen wurde. Ein abgeschrecktes Bauteil kann neben Martensit auch Bainit, Perlit, Ferrit oder Restaustenit enthalten. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge ordnet Martensit in eine Abfolge von Produkten ein, die bei kontinuierlich abgekühltem untereutektoidem Stahl entstehen. Bei vergleichsweise langsamer Abkühlung oder geringer Härtbarkeit beginnt das Gefüge typischerweise mit allotriomorphem Ferrit und Perlit. Bei schnellerer Abkühlung oder höherer Härtbarkeit verschieben sich die Produkte hin zu feinerem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit. Diese Abfolge beschreibt konkurrierende Umwandlungswege und keinen Schalter, der automatisch jeden Bereich eines Querschnitts in einen einzigen Gefügebestandteil umwandelt. Legierungselemente beeinflussen diese Konkurrenz, indem sie die Kinetik der Diffusionsumwandlungen verändern und die Härtbarkeit des Stahls beeinflussen. Die Querschnittsdicke ist aus demselben Grund von Bedeutung: Oberfläche und Kern können unterschiedlichen Abkühlungsverläufen folgen. Eine Oberfläche kann einen martensitischen Zustand erreichen, während das Innere ausreichend lange in einem Bereich verweilt, in dem Ferrit, Perlit oder Bainit gebildet wird. Selbst innerhalb eines einzigen vorherigen Austenitkorns können die lokale Zusammensetzung und die thermische Vorgeschichte die Umwandlungsfolge beeinflussen. Das Wärmebehandlungsmodell von NPTEL verknüpft diese Abfolge mit den technischen Eigenschaften: „Wärmebehandlungen verändern die mechanischen Eigenschaften in erster Linie durch eine Veränderung des Mikrogefüges“ (NPTEL, 2024). Das Abschrecken wird als Härtebehandlung erörtert, weil es ein martensithaltiges Gefüge begünstigt; das anschließende Anlassen verändert dann dieses Gefüge und die Verteilung des Kohlenstoffs. Die Bezeichnung des Verfahrens ist daher ohne die daraus hervorgehenden Phasen unvollständig. „Abgeschreckt“ bezeichnet eine thermische Behandlung, aber keine garantierte mikrostrukturelle Diagnose. ![Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung](/images/uploads/4f6bc1b5-59fb-4a83-b430-da3770d2d88e/wiki-inline-a-martensitic-steel-matrix-containing-thin-films-and-blocky-islands-of-retained-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/4f6bc1b5-59fb-4a83-b430-da3770d2d88e/wiki-inline-a-martensitic-steel-matrix-containing-thin-films-and-blocky-islands-of-retained-1920x1434.avif "Bild vergrößern — Stahlmikrostrukturen nach der Wärmebehandlung")Some austenite can remain after cooling between or beside martensite regions. ### Restaustenit in kontinuierlich abgekühltem Stahl Restaustenit ist der Anteil des Austenits, der nach der Abkühlung bestehen bleibt, anstatt sich in Martensit oder ein anderes Produkt umzuwandeln. Es handelt sich nicht einfach um unverändertes Material, das darauf wartet, dass das Abschrecken beendet wird. Sein Fortbestehen ist eine Folge der Zusammensetzung des Stahls, des Zustands des vorherigen Austenits, des Abkühlungsverlaufs und des Ausmaßes, in dem andere Umwandlungen den Austenit bereits verbraucht oder verändert haben. Eine Anreicherung mit Kohlenstoff ist ein wichtiger Faktor für seine Stabilität. Wenn Ferrit, Bainit oder andere Produkte entstehen, kann Kohlenstoff in den verbleibenden Austenit zurückgewiesen werden. Legierungselemente können ebenfalls die Umwandlungskinetik und die Stabilität des Austenits verändern. Folglich kann ein kontinuierlich abgekühlter Stahl Martensit enthalten, der aus einem Teil des Austenits entstanden ist, während ein anderer Teil als Restaustenit bestehen bleibt. Die Referenz von Cambridge führt Restaustenit ausdrücklich als eines der möglichen Produkte in schneller abgekühltem oder besser härtbarem untereutektoidem Stahl auf. Dieser Punkt ist von Bedeutung, weil ein Stahl durch schnelle Abkühlung stark beeinflusst werden kann, ohne vollständig martensitisch zu werden. Ein Mikrogefüge kann eine überwiegend martensitische Matrix mit geringen Mengen an Restaustenit zeigen oder ein Gemisch aus Ferrit, Bainit und Martensit enthalten, wobei der Restaustenit zwischen den umgewandelten Bereichen konzentriert ist. Restaustenit macht außerdem deutlich, dass das Wort „Härte“ eine unzureichende Zusammenfassung des Gefüges darstellt. Austenit ist im Allgemeinen stärker verformbar als Martensit, doch sein Vorhandensein führt nicht unabhängig von Zusammensetzung und Morphologie zu einem einzigen festen Härtewert. Er kann sich während einer anschließenden mechanischen Belastung, Abkühlung oder Anlassbehandlung umwandeln und dadurch Abmessungen sowie innere Spannungen verändern. Menge und Verteilung sind ebenso wichtig wie seine Bezeichnung. Dünne Filme zwischen bainitischen oder martensitischen Bereichen haben nicht dieselbe strukturelle Wirkung wie größere Inseln. Die richtige Interpretation muss daher phasenbezogen erfolgen. Es ist zu bestimmen, wie viel Austenit sich umgewandelt hat, welche Produkte zuerst entstanden sind, wohin sich der Kohlenstoff bewegt hat und welche Gefügebestandteile nach der Abkühlung verbleiben. Die Darstellung von ASM International aus dem Jahr 2024 beschreibt die Mikrogefüge wärmebehandelter Stähle als Verbindungen aus Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen, die Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit bilden. Austenit, die Diffusion von Kohlenstoff und die Phasenumwandlungen bilden den Rahmen für das Verständnis, weshalb Restaustenit auftritt. ### Warum Abschrecken kein einphasiges Ergebnis garantiert #### Abschrecken nicht mit vollständigem Martensit gleichsetzen Ein abgeschrecktes Bauteil kann neben Martensit auch Bainit, Perlit, Ferrit oder Restaustenit enthalten. Abkühlgeschwindigkeit, Zusammensetzung, Härtbarkeit, Querschnittsdicke und die örtliche thermische Vorgeschichte müssen berücksichtigt werden, bevor ein einphasiges Ergebnis zugewiesen wird. Ein Abschrecken ist ein Abkühlvorgang mit einer bestimmten Abschreckintensität und thermischen Vorgeschichte, aber keine Garantie für das Vorliegen einer einzigen Phase. Der erforderliche Abkühlungsverlauf hängt von der Zusammensetzung des Stahls und der Geometrie des Querschnitts ab. Wenn ein Bereich langsam genug abkühlt, damit sich Ferrit, Perlit oder Bainit bilden können, bevor sich Martensit entwickeln kann, bleiben diese Produkte nach dem Abschrecken erhalten. Wenn sich ein Teil des Austenits während des verfügbaren Abkühlungsverlaufs nicht umwandelt, bleibt außerdem Restaustenit bestehen. Aus diesem Grund kann ein abgeschreckter untereutektoider Stahl allotriomorphen Ferrit neben Martensit, Bainit neben Martensit oder Martensit neben Restaustenit enthalten. An einer anderen Stelle, insbesondere in Richtung eines langsamer abgekühlten Kerns, kann Perlit zusammen mit Bainit und Ferrit vorliegen. Das endgültige Gefüge zeichnet den Weg durch die Umwandlungsfelder auf und nicht die Bezeichnung des Ofenvorgangs. Auch die Abkühlungsgeschwindigkeit allein erklärt nicht jedes Ergebnis. Kohlenstoff und Legierungselemente verändern die Diffusion, die Phasenstabilität und die Härtbarkeit. Die Größe der vorherigen Austenitkörner, die Austenitisierungsbedingungen, der Oberflächenzustand und die Querschnittsdicke beeinflussen die verfügbaren Umwandlungswege. Ein Abschrecken kann einige Diffusionsreaktionen unterdrücken, ohne sie alle zu unterbinden. Die Folge ist häufig ein Gefüge aus gemischten Bestandteilen. Die Übersicht von ScienceDirect zur Wärmebehandlung von Stahl aus dem Jahr 2024 veranschaulicht, weshalb diese Unterscheidungen von Bedeutung sind: Grober Perlit, der bei höheren Umwandlungstemperaturen entsteht, ist vergleichsweise weich; feinerer Perlit ist fester; Bainit ist ein nichtlamellares Ferrit–Fe3C-Gefüge; und unterer Bainit ist härter als oberer Bainit. Martensit ist nur ein Mitglied dieser Gefügefamilie. Das endgültige mechanische Verhalten ergibt sich aus der Verbindung, der Größenordnung und der Verteilung der Produkte und nicht allein aus der Bezeichnung der Abkühlung. Eine sachgerechte Beschreibung des Mikrogefüges sollte daher die tatsächlich vorhandenen Gefügebestandteile angeben. „Abgeschreckter Stahl“ kann eine nützliche Angabe zur Prozessgeschichte sein, reicht jedoch als Phasenbeschreibung nicht aus. Der Hinweis auf Martensit sollte durch den möglichen Gehalt an Restaustenit und anderen Umwandlungsprodukten ergänzt werden. Diese Unterscheidung verhindert den häufigen Fehler, schnelle Abkühlung als garantierten einphasigen Härtungsmechanismus zu betrachten. ## Wie Wärmebehandlungsverfahren die Mikrostruktur neu ordnen Bezeichnungen der Wärmebehandlungen beschreiben die Verarbeitungsabsicht; die entstehende Mikrostruktur liefert die mechanische Erklärung. | Behandlungsweg | Beabsichtigte Einordnung | Beschriebene mikrostrukturelle Wirkung | |---|---|---| | Abschrecken | Härtungsbehandlung | Unterdrückt einen großen Teil der diffusionsgesteuerten Umwandlung und begünstigt die Martensitbildung | | Aufkohlen | Härtungsbehandlung | Fügt der Oberfläche vor der abschließenden Härtung Kohlenstoff zu und erzeugt einen Kohlenstoffgradienten | | Anlassen | Weichmachende Behandlung | Ermöglicht nach dem Abschrecken die Umverteilung von Kohlenstoff und die Karbidbildung | | Glühen | Weichmachende Behandlung | Schafft Zeit für die Aufteilung des Kohlenstoffs und eine kontrollierte Umwandlung | | Spannungsarmglühen | Behandlung zum Spannungsabbau | Baut Eigenspannungen ab und zielt zugleich darauf, einen weitreichenden Phasenaustausch zu vermeiden | NPTEL klassifiziert die wichtigsten Wärmebehandlungsverfahren für Stahl nach ihrer beabsichtigten Wirkung: Abschrecken und Aufkohlen sind Härtungsbehandlungen, während Anlassen, Glühen und Spannungsarmglühen zu den Weichbehandlungen zählen. Diese Einteilung ist nützlich, doch „Härten“ und „Weichmachen“ beschreiben das Ergebnis nur indirekt. Das entscheidende Ereignis ist die Neuordnung von Phasen und Kohlenstoff. NPTEL stellt 2024 fest, dass Wärmebehandlungen die mechanischen Eigenschaften in erster Linie durch Veränderungen der Mikrostruktur verändern. ASM International konkretisiert denselben Rahmen: Wärmebehandelter Stahl enthält Phasen, die durch das Zusammenwirken von Eisen, Kohlenstoff und Legierungselementen entstehen, darunter Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit. Eine Wärmebehandlung erzeugt Härte daher nicht als isolierte Eigenschaft. Sie wandelt Austenit in ein ausgewähltes Gemisch von Umwandlungsprodukten um oder verändert die Form, den Abstand und die Verteilung bereits vorhandener Phasen. Abkühlgeschwindigkeit, Kohlenstoffgehalt, Legierungszusätze und Querschnittsgröße bestimmen, welche Umwandlungen ablaufen können, bevor der Stahl einen Zustand bei niedrigerer Temperatur erreicht. ### Abschrecken und Aufkohlen als Härtungsbehandlungen Das Abschrecken zielt darauf ab, diffusionsgesteuerte Umwandlungen während der Abkühlung des Austenits zu unterdrücken. Bei langsamerer Abkühlung kann sich Kohlenstoff durch das Eisengitter bewegen, sodass sich Ferrit und Zementit als Perlit bilden oder bainitischer Ferrit und Zementit entstehen können. Ein ausreichend schnelles Abschrecken unterbricht einen großen Teil dieser Umverteilung. Der Austenit wandelt sich dann durch einen diffusionslosen Schermechanismus in Martensit um, dessen mit Kohlenstoff übersättigtes Gitter stark verzerrt ist. Deshalb lässt sich Abschrecken nicht zutreffend als „Abkühlen von Stahl, damit er hart wird“ beschreiben. Das entstehende Gefüge kann Martensit enthalten, aber auch nicht umgewandelten Restaustenit sowie – bei unzureichender Abkühlung oder Härtbarkeit – Bainit oder Perlit. Legierungselemente verändern die Härtbarkeit, indem sie die Umwandlungskinetik beeinflussen; sie fügen nicht einfach unabhängig davon Härte hinzu. Ein untereutektoider Stahl, der kontinuierlich abgekühlt wird, kann allotriomorphen Ferrit und Perlit bilden, wie die University of Cambridge Phase Transformations Group 2011 berichtete. Bei schnellerer Abkühlung oder höherer Härtbarkeit verschiebt sich die Abfolge in Richtung feinerem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit. Das Aufkohlen verändert die Kohlenstoffverteilung vor dem abschließenden Härtungsschritt. Kohlenstoff diffundiert in die Oberfläche eines kohlenstoffarmen Stahls und erzeugt eine kohlenstoffangereicherte Randschicht sowie einen kohlenstoffärmeren Kern. Das anschließende Abschrecken wandelt die Randschicht in Richtung kohlenstoffreichen Martensits um, während der Kern dem Umwandlungsverhalten folgt, das durch seine ursprüngliche Zusammensetzung und den angewandten Abkühlungsverlauf vorgegeben ist. Das entscheidende mikrostrukturelle Merkmal ist der Kohlenstoffgradient: Randschicht und Kern beginnen nicht mit derselben Austenitchemie und müssen daher nicht dieselben Produkte bilden. Das Aufkohlen ist somit eine diffusionsgestützte Vorbereitung, auf die eine schnelle Unterdrückung von Umwandlungen folgt. Die Kohlenstoffdiffusion ist während der Anreicherung zentral, während sie beim Abschrecken begrenzt ist. Die Behandlung ist nicht gleichbedeutend mit dem Abschrecken eines gleichmäßig kohlenstoffreichen Werkstoffs, und das Endgefüge sollte über den gesamten Querschnitt hinweg untersucht werden, statt es aus einem Oberflächenhärtewert abzuleiten. ### Anlassen nach einem gehärteten Gefüge Das Anlassen gehört in der Klassifikation von NPTEL zur Gruppe der Weichbehandlungen, weil es die extreme Verzerrung und Sprödigkeit verringert, die mit frisch abgeschrecktem Martensit verbunden sind. Es löscht das gehärtete Gefüge jedoch nicht einfach aus. Stattdessen wird Kohlenstoff aus dem übersättigten martensitischen Gitter umverteilt, und Karbidphasen bilden sich oder werden stabiler, während sich das Gefüge in Richtung angelassenen Martensits entwickelt. Die genauen Produkte hängen vom Kohlenstoff- und Legierungsgehalt des Stahls sowie von den Anlassbedingungen ab, sodass kein einheitliches, allgemeingültiges Anlassgefüge existiert. Allgemein verringert die Behandlung die Gitterverzerrung, verändert die Morphologie und Verteilung der Karbide und ermöglicht bei einigen Stählen die Zersetzung oder Umwandlung von Restaustenit. Das Ergebnis ist typischerweise eine ferritische Matrix mit fein verteilten Karbiden und nicht der durch das Abschrecken unmittelbar erzeugte, mit Kohlenstoff übersättigte Martensit. Diese Veränderung erklärt, warum Anlassen die Härte im abgeschreckten Zustand senken und zugleich die Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung und Stoßschäden verbessern kann. Der relevante Gegensatz besteht zwischen eingeschlossenem und umverteiltem Kohlenstoff. Beim Abschrecken verbleibt der Kohlenstoff in einer verzerrten martensitischen Anordnung; beim Anlassen erhält der Kohlenstoff einen Weg zur Karbidbildung und zur chemischen Aufteilung. Ein vergüteter Stahl ist daher nicht einfach „abgeschreckter Stahl mit geringerer Härte“, sondern eine andere Verbindung von Matrix- und Karbidphasen. Auch Restaustenit ist von Bedeutung. Wenn er nach dem Abschrecken bestehen bleibt, kann das anschließende Anlassen seine Stabilität verändern, und seine Umwandlung kann die Maßbeständigkeit und das endgültige Phasengemisch beeinflussen. Das Ergebnis muss daher aus der gesamten Abfolge interpretiert werden: Austenitisieren, Abschrecken, Restaustenit und Anlassen – nicht allein anhand des Anlassvorgangs. ### Glühen und Spannungsarmglühen Beim Glühen werden Diffusion und kontrollierte Abkühlung genutzt, um den Stahl in Richtung eines energieärmeren und chemisch stärker umverteilten Gefüges zu bewegen. Im Vergleich zum Abschrecken erhält der Kohlenstoff mehr Gelegenheit, sich zwischen Ferrit und Zementit aufzuteilen. Abhängig von der Zusammensetzung und vom Ausgangszustand können die Produkte Ferrit mit grobem Perlit, feinerem Perlit oder kugelförmige Zementitpartikel in einer ferritischen Matrix umfassen. Die Umwandlungstemperatur beeinflusst die Morphologie. Die Übersicht von ScienceDirect zur Wärmebehandlung von Stahl aus dem Jahr 2024 unterscheidet relativ weichen groben Perlit, der sich bei höheren Umwandlungstemperaturen bildet, von stärkerem feinem Perlit. Außerdem wird Bainit als nichtlamellares Ferrit–Fe3C-Gefüge und Unterbainit als härter als Oberbainit beschrieben. Diese Unterscheidungen zeigen, warum „geglüht“ keine vollständige mikrostrukturelle Beschreibung ist: Der Abstand des Zementits, die Ferritkornstruktur sowie eventuell vorhandener Bainit oder Martensit sind weiterhin von Bedeutung. Die Sphäroidisierung ist eine besonders deutliche diffusionsgesteuerte Veränderung. Die University of Cambridge Phase Transformations Group stellte 2008 fest, dass die Sphäroidisierung lamellaren Zementit im Perlit in Partikel umwandelt. Kontinuierliche Zementitplatten werden zu abgerundeten Partikeln, wodurch sich die Grenzflächengeometrie zwischen Ferrit und Zementit verändert. Der Stahl kann dadurch leichter verformbar werden, doch das zentrale Ereignis ist eine morphologische Vergröberung und Umverteilung und kein unerklärter Härteverlust. Das Spannungsarmglühen nimmt eine engere Stellung ein. Es dient in erster Linie dazu, Eigenspannungen aus dem Schweißen, Bearbeiten, Umformen oder ungleichmäßigen Abkühlen zu verringern, ohne die wesentliche Phasenzusammensetzung gezielt zu ersetzen. Die atomare Diffusion ermöglicht den Abbau lokaler Spannungen, während die Behandlung unterhalb des Temperaturbereichs bleibt, in dem eine wesentliche Umwandlung beabsichtigt ist. Bei zu intensiven Bedingungen können jedoch Erholung, Anlassen, Ausscheidung oder Phasenumwandlung auftreten. Spannungsarmglühen ist daher keine Garantie für einen phasenneutralen Vorgang; seine mikrostrukturelle Wirkung hängt vom Stahl und von der thermischen Einwirkung ab. Bei allen drei Verfahrensgruppen ist der grundlegende Gegensatz deutlich: Das Abschrecken begrenzt die Diffusion und bewahrt ein verzerrtes Umwandlungsprodukt, während Anlassen, Glühen und Spannungsarmglühen unterschiedlich viel Zeit für Kohlenstoffumverteilung, Neuordnung der Karbide, Erholung oder Vergröberung bereitstellen. ## Gemischte Mikrostrukturen in der Metallografie lesen Ein wärmebehandelter Stahlquerschnitt enthält nur selten einen einzigen, vollkommen einheitlichen Gefügebestandteil. Ein untereutektoider Stahl, der kontinuierlich aus dem Austenit abgekühlt wurde, kann allotriomorphen Ferrit an den früheren Austenitkorngrenzen, Perlit in den verbleibenden Bereichen sowie kleinere Bereiche aus Bainit oder Martensit aufweisen, wenn sich die lokalen Abkühlbedingungen unterschieden. Die korrekte Interpretation beginnt mit der Umwandlungsgeschichte und nicht mit einer Härtebezeichnung. NPTEL stellt fest, dass Wärmebehandlungen die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch eine Veränderung des Gefüges ändern; die Härte ist daher ein Ergebnis von Gefüge, Zusammensetzung und Morphologie und keine visuelle Phasenbezeichnung. ### Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit gemeinsam erkennen #### Ablauf der metallografischen Auswertung - **Bereiche kartieren** Matrizes, Grenzflächenverzierungen, Kolonien, Pakete, Latten, Nadeln und Partikel erfassen, bevor Gefügebestandteile zugeordnet werden. - **Bei höherer Vergrößerung untersuchen** Nach perlitischen Lamellen, bainitischen Karbidanordnungen, Martensitpaketen und Zementitpartikeln suchen. - **Beobachtung und Interpretation trennen** Beschreiben, was sichtbar ist, bevor die Phase oder der Gefügebestandteil benannt wird. - **Behandlungsgeschichte prüfen** Die Morphologie mit Austenitisieren, Abkühlung, Diffusion, Unterbrechung der Umwandlung und anschließendem Anlassen oder Glühen in Beziehung setzen. Beginnen Sie bei geringer Vergrößerung. Erfassen Sie die Verteilung der Bereiche, bevor Sie einzelne Gefügebestandteile zuordnen. Achten Sie auf eine zusammenhängende Matrix, Grenzflächenverzierungen, Kolonien, Pakete, Nadeln, Latten und isolierte Partikel. Erhöhen Sie anschließend die Vergrößerung und untersuchen Sie die innere Struktur jedes Bereichs. Ferrit ist in einer konventionell präparierten Kohlenstoffstahlprobe gewöhnlich der am wenigsten stark geätzte Gefügebestandteil. Allotriomorpher Ferrit bildet sich in untereutektoidem Stahl häufig zuerst entlang der früheren Austenitkorngrenzen und erzeugt dort relativ glatte, polygonale oder unregelmäßige Grenzflächenfilme. Er kann auch in Form größerer, gleichachsiger Bereiche auftreten. Widmanstätten-Ferrit weist ein anderes Erscheinungsbild auf: Er wächst als Platten oder Seitenplatten von den Austenitkorngrenzen in die Austenitkörner hinein. Ein plattenartiges Erscheinungsbild allein beweist jedoch nicht, dass es sich bei dem Gefügebestandteil um Widmanstätten-Ferrit handelt. Perlit wird anhand von Kolonien erkannt, die abwechselnde Bereiche aus Ferrit und Zementit enthalten. Bei geringer Vergrößerung kann eine Kolonie als dunkle Insel erscheinen; bei höherer Vergrößerung lassen sich entsprechend ausgerichtete Lamellen auflösen. Andere Kolonien können dunkel bleiben, weil ihre Lamellen nahezu parallel zur Betrachtungsrichtung liegen oder weil der Ätzkontrast schwach ist. Grober Perlit weist im Allgemeinen auf eine Umwandlung bei einer höheren Temperatur hin als feiner Perlit. ScienceDirect beschreibt groben Perlit als relativ weich und feinen Perlit als fester; der beobachtete Kontrast hängt jedoch weiterhin von Polieren, Ätzen, Schnittausrichtung und Legierungschemie ab. Bainit nimmt bei der Interpretation eine Zwischenstellung ein, da seine Ferrit-Zementit-Anordnung im perlitischen Sinne nicht lamellar ist. Oberer Bainit zeigt sich häufig als Gruppen von Ferritlatten oder -platten mit Zementit dazwischen, während unterer Bainit feinere Karbidanordnungen innerhalb oder nahe den Ferritplatten enthält. Laut der ScienceDirect-Referenz zur Wärmebehandlung von Stahl ist unterer Bainit härter als oberer Bainit. Bezeichnen Sie nicht jeden dunklen nadelförmigen Bereich als Bainit: Unangelassener Martensit, unterer Bainit und stark geätzter Perlit können sich im Erscheinungsbild überschneiden. Martensit ist bei vielen niedrig- und mittelgekohlten Stählen gewöhnlich lattenförmig und bei einigen höhergekohlten oder legierten Stählen plattenförmig. Martensitpakete und blockige Bereiche können sichtbar sein, doch die Unterscheidung lässt sich mit der Lichtmikroskopie häufig nicht sicher feststellen. Martensit kann außerdem mit Ferrit, Bainit, Karbiden und Restaustenit gemischt vorliegen, insbesondere wenn Härtbarkeit, Querschnittsgröße oder Abkühlung ungleichmäßig sind. Ein dunkler Gefügebestandteil an einer früheren Austenitkorngrenze ist nicht automatisch Martensit; Grenzflächenferrit und Karbidfilme können einen ähnlichen Kontrast erzeugen. Aus diesem Grund beschreibt die Cambridge Phase Transformations Group die kontinuierliche Abkühlung von untereutektoidem Stahl als einen Vorgang, bei dem häufig allotriomorpher Ferrit und Perlit entstehen. Bei zunehmender Abkühlgeschwindigkeit oder steigender Härtbarkeit treten zunehmend unterschiedliche Gemische mit feinerem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit auf. Diese Abfolge ist ein nützlicher Bezugsrahmen, ersetzt jedoch nicht die Untersuchung. ### Morphologie versus Phasenidentifizierung Die Morphologie beschreibt Form und Anordnung. Die Phasenidentifizierung stellt fest, worum es sich bei dem jeweiligen Bereich handelt. Beide Aufgaben überschneiden sich, sind jedoch nicht austauschbar. Verwenden Sie die Morphologie, um eine Hypothese zu formulieren. Ein Grenzflächenfilm deutet auf allotriomorphen Ferrit hin; parallele Platten lassen Widmanstätten-Ferrit vermuten; Kolonien deuten auf Perlit hin; Latten-Gruppen können auf Bainit oder Martensit hinweisen. Prüfen Sie diese Hypothese anschließend anhand von Chemie und Kristallografie. Selektives Ätzen, gegebenenfalls polarisiertes Licht, Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenrückstreubeugung, Transmissionselektronenmikroskopie oder Röntgenbeugung können Nachweise liefern, die das optische Erscheinungsbild nicht erbringen kann. Die Präparation kann das scheinbare Ergebnis verändern. Überätzen verbreitert Grenzflächen und verdunkelt feine Gefügebestandteile. Unzureichendes Polieren kann Zementit herauslösen oder Verformungen hinterlassen, die Martensit ähneln. Die Schnittausrichtung kann Perlitlamellen verbergen, während ein zweidimensionaler Schnitt durch eine dreidimensionale Lattenstruktur Bainit körnig erscheinen lassen kann. Auch die Vergrößerung ist von Bedeutung: Ein Bereich, der bei 200× homogen aussieht, kann sich bei 5.000× in Ferrit und Zementit auflösen. Ein disziplinierter Befundbericht sollte daher Beobachtung und Interpretation voneinander trennen: „dunkle Kolonien mit teilweise aufgelösten Lamellen“ ist eine Beobachtung; „Perlit“ ist eine Interpretation, die durch diese Beobachtung und erforderlichenfalls durch Nachweise mit höherer Auflösung oder durch analytische Verfahren gestützt wird. Die Darstellung von ASM International aus dem Jahr 2024 ordnet Austenit, Ferrit, Kohlenstoffdiffusion, Bainit, Zementit, Martensit, Perlit und Phasenumwandlungen in denselben Interpretationsrahmen ein. Dies erinnert daran, dass kein einzelnes visuelles Merkmal die gesamte Diagnose ermöglicht. ### Restaustenit und Zementitmorphologie Restaustenit ist Austenit, der nach der Abkühlung verbleibt, anstatt sich vollständig umzuwandeln. In einem martensitischen Gefüge kann er als dünne Filme zwischen Latten, als blockige Inseln zwischen Paketen oder als unregelmäßige Bereiche nahe kohlenstoffangereicherten Zonen erscheinen. Der Kontrast variiert stark in Abhängigkeit vom Ätzmittel und vom Bildgebungsverfahren. Daher sollte ein heller Bereich zwischen Martensitlatten nicht allein aufgrund seines Erscheinungsbildes als Restaustenit identifiziert werden. Röntgenbeugung, EBSD oder sorgfältig validierte metallografische Verfahren können erforderlich sein. Zementit, Fe₃C, ist ebenso wichtig, da seine Form erfasst, wie der Kohlenstoff umverteilt wurde. Im Perlit bildet er zusammen mit Ferrit Lamellen. Im Bainit tritt er als diskrete Partikel oder Filme auf, die mit Ferritplatten verbunden sind, wobei sich die Anordnung zwischen oberem und unterem Bainit unterscheidet. In sphäroidisiertem Stahl haben sich die Zementitlamellen des Perlits in abgerundete Partikel umgewandelt. Die Cambridge Phase Transformations Group stellte 2008 ausdrücklich fest, dass die Sphäroidisierung perlitische Zementitlamellen in Partikel umwandelt. Ordnen Sie schließlich jeden beobachteten Gefügebestandteil dem thermischen Verlauf zu: den Austenitisierungsbedingungen, der Kohlenstoffdiffusion, der Kontinuität der Abkühlung, einer Unterbrechung der Umwandlung sowie einem anschließenden Anlassen oder Glühen. Ein gemischtes Gefügebild ist nicht per definitionem ein Hinweis auf eine fehlgeschlagene Behandlung. Es dokumentiert, an welchen Stellen Umwandlungen begonnen, angehalten oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgelaufen sind. ## Von der Mikrostruktur zu den Mechanischen Eigenschaften ### Festigkeit, Härte und Umwandlungsmorphologie Mechanische Eigenschaften entstehen aus der während der Umwandlung gebildeten Struktur und nicht allein aus dem Wort *Abschrecken*. NPTEL stellt 2024 fest, dass „Wärmebehandlungen die Mechanischen Eigenschaften in erster Linie durch eine Veränderung der Mikrostruktur ändern“. Das Abschrecken verändert den thermischen Verlauf ausgehend vom Austenit, doch die resultierende Härte hängt davon ab, welche Umwandlungen stattfinden, wie viel von jedem Gefügebestandteil entsteht und wie diese Bestandteile angeordnet sind. ASM International beschreibt die Mikrostrukturen wärmebehandelter Stähle als Verbindungen aus Eisen, Kohlenstoff und Legierungselementen, aus denen Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit entstehen. Austenit ist bei vielen Behandlungen die Ausgangsphase, während die Kohlenstoffdiffusion und der Wettbewerb zwischen den Umwandlungsmechanismen die Produkte bestimmen, die an seine Stelle treten. Ein langsam oder mäßig abgekühlter untereutektoider Stahl kann allotriomorphen Ferrit und Perlit enthalten; ein schnellerer Verlauf kann je nach Zusammensetzung und Härtbarkeit feineren Perlit, Bainit, Martensit oder Restaustenit hervorbringen. Die University of Cambridge Phase Transformations Group beschrieb diese Entwicklung für kontinuierlich abgekühlten untereutektoiden Stahl im Jahr 2011. Die Morphologie ist ebenso wichtig wie die Bezeichnung der Phase. Ferritkörner, Zementitteilchen, Perlitkolonien, Bainitferritplatten, Martensitpakete und Restaustenitbereiche widerstehen der Verformung nicht auf dieselbe Weise und verteilen Spannungen nicht auf dieselbe Weise. Ein Stahl mit einem geringen Martensitanteil in einer Ferritmatrix ist Mechanisch nicht gleichwertig mit einem Stahl, der überwiegend aus Martensit mit vereinzelten Ferritbereichen besteht. Beide können als „martensitischer Stahl“ bezeichnet werden, doch ihre Festigkeit, Härte, Duktilität und ihr Bruchverhalten können sich erheblich unterscheiden. Martensit erhöht die Härte häufig, weil Kohlenstoff während der diffusionslosen Umwandlung von Austenit zu Martensit in einem übersättigten und verzerrten Eisengitter eingeschlossen wird. Diese Beschreibung liefert jedoch noch keinen allgemein gültigen Härtewert. Kohlenstoffgehalt, ehemalige Austenitkorngröße, Legierungselemente, Abschreckintensität, Bauteilabmessungen, Anlassen und Restaustenit beeinflussen das Ergebnis. Durch das Anlassen wird die martensitische Struktur anschließend verändert, indem eine Umverteilung des Kohlenstoffs und die Bildung von Karbiden ermöglicht werden. Dadurch nimmt die Härte im abgeschreckten Zustand gewöhnlich ab, während Maßbeständigkeit und Zähigkeit verbessert werden. Restaustenit erschwert ebenfalls eine einfache Härterangordnung. In vielen gehärteten Stählen ist er weicher als unangelassener Martensit, kann sich jedoch während des Einsatzes oder der Prüfung umwandeln und dadurch Abmessungen und lokale Spannungen verändern. Auch die Morphologie des Zementits ist von Bedeutung. Die Referenz von Cambridge aus dem Jahr 2008 stellt fest, dass die Sphäroidisierung die perlitischen Zementitlamellen in Teilchen umwandelt. Die daraus entstehende Ferrit-Zementit-Anordnung verformt sich im Allgemeinen anders als lamellarer Perlit, sodass „Perlit“ allein keine ausreichende Beschreibung des Mechanischen Zustands darstellt. ### Die Rolle der Perlitlamellenskalierung und des Bainittyps Perlit besteht aus gemeinsam gebildetem Ferrit und Zementit, gewöhnlich in Form abwechselnder Lamellen. Seine Festigkeit wird stark durch die Perlitlamellenskalierung beeinflusst, also durch den Abstand und die Feinheit dieser Lamellen sowie durch die Größe der Perlitkolonien. Die Übersicht von ScienceDirect zur Wärmebehandlung von Stahl aus dem Jahr 2024 bezeichnet groben Perlit, der bei höheren Umwandlungstemperaturen entsteht, als relativ weich und feineren Perlit als fester. Eng beieinanderliegende Zementitlamellen behindern die Versetzungsbewegung wirksamer als weit auseinanderliegende Lamellen, während feine Kolonien auch die Strecke verkürzen, über die sich die Verformung konzentrieren kann. Dies bedeutet nicht, dass jeder feine perlitische Stahl dieselbe Festigkeit aufweist. Die Ferritchemie, der Kohlenstoffgehalt, die Koloniegröße, der Perlitanteil und eventuell vorhandener proeutektoider Ferrit bleiben ebenfalls wichtig. Ein untereutektoides Gefüge mit reichlich Ferrit und feinem Perlit kann schwächer sein als ein Gefüge mit höherem Kohlenstoffgehalt und einem größeren Perlitanteil, selbst wenn beide „feinen Perlit“ enthalten. Die Verteilung ist entscheidend: Durchgehende Ferritbereiche, gebänderte Gefügebestandteile und vereinzelte Kolonien erzeugen unterschiedliche Verformungspfade. \[4\] \[4\] [**Steel Heat Treatment**](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steel-heat-treatment). ScienceDirect. ScienceDirect Topics, 2024. Auch beim Bainit ist dieselbe Sorgfalt erforderlich. ScienceDirect beschreibt Bainit als eine nichtlamellare Ferrit-Fe3C-Struktur und stellt fest, dass Unterbainit härter als Oberbainit ist. Oberbainit enthält im Allgemeinen Ferrit, der in einer büschelartigen Anordnung gebildet wird, mit Zementit zwischen den Ferritbereichen, während Unterbainit in einem niedrigeren Umwandlungsbereich entsteht und feine Karbide innerhalb der Ferritplatten oder in enger Verbindung mit ihnen aufweist. Die feinere Karbidverteilung macht Unterbainit widerstandsfähiger gegen die Versetzungsbewegung. Eine Bezeichnung wie „bainitisch“ lässt daher wesentliche Informationen offen. Die Unterscheidung zwischen Ober- und Unterbainit, Größe und Lage der Karbide, Ferritmorphologie, Anteil der Gefügebestandteile sowie das Vorhandensein von Martensit oder Restaustenit beeinflussen allesamt die gemessenen Eigenschaften. Mischgefüge sind nach kontinuierlicher Abkühlung häufig, insbesondere wenn verschiedene Bereiche eines Querschnitts unterschiedlichen thermischen Verläufen folgen. Eine Oberfläche kann Martensit enthalten, während der Innenbereich Bainit, Perlit oder Ferrit aufweist. Die Härte variiert dann mit der Tiefe, anstatt für das gesamte Bauteil einen einzigen Wert anzunehmen. ### Warum Zusammensetzung und Härtbarkeit weiterhin entscheidend sind Die Zusammensetzung steuert sowohl die verfügbaren Umwandlungsprodukte als auch die Temperaturen und Zeiten, bei denen sie entstehen. Kohlenstoff beeinflusst die Stabilität des Austenits, die Menge an Zementit, die sich bilden kann, und das Härtepotenzial des Martensits. Legierungselemente verändern die Umwandlungskinetik, die Karbidbildung, die Diffusion und die Härtbarkeit. Härtbarkeit ist nicht dasselbe wie Härte: Sie beschreibt die Fähigkeit eines Stahls, unter einer festgelegten Abkühlbedingung über einen Querschnitt hinweg härtere Umwandlungsprodukte zu bilden. Die Bauteilabmessungen machen diesen Unterschied praktisch relevant. Ein kleiner Querschnitt kann vollständig schnell abkühlen, während ein großer Querschnitt im Inneren einen langsameren Abkühlverlauf entwickelt. Dieselbe Zusammensetzung und dasselbe Ofenprogramm können daher in Oberflächennähe Martensit, im Zentrum jedoch Perlit oder Bainit hervorbringen. Abschreckmedium, Bewegung des Abschreckmediums, Austenitisierungsbehandlung, Transferzeit und Anlassprogramm führen zu weiterer Variation. Aus diesem Grund kann Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit oder einer benannten Wärmebehandlung kein allgemeingültiger Eigenschaftswert zugeordnet werden, ohne Zusammensetzung, Bauteilabmessungen, Behandlungsprogramm und Prüfverfahren anzugeben. Die nach Vickers, Brinell oder Rockwell gemessene Härte ist ohne sorgfältige Beachtung der jeweiligen Bedingungen nicht unmittelbar vergleichbar, und ein Härteergebnis sagt Zähigkeit, Duktilität, Ermüdungsverhalten oder Bruchverhalten nicht vollständig voraus. Eine belastbare Interpretation beginnt mit dem vollständigen Gefüge: den Anteilen der Gefügebestandteile, ihrer Morphologie, Skalierung und Verteilung sowie der Umwandlungsgeschichte. Das Abschrecken ist lediglich ein Ereignis in dieser Abfolge. ## Eine praktische Referenzabfolge für die Analyse der Wärmebehandlung von Stahl ### Mit der Stahlzusammensetzung und dem Ausgangszustand beginnen Beginnen Sie mit der Werkstoffidentität, nicht mit der gemessenen Härte. Erfassen Sie die Gütebezeichnung genau wie angegeben, die maßgebliche Norm sowie, sofern bekannt, die Wärme- oder Produktform. Eine Angabe wie „AISI/SAE 1045, normalgeglüht“ vermittelt mehr als „mittelharter Stahl“; eine Angabe wie „ASTM A36“ bezeichnet eine Spezifikation, legt jedoch für sich genommen weder die vorausgegangene thermische Vorgeschichte noch das endgültige Gefüge fest. Die Chemische Analyse sollte Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Chrom, Molybdän, Nickel, Vanadium und andere gezielte Zusätze sowie Restelemente umfassen, sofern diese die Umwandlung beeinflussen können. Der Kohlenstoffgehalt bestimmt, ob ein unlegierter Kohlenstoffstahl im Verhältnis zur eutektoiden Zusammensetzung untereutektoid, eutektoid oder übereutektoid ist. Bei einem untereutektoiden Stahl ermöglicht das Abkühlen aus dem Austenit üblicherweise die Bildung von voreutektoidem Ferrit, bevor sich der verbleibende Austenit in Perlit umwandelt. Diese Unterscheidung ist wichtig: Ferrit plus Perlit ist nicht dasselbe Gefüge wie ausschließlich Perlit, selbst wenn beide Proben ähnliche Härtewerte aufweisen. Auch der Ausgangszustand muss erfasst werden. Lieferzustände wie warmgewalzt, normalgeglüht, geglüht, vergütet, aufgekohlt oder kaltverformt weisen unterschiedliche Korngrößen, Karbidverteilungen, Eigenspannungen und Vorgeschichten des früheren Austenits auf. Sphäroidisierter Stahl ist ein besonders wichtiger Fall. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge erklärte 2008, dass die Sphäroidisierung die lamellaren Zementitstrukturen des Perlits in Partikel umwandelt. Die nominellen Bestandteile bleiben Ferrit und Zementit, doch ihre Geometrie verändert das Verhalten bei späterem Erwärmen, Umformen und Härten. Korngröße und Seigerung sollten ebenfalls dokumentiert werden. Ein grobes Gefüge der früheren Austenitkörner kann andere Umwandlungsmorphologien begünstigen als ein feines, während eine Bänderung richtungsabhängige Verteilungen von Ferrit, Perlit oder Martensit hervorrufen kann. „Ferrit“ ist daher eine unvollständige Beobachtung, sofern nicht auch seine Lage und Form beschrieben werden. ### Den Erwärmungs- und Abkühlungsverlauf rekonstruieren Rekonstruieren Sie als Nächstes den thermischen Ablauf als Abfolge, anstatt lediglich einen Behandlungsnamen zuzuweisen. Erfassen Sie die Ausgangstemperatur, sofern verfügbar die Aufheizgeschwindigkeit, die Austenitisierungstemperatur und Haltezeit, den Zustand des Ofens oder der Atmosphäre, die Transferzeit, das Abschreckmedium, die Bewegung des Mediums, Unterbrechungen der Abkühlung sowie jeden erneuten Erwärmungs- oder Anlassschritt. „Abgeschreckt“ beschreibt einen Arbeitsvorgang; es beweist nicht, dass der gesamte Querschnitt martensitisch geworden ist. Fragen Sie zunächst, welche Phasen während des Erwärmens vorhanden waren. Beim Glühen oder Normalglühen kann ein Teil des Zementits aufgelöst und Austenit gebildet werden, während bei einer interkritischen Behandlung Ferrit ungelöst verbleiben kann. Das Aufkohlen verändert das Kohlenstoffprofil, sodass Oberfläche und Kern beim Abkühlen unterschiedlichen Umwandlungsverläufen folgen. Eine Entkohlung kann den entgegengesetzten Gradienten erzeugen. Ein einzelner Härtewert kann beide Zustände verbergen. Bestimmen Sie anschließend das wahrscheinliche Umwandlungsfenster. Die Diffusion von Kohlenstoff ermöglicht bei diffusionsgesteuerten Umwandlungen eine Umverteilung von Ferrit und Zementit. Bei höheren Umwandlungstemperaturen weist Perlit im Allgemeinen einen gröberen Lamellenabstand auf; die Übersicht von ScienceDirect zur Wärmebehandlung von Stahl aus dem Jahr 2024 beschreibt groben Perlit als vergleichsweise weich und feineren Perlit als fester. Dieselbe Quelle definiert Bainit als nichtlamellare Ferrit–Fe3C-Struktur und stellt fest, dass Unterbainit härter als Oberbainit ist. Dies sind morphologische und umwandlungsbezogene Unterscheidungen und nicht lediglich Punkte auf einer Härteskala. Abkühlungsgeschwindigkeit, Querschnittsdicke, Legierungselemente und die Korngröße des früheren Austenits bestimmen, welche Umwandlungen stattfinden können, bevor der Stahl niedrigere Temperaturen erreicht. Chrom, Molybdän, Mangan und Nickel können die Diffusion, den Zeitpunkt der Umwandlung und die Härtbarkeit verändern. Eine schnellere Abkühlung kann die diffusionsgesteuerte Bildung von Ferrit und Perlit unterdrücken und die Bildung von Bainit oder Martensit ermöglichen; das Ergebnis kann jedoch gemischt bleiben, da die Abkühlung innerhalb eines Bauteils nur selten überall gleich ist. Restaustenit kann bestehen bleiben, wenn die Umwandlung unvollständig ist. Die Phase Transformations Group der University of Cambridge berichtete 2011, dass kontinuierliches Abkühlen bei untereutektoidem Stahl häufig allotriomorphen Ferrit plus Perlit hervorbringt. Bei schnellerer Abkühlung oder höherer Härtbarkeit kann sich die Abfolge zu feinerem Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit verschieben. Diese Abfolge ist ein nützlicher Interpretationsrahmen, ersetzt jedoch weder die tatsächlichen thermischen Aufzeichnungen noch die mikroskopische Untersuchung. ### Bestandteile und Morphologie präzise angeben Trennen Sie die Bezeichnung des Gefügebestandteils von seiner Morphologie. Geben Sie, sofern die Befunde diese Beschreibungen stützen, „voreutektoiden allotriomorphen Ferrit“, „Perlitkolonien mit feinem Lamellenabstand“, „Oberbainit“, „Unterbainit“, „Lattenmartensit“, „Plattenmartensit“, „Restaustenit“ oder „sphäroidisierte Zementitpartikel“ an. Fassen Sie nicht alle dunkelätzenden Bereiche unter „Perlit“ zusammen, und bezeichnen Sie nicht jeden nadelförmigen Bereich als „Martensit“. Ferrit kann als allotriomorphe Körner entlang der Grenzen früherer Austenitkörner oder als Widmanstätten-Platten auftreten. Zementit kann als perlitische Lamellen, bainitische Partikel, sphäroidisierte Partikel oder ungelöste Karbide erscheinen. Martensit kann latten- oder plattenförmig sein, und sein Erscheinungsbild kann durch das Anlassen verändert werden. Bainit sollte anhand seiner Ferrit-Karbid-Anordnung und seines Umwandlungskontexts identifiziert werden, nicht allein anhand seiner Form. Verwenden Sie für die jeweilige Fragestellung geeignete Mikroskopieverfahren. Die Lichtmikroskopie kann die Verteilung der Gefügebestandteile und die Struktur der Perlitkolonien sichtbar machen; die Rasterelektronenmikroskopie kann feinere Karbidanordnungen auflösen; Härteprüfung und Beugungsverfahren können die metallografische Identifizierung unterstützen, sie jedoch nicht ersetzen. Wenn Restaustenit vermutet wird, geben Sie an, wie er untersucht wurde. Vermeiden Sie die Behauptung, es liege eine einzelne Phase vor, wenn das Bild ein Umwandlungsgemisch zeigt. Ein wiederholbarer Arbeitsablauf umfasst folgende Schritte: Ermitteln Sie die Zusammensetzung und, sofern relevant, ob der Stahl untereutektoid ist; dokumentieren Sie den Ausgangszustand; rekonstruieren Sie Erwärmung, Austenitisierung, Abkühlung, Abschreckung und Anlassen; berücksichtigen Sie Diffusion, den Einfluss der Legierungselemente, die Bauteilgröße und die Abkühlungsgeschwindigkeit; identifizieren Sie die entstandenen Gefügebestandteile; und berichten Sie anschließend die Morphologie getrennt von den nominalen Phasenbezeichnungen. Die Beschreibung von ASM International aus dem Jahr 2024 ist die richtige Korrektur einer auf Härtewerten beruhenden Betrachtungsweise: Gefüge wärmebehandelter Stähle sind Verbindungen aus Eisen, Kohlenstoff und Legierungselementen, die Ferrit, Bainit, Zementit, Martensit und Perlit bilden. Stahl nach einer Wärmebehandlung ist gewöhnlich eine in einem Mischgefüge aufgezeichnete Umwandlungsgeschichte und keine einzelne Härtekategorie. ## Quellen 1. \[1\] ASM International. [Introduction to Steel Heat Treatment](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278662/Introduction-to-Steel-Heat-Treatment-1). ASM Handbook, 2024. [](/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung#wiki-cite-ref-1) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278662/Introduction-to-Steel-Heat-Treatment-1 2. \[2\] ScienceDirect. [Steel Heat Treatment](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steel-heat-treatment). ScienceDirect Topics, 2024. [](/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung#wiki-cite-ref-2) https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steel-heat-treatment 3. \[3\] University of Cambridge Phase Transformations Group. [Steel Microstructure](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2008/Steel_Microstructure/SM.html). Phase Transformations Group reference material, 2008. [](/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung#wiki-cite-ref-3) https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2008/Steel\_Microstructure/SM.html 4. \[4\] ScienceDirect. [Steel Heat Treatment](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steel-heat-treatment). ScienceDirect Topics, 2024. [](/de/wiki/stahlgruppen/stahlmikrostrukturen-nach-der-w%C3%A4rmebehandlung#wiki-cite-ref-4) https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steel-heat-treatment **Auf einen Blick** Ausgangsphase Austenit Wesentliche Umwandlungsprodukte Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit Wesentliche Steuergrößen Kohlenstoffdiffusion, Auswirkungen der Legierungselemente, Zusammensetzung, Kornstruktur, Querschnittsgröße und Abkühlverlauf Grundsatz der Eigenschaften Die mechanischen Eigenschaften folgen der entstehenden Mikrostruktur [Zurück zu Stahlgruppen](/de/wiki/stahlgruppen "Stahlgruppen — Steel Wiki")