--- title: "Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl" description: "Erkunden Sie, wie die Zusammensetzung von Stahl und die Abkühlung die Umwandlungstemperaturen sowie Perlit, Bainit und Martensit beeinflussen." canonical: https://steelequivalents.com/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl language: de robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/steel-transformation-temperatures-and-phases.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/teploty-a-fáze-přeměn-oceli.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/temperaturas-y-fases-de-transformación-del-acero.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/températures-et-phases-de-transformation-de-l-acier.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/acélátalakulási-hőmérsékletek-és-fázisok.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/temperature-e-fasi-della-trasformazione-dell-acciaio.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/transformatietemperaturen-en-fasen-van-staal.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/temperatury-i-fazy-przemian-stali.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/temperaturas-e-fases-de-transformação-do-aço.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/температуры-и-фазы-превращений-стали.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çeliğin-dönüşüm-sıcaklıkları-ve-fazları.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢的转变温度与相.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の変態温度と相.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/درجات-حرارة-تحوّل-الفولاذ-وأطواره.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강철-변태-온도와-상.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/temperaturas-e-fases-da-transformação-do-aço.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-के-रूपांतरण-तापमान-और-प्रावस्थाएँ.md content_hash: sha256:75b3c9377a5488c2ef63fb74866ef3de12125299c517c51a5e431738e868a7a6 generated: 2026-09-25 --- > **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/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl > Canonical URL: https://steelequivalents.com/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl > 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. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl](/images/uploads/42f37647-ca7e-4aca-8147-3f8824994bb6/wiki-hero-a-polished-steel-cross-section-showing-ferrite-pearlite-bainite-martensite-and-r-1920x823.jpg) Wärmebehandlung # Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl Erkunden Sie, wie die Zusammensetzung von Stahl und die Abkühlung die Umwandlungstemperaturen sowie Perlit, Bainit und Martensit beeinflussen. ![Porträt von Anders Bergström, Reporter der Stahlbranche](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/de/nachrichten/autor/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Wärmebehandlung 41 Min. Lesezeit Aktualisiert 14.08.2026 Evidenzbasiert geprüft Auf dieser SeiteAuf dieser Seite - [Was Umwandlungstemperaturen tatsächlich bedeuten](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#was-umwandlungstemperaturen-tatsächlich-bedeuten "Was Umwandlungstemperaturen tatsächlich bedeuten") - [Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: Phasen, Kristallstrukturen und Phasenfelder](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#das-eisen-kohlenstoff-diagramm-phasen-kristallstrukturen-und-phasenfelder "Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: Phasen, Kristallstrukturen und Phasenfelder") - [Austenitbildung beim Erwärmen](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#austenitbildung-beim-erwärmen "Austenitbildung beim Erwärmen") - [Kühlprodukte: Perlit, Bainit, Martensit und proeutektoide Phasen](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#kühlprodukte-perlit-bainit-martensit-und-proeutektoide-phasen "Kühlprodukte: Perlit, Bainit, Martensit und proeutektoide Phasen") - [TTT-Diagramme: Was isotherme Umwandlungsdaten zeigen können und was nicht](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#ttt-diagramme-was-isotherme-umwandlungsdaten-zeigen-können-und-was-nicht "TTT-Diagramme: Was isotherme Umwandlungsdaten zeigen können und was nicht") - [CCT-Diagramme und die Realität industrieller Abkühlpfade](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#cct-diagramme-und-die-realität-industrieller-abkühlpfade "CCT-Diagramme und die Realität industrieller Abkühlpfade") - [Warum sich Umwandlungstemperaturen zwischen Stählen und Verfahren verschieben](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#warum-sich-umwandlungstemperaturen-zwischen-stählen-und-verfahren-verschieben "Warum sich Umwandlungstemperaturen zwischen Stählen und Verfahren verschieben") - [Lesestandards, Bezeichnungen von Gütegraden und Terminologie der Umwandlungen](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#lesestandards-bezeichnungen-von-gütegraden-und-terminologie-der-umwandlungen "Lesestandards, Bezeichnungen von Gütegraden und Terminologie der Umwandlungen") - [Vom Diagramm zur Mikrostruktur: Ein disziplinierter Interpretationsablauf](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#vom-diagramm-zur-mikrostruktur-ein-disziplinierter-interpretationsablauf "Vom Diagramm zur Mikrostruktur: Ein disziplinierter Interpretationsablauf") ## Was Umwandlungstemperaturen tatsächlich bedeuten Eine Umwandlungstemperatur eines Stahls ist keine universelle Zahl, die neben einer Werkstoffgüte angegeben wird. Sie ist eine Grenze oder ein beobachtetes Ereignis, das von der Zusammensetzung, der thermischen Vorgeschichte, der Probengröße, der Erwärmungs- oder Abkühlgeschwindigkeit sowie vom Mechanismus abhängt, durch den sich ein Gefüge in ein anderes umwandelt. Die angegebene Temperatur kann ein Gleichgewicht, den Beginn einer Reaktion beim Erwärmen, den Beginn einer Reaktion beim Abkühlen oder den Zeitpunkt beschreiben, an dem eine bestimmte Messung eine Veränderung erkennt. Diese Werte stehen miteinander in Beziehung, sind aber nicht austauschbar. Eine **Phase** ist ein physikalisch eigenständiges Gefüge mit einer definierten Kristallanordnung und einem bestimmten Zusammensetzungsbereich. In Stahl ist Austenit (γ) kubisch flächenzentriert, Ferrit (α) kubisch raumzentriert und Zementit orthorhombisches Fe₃C, wie von der University of Cambridge in *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) beschrieben. Ein **Gefügebestandteil** ist eine mikrostrukturelle Gruppierung, die mehr als eine Phase enthalten kann. Perlit ist beispielsweise ein aus Ferrit und Zementit bestehender Gefügebestandteil. Ein **Umwandlungsprodukt** ist das aus der Ausgangsphase gebildete Gefüge: Perlit, Bainit, Martensit, proeutektoider Ferrit und proeutektoider Zementit sind die wesentlichen Produkte, die in der Darstellung von ASM zu Austenitumwandlungen aufgeführt werden. Temperatur (°C) Ausgewählte Umwandlungs- und Reineisen-Vergleichstemperaturen, die im Artikel angegeben werden; diese Werte sind nicht mit werkstoffspezifischen kritischen Temperaturen gleichzusetzen. #### Die Reaktion nicht mit jedem Ofenzyklus gleichsetzen Die eutektoide Gleichung bezeichnet die Gleichgewichtsprodukte. Sie bedeutet nicht, dass jeder Stahl mit ungefähr 0.8 wt% Kohlenstoff während eines tatsächlichen Erwärmungs- oder Abkühlungsablaufs bei genau 723 °C dasselbe Gefüge bildet. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil eine Temperatur das Verschwinden einer Phase kennzeichnen kann, ohne den endgültigen Gefügebestandteil zu benennen. Bei ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C unterliegt Austenit der eutektoiden Reaktion γ → α + Fe₃C, gemäß dem Fe–C-Material der University of Cambridge aus dem Jahr 2002. Diese Gleichung gibt die Gleichgewichtsprodukte Ferrit und Zementit an. Sie bedeutet nicht, dass jeder Stahl mit ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff während eines tatsächlichen Ofenzyklus bei genau 723 °C dasselbe Gefüge bildet. ### Gleichgewichtsgrenzen und praktische kritische Temperaturen Die Bezeichnung der Umwandlungstemperaturen unterscheidet Gleichgewichtsgrenzen von Vorgängen beim Erwärmen, Abkühlen und der Martensitbildung. | Bezeichnung | Bedeutung | Thermischer Zustand oder Grenzbereich | |---|---|---| | Ae1 | Eutektoide Gleichgewichtstemperatur | Austenit und ein Gemisch aus Ferrit und Zementit können koexistieren. | | Ae3 | Obere Gleichgewichtsgrenze des Austenits | Bereich Austenit gegenüber Austenit und Ferrit | | Aecm | Obere Gleichgewichtsgrenze zwischen Austenit und Zementit | Bereich Austenit gegenüber Austenit und Zementit | | Ac1 / Ac3 / Accm | Kritische Temperaturen, die beim Erwärmen beobachtet werden | Bildung und Abschluss der Austenitbildung beim Erwärmen | | Ar1 / Ar3 | Kritische Temperaturen, die beim Abkühlen beobachtet werden | Umwandlung beim Abkühlen | | Ms / Mf | Start- und Endtemperaturen der Martensitbildung | Displazitive martensitische Umwandlung | Die Gleichgewichtsnotation beschreibt, was thermodynamisch stabil ist, wenn das System genügend Zeit hat, sich dem Gleichgewicht anzunähern. **Ae1** ist die eutektoide Gleichgewichtstemperatur: die Grenze, an der Austenit und das Ferrit-Zementit-Gemisch bei der angegebenen Zusammensetzung und dem angegebenen Druck koexistieren können. **Ae3** ist die obere Gleichgewichtsgrenze für Austenit in untereutektoidem Stahl; sie trennt Austenit vom Austenit-Ferrit-Gebiet. **Aecm** ist die entsprechende obere Grenze für übereutektoiden Stahl; sie trennt Austenit vom Austenit-Zementit-Gebiet. Der Index „e“ kennzeichnet das Gleichgewicht. Bei langsamer Abkühlung können die kritischen Temperaturen beim Erwärmen etwa 33 °C höher sein als die Werte beim Abkühlen. Strong evidence Betriebliche Temperaturen werden normalerweise mit einer anderen Notation angegeben. **Ac1** und **Ac3** beziehen sich auf während des Erwärmens beobachtete Umwandlungstemperaturen; **Ar1** und **Ar3** beziehen sich auf die beim Abkühlen beobachteten Temperaturen. Das „c“ und das „r“ kennzeichnen Erwärmungs- und Abkühlbedingungen und keine neuen Gleichgewichtsphasen. Beim Erwärmen beginnt sich Austenit möglicherweise erst zu bilden, wenn das Material Ae1 überschreitet, da Keimbildung und Diffusion Zeit benötigen. Beim Abkühlen treten Ferrit, Perlit oder Zementit möglicherweise erst auf, wenn der Stahl unterhalb der Gleichgewichtsgrenze liegt, weil die Reaktion eine Unterkühlung erfordert. ASM International berichtet, dass bei langsamer Abkühlung die kritischen Erwärmungstemperaturen ungefähr 33 °C höher liegen können als die Abkühlungswerte (2024). Dieser Unterschied ist eine Hysterese und kein Fehler im Phasendiagramm. Auch die Zusammensetzung verschiebt diese Grenzen. Kohlenstoff verändert die Stabilität des Austenits und die Temperaturen, bei denen sich Ferrit, Perlit, Zementit und Martensit bilden können. Legierungselemente verschieben die Grenzen und verändern die Reaktionsgeschwindigkeiten; Silizium beispielsweise erhöht den Bereich der Umwandlungstemperaturen, verringert die Kohlenstofflöslichkeit in Austenit und neigt dazu, Eisenkarbid zu dissoziieren. Bereits der Bezug auf reines Eisen ist temperaturabhängig: Cambridge gibt für kubisch flächenzentrierten Austenit ungefähr 910–1400 °C und für die Schmelztemperatur ungefähr 1539 °C an (2005). Eine Stahlsorte kann daher nicht von reinem Eisen eine einzige feste „Austenitisierungstemperatur“ übernehmen. ### Erwärmen, Abkühlen, isothermes Halten und kontinuierliches Abkühlen ![Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl](/images/uploads/22d3d9f4-2d9d-4325-a126-3944f95c845b/wiki-inline-a-thick-steel-component-undergoing-heat-treatment-with-separate-furnace-surface-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/22d3d9f4-2d9d-4325-a126-3944f95c845b/wiki-inline-a-thick-steel-component-undergoing-heat-treatment-with-separate-furnace-surface-1920x1094.avif "Bild vergrößern — Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl")A furnace reading can cross Ac1 while the centre of a thick component remains cooler. #### Wie der thermische Verlauf die Fragestellung verändert 1. **Erwärmen** Bestimmen, wann sich Ferrit und Zementit weit genug auflösen, damit Austenit entsteht. 2. **Abkühlen** Bestimmen, welche Reaktionsbereiche durchlaufen werden und welche Umwandlungsprodukte entstehen können. 3. **Isothermes Halten** Austenit bei einer ausgewählten Temperatur halten und die Umwandlungsstart- und -endzeiten aus einem Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm ablesen. 4. **Kontinuierliches Abkühlen** Einem sich ändernden Temperaturverlauf in einem kontinuierlichen Abkühlungs-Umwandlungsdiagramm folgen. Erwärmen, Abkühlen und Halten führen zu unterschiedlichen Fragestellungen. Beim Erwärmen geht es darum, wann sich Ferrit und Zementit weit genug auflösen, damit sich Austenit bilden kann. Aufgrund des thermischen Nachlaufs können sich die Ofentemperatur, die Oberflächentemperatur und die Kerntemperatur eines dicken Bauteils erheblich unterscheiden. Ein Pyrometer kann Ac1 überschreiten, während der Kern dies noch nicht erreicht hat. Die Querschnittsgröße verändert somit den effektiven Wärmeweg, selbst wenn der nominelle Ofenzyklus identisch ist. Beim Abkühlen bestimmt der Reaktionsweg das Umwandlungsprodukt. Langsames Abkühlen führt zu diffusionsgesteuerten, rekonstruktiven Produkten wie proeutektoidem Ferrit und Perlit, wobei sich Kohlenstoff- und Eisenatome umverteilen können. Schnelleres Abkühlen unterdrückt diese Reaktionen und kann Bainit oder Martensit hervorbringen. Cambridge beschreibt das Bainitwachstum in Bezug auf das Eisengitter als diffusionslos und thermodynamisch unterhalb der T₀-Temperatur möglich, bei der Bainit bei identischer Zusammensetzung eine geringere freie Energie als Austenit besitzt. Martensit ist eine displazitive, im Wesentlichen diffusionslose Umwandlung: Seine Bildung erfordert nicht, dass Kohlenstoff über große Entfernungen wandert, obwohl der Kohlenstoffgehalt seine Starttemperatur stark beeinflusst. Bei einer **isothermen Umwandlung** wird Austenit nach einer schnellen Abkühlung auf die gewählte Temperatur bei dieser Temperatur gehalten. Ein **TTT-Diagramm**—ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm—zeigt, wann unter solchen Haltebedingungen die Bildung und das Ende der Bildung von Produkten einsetzen. Seine C-Kurven stellen zeitabhängige Reaktionen wie Perlit- und Bainitbildung dar, während die Martensit-Starttemperatur **Ms** eine athermische Umwandlung kennzeichnet, die hauptsächlich durch die erreichte Temperatur und nicht durch eine Inkubationszeit bestimmt wird. **Mf** ist die Martensit-Endtemperatur, wobei die Abkühlung oberhalb von Mf beendet werden kann und Restaustenit zurückbleibt. Cambridge berichtet, dass Kohlenstoff Ms, Mf und den Anteil an Restaustenit beeinflusst (2012). Ein **CCT-Diagramm** erfasst dagegen die Umwandlung während des kontinuierlichen Abkühlens. Die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt, welche Startkurven überschritten werden und wie lange der Stahl in den einzelnen Reaktionsbereichen verbleibt. Das NIST-Dokument *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) zeigt, dass sich mit einem CCT-Diagramm die Härtbarkeit abschätzen und das Gefüge bei Raumtemperatur sowie Festigkeit, Härte, Zerspanbarkeit und Ermüdungseigenschaften vorhersagen lassen. Deshalb ist ein CCT-Wert kein Ersatz für einen Ae-Wert. Gleichgewichtsgrenzen beschreiben die zulässige Phasenstabilität; TTT- und CCT-Diagramme beschreiben, wann reale Umwandlungsprodukte entlang bestimmter thermischer Wege auftreten. ## Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: Phasen, Kristallstrukturen und Phasenfelder Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist eine Gleichgewichtskarte und keine Tabelle zum direkten Ablesen von Temperaturen. Seine Phasenfelder zeigen, welche Phasen bei einer bestimmten Zusammensetzung und Temperatur thermodynamisch stabil sind, vorausgesetzt, es steht ausreichend Zeit für die Diffusion zur Verfügung. Tatsächlicher Stahl nimmt häufig einen anderen Weg: Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten verschieben die Umwandlungstemperaturen, Legierungselemente verändern die Phasenstabilität, und eine schnelle Abkühlung kann diffusionsgesteuerte Produkte unterdrücken. Dieselbe nominelle Stahlsorte kann daher abhängig von ihrer thermischen Vorgeschichte Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit, Restaustenit oder Gemische daraus enthalten. Das Diagramm unterscheidet außerdem zwischen einer **Phase**, einem **Gefügebestandteil** und einem **Umwandlungsprodukt**. Ferrit, Austenit und Zementit sind Phasen. Perlit ist ein zweiphasiger Gefügebestandteil. Bainit und Martensit sind Umwandlungsprodukte, deren Strukturen und Zusammensetzungen davon abhängen, wie Austenit zerfällt. ### Ferrit, Austenit und Zementit **Ferrit**, in diesem Zusammenhang üblicherweise als α bezeichnet, ist eine eisenreiche feste Lösung mit einem kubisch-raumzentrierten (BCC) Kristallgitter. Kohlenstoff weist in kubisch-raumzentriertem Ferrit eine sehr geringe Löslichkeit auf, weil die verfügbaren Zwischengitterplätze klein und für Kohlenstoff wenig geeignet sind. Bei gewöhnlichen Temperaturen enthalten niedriggekohlte Stähle Ferrit häufig als zusammenhängende oder Matrixphase. Sein relativ niedriger Kohlenstoffgehalt und sein BCC-Gitter tragen dazu bei, seine geringere Härte im Vergleich zu Martensit zu erklären. **Austenit**, als γ bezeichnet, besitzt ein kubisch-flächenzentriertes (FCC) Kristallgitter. Das FCC-Gitter stellt größere und günstigere Zwischengitterplätze bereit, sodass es deutlich mehr Kohlenstoff löst als Ferrit. Diese Fähigkeit zur Aufnahme von Kohlenstoff ist für die Wärmebehandlung von Stahl von zentraler Bedeutung: Beim Austenitisieren wird versucht, den Kohlenstoff vor der Abkühlung in γ einzulagern. Die Abkühlung bestimmt anschließend, ob sich Perlit, Bainit, Martensit oder ein anderes Gemisch bildet. Für reines Eisen gibt das Material *Stainless Steels: Phase Equilibria* der University of Cambridge aus dem Jahr 2005 für FCC-Austenit einen Bereich von ungefähr 910–1400 °C an. Dieser Bereich gilt spezifisch für reines Eisen und nicht allgemein für Stahl. Reines Eisen schmilzt bei ungefähr 1539 °C, während Kohlenstoff und Legierungszusätze die Phasengrenzen und Umwandlungstemperaturen verschieben. **Zementit**, Fe₃C, ist ein Eisencarbid mit einer orthorhombischen Kristallstruktur. Es handelt sich um eine Verbindungsphase mit ungefähr 6,67 Gew.-% Kohlenstoff, also deutlich mehr, als gewöhnliche Konstruktionsstähle insgesamt enthalten. Zementit ist hart und spröde; seine Menge, Form, Abstände und Kontinuität beeinflussen das mechanische Verhalten in hohem Maße. Die Quelle *Interpretation of the Microstructure of Steels* der University of Cambridge aus dem Jahr 2008 nennt die drei Strukturen direkt: Austenit ist FCC, Ferrit ist BCC und Zementit ist orthorhombisches Fe₃C. Diese Bezeichnungen beschreiben Kristallstrukturen und nicht lediglich das Erscheinungsbild unter dem Mikroskop. Ein Ferritkorn ist eine Phase, selbst wenn es Defekte oder geringe Konzentrationen gelöster Elemente enthält. Zementitteilchen innerhalb von Ferrit bleiben eine separate Phase, weil sich ihre Zusammensetzung und Kristallstruktur unterscheiden. ### Die eutektische Zusammensetzung und Reaktion \[1\] \[1\] [**Materials Science & Metallurgy**](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/MP10-6.pdf). University of Cambridge. University of Cambridge phase-trans materials, 2002. Ein nützliches Ordnungsbeispiel ist der eutektische Punkt. Das Material *Materials Science & Metallurgy* der University of Cambridge aus dem Jahr 2002 gibt für die Reaktion γ→α+Fe3⁢C. ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C an. Beide Werte sind Näherungswerte und quellenabhängig. Veröffentlichte Diagramme können geringfügig abweichende Zahlen zeigen, und zwar aufgrund unterschiedlicher Bezugszustände, experimenteller Daten, Annahmen zur Legierung oder der verwendeten Konvention zur Definition einer kritischen Temperatur. Die Notation selbst ist wichtiger, als 0,8 Gew.-% und 723 °C als exakte Konstanten zu behandeln. Bei der eutektischen Zusammensetzung wandelt sich Austenit beim Unterschreiten der eutektischen Gleichgewichtstemperatur in Ferrit und Zementit um. Unter geeigneten Abkühlungsbedingungen ordnen sich diese Phasen in abwechselnden Platten oder Lamellen an, die **Perlit** genannt werden. Perlit ist weder eine dritte Kristallstruktur noch eine einphasige Struktur. Jede Ferritlamelle ist BCC, jede Zementitlamelle ist orthorhombisches Fe₃C. Das auf Kolonieebene beobachtete Muster ist ein Umwandlungsprodukt oder Gefügebestandteil, der durch das gemeinsame Wachstum zweier Phasen entsteht. Die Abkühlungsgeschwindigkeit verändert den Lamellenabstand und teilweise auch das Produkt selbst. Eine langsame Abkühlung ermöglicht es dem Kohlenstoff, über größere Entfernungen zu diffundieren, und führt tendenziell zu relativ grobem Perlit. Eine schnellere Abkühlung kann feineren Perlit oder Bainit erzeugen oder, wenn die Diffusion weitgehend verhindert wird, Martensit. ASM International führt Perlit, Bainit, Martensit, proeutektoiden Ferrit und proeutektoiden Zementit als einige der wichtigsten aus Austenit gebildeten Produkte auf. \[2\] \[2\] [**Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel**](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nistir3964.pdf). National Institute of Standards and Technology. NIST Interagency Report, 1990. Deshalb ist der Ausdruck „die Umwandlungstemperatur von Stahl“ unvollständig. Ein Gleichgewichtsdiagramm liefert Werte wie Ae₁, die eutektische Gleichgewichtstemperatur, während beim Aufheizen und Abkühlen Ac- und Ar-Temperaturen entstehen, die voneinander abweichen können. ASM weist in *Critical Temperature Ranges* aus dem Jahr 2024 darauf hin, dass die kritischen Temperaturen beim Aufheizen unter langsamer Abkühlung ungefähr 33 °C über den entsprechenden Abkühlungswerten liegen können. Isotherme Umwandlungsdiagramme beschreiben das Halten bei einer ausgewählten Temperatur; Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme bei kontinuierlicher Abkühlung (CCT-Diagramme) beschreiben eine ununterbrochene Abkühlung. Die NIST-Studie *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* aus dem Jahr 1990 zeigt, wie ein CCT-Diagramm die Härtbarkeit abschätzen und das Gefüge bei Raumtemperatur sowie Festigkeit, Härte, Zerspanbarkeit und Ermüdungseigenschaften vorhersagen kann. Silicium ist ein weiterer Grund, vor festen Werten zu warnen. ASM berichtet, dass Silicium den Bereich der Umwandlungstemperaturen erhöht, die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit verringert und zur Dissoziation von Eisencarbid neigt. Die Zusammensetzung verändert die Phasenfelder bereits, bevor der Wärmebehandlungszyklus überhaupt beginnt. ### Proeutektoider Ferrit und proeutektoider Zementit Stähle mit weniger Kohlenstoff als die eutektische Zusammensetzung werden als **hypoeutektoide Stähle** bezeichnet. Beim Abkühlen aus dem Austenit bildet sich zunächst Ferrit, bevor der verbleibende Austenit die eutektische Zusammensetzung erreicht. Dieser früh gebildete Ferrit wird **proeutektoider Ferrit** genannt. Bei der eutektischen Temperatur wandelt sich der verbleibende Austenit anschließend in Perlit um. Ein abschließendes hypoeutektoides Gefüge enthält daher üblicherweise proeutektoiden Ferrit und Perlit, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit und die Legierungselemente auch zur Bildung von Bainit oder Martensit führen können. Stähle mit mehr Kohlenstoff als die eutektische Zusammensetzung werden als **hypereutektoide Stähle** bezeichnet. Zementit bildet sich zuerst aus Austenit, gewöhnlich entlang früherer Austenitkorngrenzen oder an anderen günstigen Stellen. Dies ist **proeutektoider Zementit**. Der verbleibende Austenit nimmt eine eutektische Zusammensetzung an und wandelt sich bei weiterer Abkühlung in Perlit um. Das entstehende Gefüge enthält üblicherweise proeutektoiden Zementit und Perlit. Das Wort „proeutektoid“ bedeutet „vor der eutektischen Reaktion gebildet“ und nicht „gebildet, bevor Austenit existiert“. Beide Produkte bilden sich beim Abkühlen aus Austenit. Ihre Mengen hängen von der Zusammensetzung und dem Weg durch die Phasenfelder ab, während ihre Morphologie von Keimbildung, Diffusion, Korngröße und Abkühlungsgeschwindigkeit abhängt. Bei ausreichend schneller Abkühlung kann die eutektische Zersetzung umgangen werden. Das Material der University of Cambridge zur Stahlmikrostruktur aus dem Jahr 2008 unterscheidet diese rekonstruktiven, diffusionsgesteuerten Reaktionen von displaziven Umwandlungen; Martensit kann sich ohne die weitreichende chemische Diffusion bilden, die zur Bildung von Perlit erforderlich ist. Kohlenstoff beeinflusst außerdem die Martensitstart- und Martensitfinishtemperaturen sowie den Anteil an Restaustenit, wie im Material *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* der University of Cambridge aus dem Jahr 2012 festgehalten ist. ## Austenitbildung beim Erwärmen Austenit entsteht nicht bei einer einheitlichen, universell gültigen Temperatur. Seine Bildung hängt vom Kohlenstoffgehalt, von Legierungszusätzen, der Erwärmungsgeschwindigkeit, der Haltezeit sowie von der vor dem Erwärmen vorhandenen ferritisch-perlitischen oder angelassenen Struktur ab. Die Phase selbst besteht aus kubisch-flächenzentriertem γ-Eisen; Ferrit ist kubisch-raumzentriertes α-Eisen, während Zementit orthorhombisches Fe₃C ist, wie in der Veröffentlichung *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) der University of Cambridge beschrieben. Das Erwärmen verändert sowohl die Kristallstruktur als auch die Verteilung des Kohlenstoffs zwischen diesen Phasen. Die Symbole Ac1, Ac3 und Accm bezeichnen praktische, beim Erwärmen gemessene oder beobachtete kritische Temperaturen. Das „c“ kennzeichnet das Erwärmen, während die „1“ den Beginn der Austenitbildung markiert. Ac1 ist daher die Temperatur, bei der sich erstmals Austenit aus Ferrit und Perlit beziehungsweise bei einem übereutektoiden Stahl aus Perlit und Zementit bildet. Ac3 ist die Temperatur, bei der der letzte voreutektoide Ferrit in einem untereutektoiden Stahl verschwindet. Accm ist die entsprechende obere Grenze für einen übereutektoiden Stahl: Oberhalb dieser Temperatur ist Zementit in Lösung gegangen und die Struktur vollständig austenitisch, abgesehen von ungelösten Legierungskarbiden. Diese Temperaturen sind nicht mit Ae1, Ae3 und Aecm gleichzusetzen. Die Ae-Bezeichnung bezieht sich auf Gleichgewichtsbedingungen, bei denen sich die Phasenanteile durch Diffusion bei einer festgelegten Zusammensetzung und Temperatur anpassen können. Ac-Werte beschreiben einen realen Erwärmungsvorgang und verschieben sich daher mit der Erwärmungsgeschwindigkeit, der Probengröße, dem Ausgangszustand und dem Messverfahren. ASM International gibt an, dass die kritischen Temperaturen beim Erwärmen unter langsamer Abkühlung ungefähr 33 °C über den entsprechenden Werten beim Abkühlen liegen können (*Critical Temperature Ranges*, 2024). Ein veröffentlichter Ac1- oder Ac3-Wert muss daher stets einer Stahlzusammensetzung und einer Prüfbedingung zugeordnet sein. ### Überschreiten von Ac1, Ac3 und Accm Bei einem untereutektoiden Stahl, beispielsweise einem typischen niedriggekohlten Baustahl, besteht die Ausgangsstruktur üblicherweise aus Ferrit und Perlit. In der Nähe der eutektoiden Zusammensetzung beginnen sich die Perlitkolonien bei Ac1 umzuwandeln. Bei ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C lautet die eutektoide Gleichgewichtsreaktion γ → α + Fe₃C, gemäß den Materialien *Materials Science & Metallurgy* (2002) der University of Cambridge. Beim Erwärmen läuft diese Reaktion umgekehrt ab: Ferrit und Zementit innerhalb des Perlits werden verbraucht und bilden Austenit. Die Umwandlung erfolgt nicht als vollkommen scharfe Front. Austenit keimt an Ferrit-Zementit-Grenzflächen, an den Grenzen von Perlitkolonien und an anderen Stellen hoher Energie. Anschließend wächst er in den umgebenden Ferrit hinein. Da Kohlenstoff wesentlich schneller durch Austenit diffundiert als substitutionelle Legierungselemente, wird die Kohlenstoffkonzentration in der frühen Phase ungleichmäßig. Der verbleibende Ferrit löst sich erst auf, wenn die Temperatur in Richtung Ac3 steigt. Unterhalb von Ac3 besteht das Gemisch aus Austenit und voreutektoidem Ferrit; oberhalb von Ac3 ist die Matrix austenitisch. Ein übereutektoider Stahl durchläuft einen anderen Weg. Der Perlit wandelt sich nach Ac1 um, während voreutektoider Zementit an den früheren Austenitkorngrenzen oder innerhalb der Struktur verbleibt. Austenit liegt erst dann vollständig vor, wenn die Temperatur Accm überschreitet und sich der Zementit ausreichend aufgelöst hat. Das Erwärmen knapp über Ac1 kann daher Austenit mit einem beträchtlichen Zementitanteil hinterlassen. Diesen Zustand als „vollständig austenitisiert“ zu bezeichnen, ist nicht korrekt. Für reines Eisen ordnen die Phasengleichgewichtsdaten von Cambridge den kubisch-flächenzentrierten Austenit einem Temperaturbereich zwischen ungefähr 910 und 1400 °C zu; der Schmelzpunkt liegt bei etwa 1539 °C. Stahl folgt nicht diesen Grenzwerten für reines Eisen: Kohlenstoff und Legierungselemente verschieben die Grenzen, und das industrielle Erwärmen findet häufig weit vom Gleichgewicht entfernt statt. Die praktische Frage lautet daher nicht einfach, ob ein Ofen eine angegebene Temperatur erreicht hat. Entscheidend ist vielmehr, ob die erforderlichen Phasen innerhalb des gesamten Querschnitts ausreichend Zeit zur Umwandlung hatten. ### Kohlenstoffauflösung und Umverteilung von Karbiden Kohlenstoff muss den Zementit verlassen und durch den wachsenden Austenit diffundieren. Eine feine Perlitstruktur wandelt sich gewöhnlich schneller um als grober Perlit, da sie eine größere Ferrit-Zementit-Grenzflächenfläche und kürzere Diffusionswege bietet. Vorherige Kaltverformung, Korngröße, Seigerungen und eine vorausgegangene Anlassbehandlung verändern ebenfalls die Keimstellen und Auflösungsgeschwindigkeiten. #### Verarbeitungsgrenze Eine Ofentemperatur oberhalb von Ac1, Ac3 oder Accm darf nicht als Beleg dafür angesehen werden, dass der Querschnitt vollständig austenitisiert ist. Wärmeverzug, Querschnittsgröße, vorheriges Gefüge, Legierungskarbide und Haltezeit können dazu führen, dass das Bauteil chemisch und strukturell uneinheitlich bleibt. Nach Ac1 kann der neu gebildete Austenit weniger Kohlenstoff als den Gleichgewichtswert bei dieser Temperatur enthalten, während die Bereiche in der Nähe des sich auflösenden Zementits mehr Kohlenstoff enthalten. Halten ermöglicht die Umverteilung des Kohlenstoffs. Eine unzureichende Zeit kann ungelösten Zementit, kohlenstoffarmen Austenit oder lokale Zusammengradienten zurücklassen. Eine überhöhte Temperatur oder zu lange Haltezeit kann die früheren Austenitkörner vergrößern, selbst wenn die Auflösung bereits vollständig ist. Legierungskarbide verlangsamen den Vorgang. Chrom-, Molybdän-, Vanadium-, Niob- und Titanhaltige Karbide können weit oberhalb der Temperatur stabil bleiben, die zur Auflösung von gewöhnlichem Fe₃C erforderlich ist. Ihr Verbleib kann beabsichtigt sein; er bedeutet jedoch, dass eine nominelle „Austenitisierungstemperatur“ nicht garantiert, dass jedes kohlenstoffhaltige Teilchen in Lösung gegangen ist. Kohlenstoff und substitutionelle Atome segregieren außerdem während des Gießens und der vorherigen Verarbeitung, sodass sich die lokalen Umwandlungstemperaturen innerhalb eines Bauteils unterscheiden können. ### Einfluss von Silizium und Legierungszusätzen Silizium ist ein anschauliches Beispiel dafür, warum jede Umwandlungstemperatur zusammen mit der Zusammensetzung angegeben werden muss. ASM International berichtet, dass Silizium den Umwandlungstemperaturbereich anhebt, die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit vermindert und dazu neigt, Eisenkarbid zu dissoziieren. In siliziumlegierten Stählen unterscheiden sich daher die Zementitstabilität und die Kohlenstoffverteilung von den entsprechenden Verhältnissen in unlegiertem Kohlenstoffstahl. Dies kann zu einer höheren praktischen Erwärmungsgrenze, einer veränderten Karbidauflösung und einer stärkeren Tendenz führen, dass Kohlenstoff während des Wärmezyklus zwischen Austenit und anderen Gefügebestandteilen verteilt bleibt. Mangan senkt im Allgemeinen die kritischen Umwandlungstemperaturen und erhöht die Härtbarkeit, während Nickel den Austenit stabilisiert und Chrom, Molybdän, Vanadium, Niob und Titan stabile Karbide oder Nitride bilden können. Die kombinierte Wirkung lässt sich nicht aus der Betrachtung eines einzelnen Elements ableiten. Auch die Erwärmungsgeschwindigkeit ist von Bedeutung: Eine schnelle Erwärmung kann zu höheren beobachteten Ac-Werten führen, weil Diffusion und Keimbildung hinter der Ofentemperatur zurückbleiben. Der entstehende Austenit steuert die nachfolgende Umwandlung. Beim Abkühlen kann er je nach Zusammensetzung und Abkühlungsverlauf Perlit, Bainit, voreutektoiden Ferrit, voreutektoiden Zementit oder Martensit bilden. Der Bericht *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) des NIST zeigt, warum ein ZTU-Schaubild zur Abschätzung der Härtbarkeit und zur Vorhersage des Gefüges bei Raumtemperatur, der Festigkeit, Härte, Zerspanbarkeit und Ermüdungseigenschaften verwendet wird. Die Austenitbildung ist der Ausgangszustand, keine Garantie für ein bestimmtes Endgefüge. ## Kühlprodukte: Perlit, Bainit, Martensit und proeutektoide Phasen Abkühlungsgeschwindigkeit und Endpunkt bestimmen, ob der Stahl rekonstruktive Produkte, Bainit, Martensit oder Gemische bildet. | Abkühlungsbedingung oder Produkt | Vorherrschender Mechanismus | Typisches im Artikel beschriebenes Ergebnis | |---|---|---| | Langsame Abkühlung | Diffusionsgesteuerte, rekonstruktive Umwandlung | Proeutektoider Ferrit oder Zementit und Perlit | | Mittlere Abkühlung | Displazitive Änderung des Eisengitters mit Umverteilung des Kohlenstoffs | Bainit | | Schnelle Abkühlung | Koordinierte displazitive Umwandlung mit begrenzter Diffusion über große Entfernungen | Martensit | | Abkühlung endet oberhalb von Mf | Martensitische Umwandlung bleibt unvollständig. | Zurückgehaltener Austenit | | Gemischter Abkühlungsverlauf | Mehr als ein Umwandlungsbereich wird durchlaufen. | Gemisch aus Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit oder zurückgehaltenem Austenit | Austenit besitzt kein zwangsläufiges Kühlprodukt. Das Ergebnis hängt vom Kohlenstoff- und Legierungsgehalt, von der ursprünglichen Austenitkorngröße, vom Erwärmungszustand, von der Abkühlgeschwindigkeit und von der Verweildauer bei jeder Temperatur ab. ASM International bezeichnet Perlit, Bainit, Martensit, proeutektoiden Ferrit und proeutektoiden Zementit als die wichtigsten Produkte der Austenitumwandlung. Diese Bezeichnungen beschreiben nicht alle dieselbe Art von Struktur: Ferrit und Zementit sind Phasen, Perlit und Bainit sind Umwandlungsprodukte, die mehr als eine Phase enthalten, und Martensit ist eine übersättigte Phase, die durch einen anderen Mechanismus entsteht. Die bekannte eutektoide Reaktion veranschaulicht diesen Unterschied. Die University of Cambridge, *Materials Science & Metallurgy* (2002), ordnet die Reaktion etwa bei 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C ein: γ→α+Fe3⁢C Hierbei ist γ kubisch-flächenzentrierter Austenit, α kubisch-raumzentrierter Ferrit und Fe₃C orthorhombischer Zementit, wie in *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) der University of Cambridge beschrieben. Die Temperatur ist ein Gleichgewichtsreferenzwert und kein allgemeiner Umschaltpunkt. Die tatsächliche Umwandlung kann abhängig vom thermischen Weg und von der Zusammensetzung unterhalb oder oberhalb dieses Wertes beginnen. ### Perlit als rekonstruktives, diffusionsgesteuertes Produkt Perlit entsteht, wenn Austenit kooperativ in abwechselnde Schichten aus Ferrit und Zementit zerfällt. Der Kohlenstoff muss umverteilt werden: Ferrit kann nur eine geringe Menge Kohlenstoff lösen, während Zementit wesentlich mehr Kohlenstoff aufnimmt. Auch das Eisengitter wird von der kubisch-flächenzentrierten Anordnung des Austenits in die kubisch-raumzentrierte Struktur des Ferrits umgebaut. Es handelt sich daher um eine rekonstruktive, diffusionsgesteuerte Umwandlung und nicht um eine einfache Formänderung des bestehenden Gitters. Der kooperative Charakter ist von Bedeutung. Die Ferritbildung weist Kohlenstoff in den angrenzenden Austenit zurück, erhöht dort die lokale Kohlenstoffkonzentration und unterstützt dadurch die Bildung von Zementit. Die Zementitbildung schafft ihrerseits Bedingungen, unter denen benachbarter Ferrit wachsen kann. Die entstehenden Kolonien enthalten Lamellen, deren Abstand stark von der Umwandlungstemperatur abhängt. Höhere Umwandlungstemperaturen erzeugen im Allgemeinen gröberen Perlit; niedrigere Temperaturen führen zu feinerem Perlit, weil die verfügbare Diffusionsstrecke kürzer ist. Die Abkühlgeschwindigkeit verändert nicht nur die Starttemperatur, sondern auch den Lamellenabstand, den Anteil und die Morphologie des Produkts. Bei untereutektoiden Stählen bildet sich proeutektoider Ferrit, bevor der verbleibende Austenit die eutektoide Zusammensetzung erreicht. Er wächst bevorzugt entlang der ursprünglichen Austenitkorngrenzen und entzieht dem nicht umgewandelten Austenit Kohlenstoff, sodass dieser Austenit zunehmend kohlenstoffreicher wird. Bei übereutektoiden Stählen bildet sich stattdessen proeutektoider Zementit, üblicherweise entlang der Austenitkorngrenzen, während der verbleibende Austenit im Vergleich zur ursprünglichen Legierung kohlenstoffärmer wird, bevor er sich in Perlit umwandelt. Das Endgefüge kann daher Ferrit und Perlit oder Zementit und Perlit enthalten und nicht nur Perlit. Die Bezeichnungen Ae1, Ae3 und Aecm beschreiben Gleichgewichtsgrenzen: Ae1 ist die eutektoide Grenze, Ae3 trennt bei geeigneten Zusammensetzungen den Austenit vom Austenit plus proeutektoidem Ferrit, und Aecm kennzeichnet die entsprechende Zementitgrenze. Die kritischen Temperaturen beim Erwärmen und Abkühlen müssen nicht übereinstimmen. ASM International stellt in *Critical Temperature Ranges* (2024) fest, dass bei langsamer Abkühlung die kritischen Temperaturen beim Erwärmen etwa 33 °C über den Werten beim Abkühlen liegen können. Kinetik und thermische Hysterese sind keine Fehler im Zustandsdiagramm; sie sind Teil der Umwandlung. ### Bainit und die T₀-Bedingung Bainit nimmt eine Zwischenstellung ein, die durch vereinfachte Diagramme häufig verschleiert wird. Sein Wachstum ist in Bezug auf das Eisengitter diffusionslos: Eisenatome bewegen sich koordiniert und displazitiv, anstatt einzeln über lange Strecken zu diffundieren. Kohlenstoff wird dadurch jedoch nicht bedeutungslos. Der während der anfänglichen Gitteränderung gebildete übersättigte Ferrit muss den Kohlenstoff umverteilen, üblicherweise in den Austenit oder in ein Karbid, abhängig von der Stahlzusammensetzung und den Umwandlungsbedingungen. Bainit ist daher weder Perlit mit einem feineren Lamellenabstand noch Martensit, der bei einer höheren Temperatur gebildet wurde. T₀-Temperatur **T₀-Temperatur** Die Temperatur, bei der Austenit und Bainitferrit gleicher Zusammensetzung die gleiche freie Energie besitzen; unterhalb dieser Temperatur ist die angegebene bainitische Umwandlung thermodynamisch zulässig. Die University of Cambridge beschreibt in *The Bainite Reaction* (2024) das Bainitwachstum als diffusionslos in Bezug auf das Eisengitter und als thermodynamisch möglich unterhalb der T₀-Temperatur. T₀ ist die Temperatur, bei der Austenit und bainitischer Ferrit mit identischer chemischer Zusammensetzung die gleiche freie Energie besitzen. Unterhalb von T₀ weist bainitischer Ferrit mit unveränderter Zusammensetzung eine niedrigere freie Energie als Austenit auf, sodass der displazitive Schritt thermodynamisch zulässig ist. Oberhalb von T₀ fehlt dieser Umwandlung mit gleicher Zusammensetzung die entsprechende Triebkraft. Diese Bedingung bedeutet nicht, dass sich jede Legierung sofort in Bainit umwandelt, sobald sie T₀ unterschreitet. Keimbildungsbarrieren, Kohlenstoffaufteilung, Karbidausscheidung, Legierungszusätze, Gitterfehler und die verfügbare Zeit beeinflussen die Reaktion. Das endgültige Bainitgefüge kann Ferrit und Karbide enthalten, und sein Erscheinungsbild hängt davon ab, ob sich zwischen den Ferritplatten Karbide bilden oder ob ihre Bildung durch die Zusammensetzung und die Verarbeitung unterdrückt wird. Silizium erhöht beispielsweise den Bereich der Umwandlungstemperaturen, verringert die Kohlenstofflöslichkeit im Austenit und neigt dazu, Eisencarbid zu dissoziieren; solche Effekte verändern den Umwandlungsweg und das Produkt, anstatt lediglich eine einzige festgelegte Temperatur zu verschieben. Ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm stellt diese kinetischen Grenzen durch C-Kurven dar. Ein kontinuierliches Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm liefert eine andere Aussage, weil sich die Probe während des Ablaufs der Umwandlung durch verschiedene Temperaturen bewegt. NIST stellt in *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) fest, dass ein CCT-Diagramm die Härtbarkeit abschätzen und das Mikrogefüge, die Festigkeit, die Härte, die Zerspanbarkeit und die Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur vorhersagen kann. Diese Vorhersagemöglichkeit erklärt, warum eine Abkühlgeschwindigkeit nicht durch eine einzelne „Bainittemperatur“ ersetzt werden kann. ### Martensit als displazitive, athermische Umwandlung ![Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl](/images/uploads/4f4a4ba0-d202-4ace-b34a-46aba4087485/wiki-inline-the-displacive-transformation-of-face-centred-cubic-austenite-into-carbon-supers-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/4f4a4ba0-d202-4ace-b34a-46aba4087485/wiki-inline-the-displacive-transformation-of-face-centred-cubic-austenite-into-carbon-supers-1920x1920.avif "Bild vergrößern — Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl")Martensite forms by coordinated lattice displacement rather than long-range carbon diffusion. Martensit entsteht durch eine koordinierte Scherung und Verschiebung des Austenitgitters. Die Umwandlung ist displazitiv: Die Eisenatome bewegen sich über kurze Strecken, ohne die für Perlit erforderliche weitreichende chemische Diffusion. Kohlenstoff wird im umgewandelten Gitter eingeschlossen und verursacht Übersättigung und Verzerrung. Bei Kohlenstoffstahl wird der entstehende Martensit üblicherweise als kubisch-raumzentrierte tetragonale Struktur beschrieben, obwohl seine Tetragonalität mit dem Kohlenstoffgehalt und dem Anlassen variiert. Martensit beginnt sich bei der Martensitstarttemperatur Ms zu bilden, wenn der Abkühlverlauf eine ausreichende Triebkraft für die Keimbildung bereitstellt. Die Umwandlung wird als athermisch bezeichnet, weil die gebildete Menge hauptsächlich von der erreichten Temperatur und nicht von der Haltezeit bei einer konstanten Temperatur abhängt. Ms ist daher eine Umwandlungstemperatur und keine Garantie dafür, dass der gesamte Austenit umgewandelt wurde. Eine weitere Abkühlung erzeugt im Allgemeinen mehr Martensit, jedoch kann bei Raumtemperatur ein Teil des Austenits verbleiben. \[3\] \[3\] [**Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel**](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Manna/Part2.pdf). University of Cambridge. University of Cambridge phase-trans materials, 2012. Mf, die Martensitendtemperatur, unterliegt derselben Einschränkung. Sie kennzeichnet einen extrapolierten oder gemessenen Abschlussbereich der martensitischen Reaktion unter festgelegten Bedingungen und stellt keine absolute Zusicherung dar, dass kein Restaustenit vorhanden ist. Das Cambridge-Dokument *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* (2012) zeigt ausdrücklich, dass Kohlenstoff Ms, Mf und die Anteile an Restaustenit beeinflusst. Auch Legierungselemente und vorausgegangene Umwandlungen verschieben das Ergebnis. Eine schnelle Abkühlung kann rekonstruktive Produkte unterdrücken und die Bildung von Martensit ermöglichen, aber „schnell“ hängt von der jeweiligen Stahlsorte ab. Das CCT-Diagramm eines Stahls kann bei einer Abkühlgeschwindigkeit Perlit oder Bainit vor Ms und bei einer anderen Martensit zeigen. Die Phasenauswahl folgt daher der gesamten thermischen Vorgeschichte: Gleichgewichtstemperaturen kennzeichnen mögliche Zustände, TTT-Diagramme beschreiben die isotherme Kinetik und CCT-Diagramme die tatsächliche kontinuierliche Abkühlung. Die Temperatur allein beschreibt niemals die gesamte Geschichte des Mikrogefüges. ## TTT-Diagramme: Was isotherme Umwandlungsdaten zeigen können und was nicht Ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm (TTT-Diagramm) zeichnet auf, was geschieht, wenn Austenit auf eine ausgewählte Temperatur gebracht und dort gehalten wird. Es handelt sich nicht um eine universelle Tabelle fester Umwandlungstemperaturen. Die Kurven gelten für eine angegebene Stahlzusammensetzung, eine bestimmte Austenitisierungsbehandlung, eine bestimmte vorherige Korngröße sowie eine experimentelle Definition des Beginns und des Endes der Umwandlung. Zur Erstellung des Diagramms wird eine Probe zunächst weit genug in das Austenitgebiet erwärmt, um die erforderliche γ-Struktur zu erzeugen. Anschließend wird sie schnell auf eine ausgewählte Haltetemperatur abgeschreckt. Das Abschrecken muss eine Umwandlung während des Temperaturabfalls vermeiden. Bei der Haltetemperatur wird die Probe isotherm gehalten, während ihre sich verändernde Struktur durch Dilatometrie, Metallografie, magnetische Messungen oder ein anderes Verfahren erfasst wird. Der Zeitpunkt, zu dem die Umwandlung nachweisbar wird, wird als Startpunkt eingetragen; der Zeitpunkt, zu dem der ausgewählte Anteil als vollständig umgewandelt beurteilt wird, wird als Endpunkt eingetragen. Durch die Wiederholung dieses Verfahrens bei zahlreichen Temperaturen entstehen die bekannten Kurven. Das Ergebnis trennt Umwandlungsprodukte, Phasen und Temperaturen voneinander. Austenit ist eine Phase: kubisch-flächenzentriertes γ-Eisen, das Kohlenstoff und Legierungselemente enthält. Perlit und Bainit sind Umwandlungsprodukte, die normalerweise aus Ferrit und Karbid in unterschiedlichen Anordnungen bestehen. Auch Martensit ist ein Umwandlungsprodukt, das aus Austenit durch eine displazive Gitteränderung entsteht. Bei der eutektoiden Reaktion verändert sich Austenit nahe 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C gemäß γ → α + Fe₃C, wie von der University of Cambridge (2002) beschrieben. Cambridge bezeichnet Ferrit als kubisch-raumzentriert und Zementit als orthorhombisches Fe₃C. ### Lesen der C-Kurven Die Temperatur ist auf der vertikalen Achse und die Zeit, üblicherweise logarithmisch, auf der horizontalen Achse aufgetragen. Ein Stahl wird austenitisiert, schnell auf einen Punkt im Diagramm abgekühlt und anschließend horizontal gehalten. Schneidet diese horizontale Linie bei 650 °C erstmals eine Umwandlungsstartkurve, entspricht die verstrichene Zeit bis zu diesem Schnittpunkt der Inkubationszeit vor dem Nachweis der Umwandlung. Bei fortgesetztem Halten bewegt sich die Struktur auf die entsprechende Endkurve zu. Der Bereich zwischen den beiden Kurven stellt ein Gemisch aus nicht umgewandeltem Austenit und Umwandlungsprodukt dar, nicht eine einzelne Phase mit einer genau festgelegten Temperatur. Die Kurven biegen sich bei einer mittleren Temperatur häufig in Richtung kurzer Zeiten und bilden eine „Nase“. In der Nähe dieser Nase ist die Umwandlung am schnellsten, weil die treibende Kraft beträchtlich ist, während die Atombewegung noch ausreichend schnell bleibt. Bei höheren Temperaturen verlangsamt die geringe treibende Kraft die Keimbildung; bei niedrigeren Temperaturen verlangsamt die reduzierte Diffusion das Wachstum. Die Nase kennzeichnet daher eine Zeit-Temperatur-Bedingung und keine einzelne kritische Temperatur. Ein isothermes Halten oberhalb des relevanten Bereichs kann groben Perlit erzeugen; ein Halten bei niedrigerer Temperatur kann je nach Zusammensetzung und Diagramm feineren Perlit oder Bainit hervorbringen. Die genauen Grenzen variieren mit Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Silizium, der vorherigen Austenitkorngröße und der Austenitisierungspraxis. Silizium erhöht beispielsweise den Umwandlungstemperaturbereich, senkt die Kohlenstofflöslichkeit im Austenit und neigt dazu, Eisenkarbid zu dissoziieren. Auch die kritischen Temperaturen beim Erwärmen und Abkühlen müssen nicht übereinstimmen: ASM International (2024) berichtet, dass die kritischen Temperaturen beim Erwärmen unter langsamer Abkühlung ungefähr 33 °C über den Werten beim Abkühlen liegen können. Eine TTT-Kurve kann nicht direkt auf ein Bauteil übertragen werden, das kontinuierlich abkühlt. Ein Ofen, ein Ölbad, eine Schweißnaht oder ein dickwandiger Querschnitt folgt einem geneigten Temperatur-Zeit-Verlauf statt einer horizontalen Haltekurve. Während dieses Verlaufs kann das Material Temperaturen durchlaufen, bei denen die Umwandlung beginnt, doch die verfügbare Zeit verändert sich kontinuierlich. Ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm bei kontinuierlicher Abkühlung (CCT-Diagramm) ist für dieses Problem das geeignete Hilfsmittel. Die Untersuchung von NIST (1990) zu Stahl SAE 1141 verwendet CCT-Daten, um die Härtbarkeit abzuschätzen und die Mikrostruktur bei Raumtemperatur, die Festigkeit, die Härte, die Zerspanbarkeit und die Ermüdungseigenschaften vorherzusagen. Ein TTT-Diagramm kann weiterhin als Orientierung dienen, doch seine Anwendung auf kontinuierliche Abkühlung erfordert eine entsprechende Einordnung, häufig durch berechnete Abkühlungskurven oder experimentell ermittelte CCT-Daten. ### Rekonstruktive und displazive Umwandlungsbereiche Die getrennten C-Kurven in vielen Stahldiagrammen spiegeln unterschiedliche Mechanismen wider und nicht lediglich verschiedene Bezeichnungen für dasselbe Ereignis. Rekonstruktive Umwandlungen erfordern, dass Atome Grenzflächen überschreiten und sich durch diffusionsgesteuerte Prozesse neu anordnen. Perlit ist das Standardbeispiel: Ferrit und Zementit bilden sich, während sich der Kohlenstoff verteilt und sich das Eisengitter von austenitischen zu ferritischen Bereichen verändert. Proeutektoider Ferrit oder proeutektoider Zementit gehört ebenfalls zu dieser diffusionsgesteuerten Gruppe, wenn er sich vor der eutektoiden Reaktion bildet. Bainit nimmt einen anderen Bereich ein. Cambridge’s *The Bainite Reaction* (2024) stellt fest, dass das Bainitwachstum hinsichtlich des Eisengitters diffusionslos ist und unterhalb der T₀-Temperatur thermodynamisch möglich ist, bei der Bainit gleicher Zusammensetzung eine geringere freie Energie als Austenit besitzt. Die Umwandlung verbindet daher eine displazive Veränderung des Eisengitters mit einer Umverteilung oder Ausscheidung von Kohlenstoff, durch die die endgültige bainitische Struktur bestimmt wird. Bainit sollte nicht einfach als „feiner Perlit“ behandelt werden. Martensit bildet sich, wenn Austenit so schnell abgekühlt wird, dass rekonstruktive Umwandlungen unterdrückt werden. Sein Gitter verändert sich durch eine koordinierte Verschiebung, wobei während der Bildung im Wesentlichen keine Langstreckendiffusion stattfindet. Der Martensitbereich wird folglich durch Temperaturen und nicht durch gewöhnliche zeitabhängige C-Kurven dargestellt. ### Ms, Mf und Restaustenit **Ms**, die Martensitstarttemperatur, wird erreicht, wenn die Abkühlung von Austenit die Bildung von Martensit einsetzt. Die Umwandlung ist im relevanten Bereich athermisch: Die gebildete Menge hängt hauptsächlich von der erreichten Temperatur und nicht von der Haltezeit bei einer konstanten Temperatur ab. **Mf**, die Martensitendtemperatur, ist die nominelle Temperatur, bei der die definierte martensitische Umwandlung abgeschlossen ist. Mf kann unterhalb der Raumtemperatur liegen. In diesem Fall bleibt beim Abkühlen auf Raumtemperatur ein Teil des Austenits ungewandelt. Dabei handelt es sich um Restaustenit und nicht um eine separate Gleichgewichtsphase, die durch einfaches Nachschlagen einer Temperatur ausgewählt wird. Restaustenit ist eine Folge der Zusammensetzung und des Abkühlungsverlaufs; seine Menge kann sich während des anschließenden Anlassens, im Einsatz oder durch Verformung verändern. Kohlenstoff hat einen starken Einfluss auf alle drei Größen. Das TTT-Material der University of Cambridge (2012) zeigt, dass Kohlenstoff Ms, Mf und den Restaustenitanteil beeinflusst: Eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts senkt im Allgemeinen Ms und Mf und erhöht den Austenitanteil, der nach einer bestimmten Abkühlungsbehandlung verbleibt. Auch Legierungselemente und die vorherige Verarbeitung verändern das Ergebnis. Eine in einem Diagramm mit Ms bezeichnete Linie gehört daher zu dem jeweiligen Stahl und seinen Prüfbedingungen; sie kann nicht unkritisch auf eine andere Stahlsorte oder ein anderes Bauteil übertragen werden. ## CCT-Diagramme und die Realität industrieller Abkühlpfade ### Kontinuierliches Abkühlen durch Umwandlungsbereiche Ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm (TTT-Diagramm) beschreibt, was geschieht, wenn Austenit bei einer ausgewählten Temperatur gehalten wird. Diese Bedingung ist für die Untersuchung isothermer Reaktionen nützlich, entspricht jedoch nicht der üblichen thermischen Vorgeschichte eines Stahlbauteils. Schmiedestücke verlassen das Gesenk und geben kontinuierlich Wärme ab. Gewalzte Erzeugnisse kühlen in einem sich verändernden Temperaturfeld ab. Normalisierte und geglühte Stähle durchlaufen während der Ofen- oder Luftkühlung Umwandlungsbereiche, während abgeschreckte Bauteile diese Bereiche häufig schnell durchqueren, bevor sie die Martensitstarttemperatur Ms erreichen. ![Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl](/images/uploads/66c0e349-3ed2-48a5-8ae9-a419f18ae2f5/wiki-inline-a-steel-heat-treatment-technician-tracing-a-real-cooling-curve-from-a-hot-compon-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/66c0e349-3ed2-48a5-8ae9-a419f18ae2f5/wiki-inline-a-steel-heat-treatment-technician-tracing-a-real-cooling-curve-from-a-hot-compon-1920x1288.avif "Bild vergrößern — Umwandlungstemperaturen und -phasen von Stahl")Continuous cooling follows a changing path through the transformation ranges. Ein kontinuierliches Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm (CCT-Diagramm) ist daher häufig die praktischere Darstellung. Seine Grenzen für den Beginn und das Ende der Umwandlung werden gegen eine kontinuierlich fallende Temperatur aufgetragen. Eine in das Diagramm eingezeichnete Abkühlkurve zeigt, wann und wie lange Austenit den Temperaturbereich durchläuft, in dem sich ein bestimmtes Umwandlungsprodukt bilden kann. Die Kurve kann in einen Bereich für den Beginn der Ferritbildung eintreten, sich in den Bereich der Perlitbildung fortsetzen, Bainit durchlaufen und schließlich Ms überschreiten, sodass sich der verbleibende Austenit in Martensit umwandelt. Das endgültige Gefüge kann folglich aus einem Gemisch und nicht aus einer einzigen bezeichneten Phase oder einem einzigen Umwandlungsprodukt bestehen. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit nicht nach demselben Mechanismus entstehen. Proeutektoider Ferrit oder Zementit kann sich in untereutektoiden beziehungsweise übereutektoiden Stählen vor der eutektoiden Reaktion bilden. In der Nähe der eutektoiden Zusammensetzung, bei ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C, unterliegt Austenit gemäß dem Material *Materials Science & Metallurgy* der University of Cambridge (2002) der Umwandlung γ → α + Fe₃C. Dabei ist α Ferrit und Fe₃C Zementit. *Interpretation of the Microstructure of Steels* der University of Cambridge (2008) bezeichnet Austenit als kubisch flächenzentriert, Ferrit als kubisch raumzentriert und Zementit als orthorhombisches Fe₃C. Bei niedrigeren Temperaturen kann sich Bainit durch eine Umwandlung bilden, die hinsichtlich des Eisengitters diffusionslos ist, obwohl die Umverteilung von Kohlenstoff für die Reaktion und ihre Produkte weiterhin von Bedeutung bleibt. *The Bainite Reaction* der University of Cambridge (2024) stellt fest, dass das Wachstum von Bainit unterhalb der T₀-Temperatur thermodynamisch möglich ist, da Bainit dort eine geringere freie Energie besitzt als Austenit gleicher Zusammensetzung. Bei ausreichend schneller Abkühlung können diffusionsgesteuerte Produkte umgangen werden. Das Austenitgitter wandelt sich dann durch eine displazive Umwandlung in Martensit um, beginnend bei Ms; die Martensitbildung ist athermisch, sodass die gebildete Menge hauptsächlich davon abhängt, wie weit die Temperatur unter Ms fällt, und nicht von der Haltezeit bei einer bestimmten Temperatur. Auch eine CCT-Kurve ist keine universelle Eigenschaft von „Stahl“. Austenitisierungstemperatur, Haltezeit, vorausgehendes Ferrit-Perlit- oder Bainitgefüge, Korngröße, Legierungsgehalt und Kühlmedium beeinflussen sämtlich das Ergebnis. Silizium beispielsweise erhöht den Bereich der Umwandlungstemperaturen, verringert die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit und neigt dazu, Eisenkarbid zu dissoziieren. Selbst die beim Aufheizen und Abkühlen gemessenen kritischen Temperaturen müssen nicht übereinstimmen: *Critical Temperature Ranges* von ASM International (2024) berichtet, dass bei langsamer Abkühlung die kritischen Temperaturen beim Aufheizen ungefähr 33 °C über den Werten beim Abkühlen liegen können. ### Das Beispiel SAE 1141 Der Bericht des National Institute of Standards and Technology *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) liefert ein nützliches Anwendungsbeispiel. SAE 1141 ist ein resulfuriertes mittelgekohltes Stahlmaterial, das üblicherweise mit der SAE/AISI-Gütenbezeichnung 1141 bezeichnet wird. Der Schwefelzusatz verbessert die Zerspanbarkeit, doch die Güte reagiert weiterhin auf das gesamte Zusammenspiel von Kohlenstoffgehalt, Austenitzustand, Abkühlgeschwindigkeit und Querschnittsgeometrie. In der NIST-Arbeit werden CCT-Daten verwendet, um die Abkühlpfade des Austenits mit dem Gefüge bei Raumtemperatur zu verknüpfen, anstatt der Güte eine einzige Umwandlungstemperatur zuzuordnen. Ein relativ langsamer Pfad kann vor dem Erreichen niedrigerer Temperaturen die Ferrit- und Perlitbereiche schneiden. Ein schnellerer Pfad kann einige oder alle dieser Reaktionen unterdrücken, in einen Bainitbereich eintreten oder eine diffusionsgesteuerte Umwandlung vermeiden, bis er Ms überschreitet und Martensit bildet. Wenn die Abkühlkurve mehr als einen Bereich für den Umwandlungsbeginn schneidet, kann der resultierende Stahl proeutektoiden Ferrit plus Perlit, Perlit plus Bainit, Bainit plus Martensit oder mehrere Produkte gleichzeitig enthalten. Austenit, der beim Ende der Abkühlung nicht umgewandelt ist, kann als Restaustenit bestehen bleiben. Dieser letzte Anteil ist kein nebensächliches Detail. *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* der University of Cambridge (2012) weist ausdrücklich darauf hin, dass Kohlenstoff Ms, die Martensitfinishtemperatur Mf und den Anteil an Restaustenit beeinflusst. Wird der Stahl nur auf eine Temperatur oberhalb von Mf abgekühlt, kann ein Teil des Austenits erhalten bleiben. Er kann sich später während des Einsatzes, der Bearbeitung oder einer anschließenden Wärmebehandlung umwandeln und dadurch Abmessungen und Spannungen verändern. Die NIST-Untersuchung zu SAE 1141 macht den praktischen Punkt unmittelbar deutlich: Ein CCT-Diagramm für Stahl kann verwendet werden, um die Härtbarkeit abzuschätzen und das Gefüge bei Raumtemperatur, die Festigkeit, die Härte, die Zerspanbarkeit und die Ermüdungseigenschaften vorherzusagen. Diese Vorhersagen sind Schätzungen und kein Ersatz für die Überprüfung des tatsächlichen thermischen Zyklus und des Querschnitts. Eine Abkühlkurve an der Oberfläche kann deutlich links von den Umwandlungsgrenzen verlaufen, während das Zentrum langsamer abkühlt und Ferrit und Perlit bildet. Dasselbe Bauteil kann daher eine harte martensitische Randschicht und einen weicheren Mischkern aufweisen. ### Härtbarkeit, Querschnittsgröße und Eigenschaftsprognose #### Härtbarkeit im Vergleich zur Härte Die Härte beschreibt den Widerstand gegen Eindringen oder Verformung in einem bestimmten Zustand. Die Härtbarkeit beschreibt die Fähigkeit eines Stahls, unter einer festgelegten Austenitisierungsbehandlung und Abkühlungsbedingung Martensit zu bilden, sowie die Tiefe, bis zu der dies möglich ist. Härtbarkeit wird häufig mit Härte verwechselt. Es handelt sich um unterschiedliche Messgrößen. Härte beschreibt den Widerstand gegen Eindringen oder Verformung unter einer bestimmten Bedingung. Härtbarkeit beschreibt die Fähigkeit eines Stahls, unter einer festgelegten Austenitisierungsbehandlung und Abkühlbedingung Martensit zu bilden, sowie die Tiefe, bis zu der dies möglich ist. Ein Stahl mit hoher Härtbarkeit besitzt keinen einheitlichen universellen Härtewert. Seine Härte hängt weiterhin vom Kohlenstoffgehalt, vom Martensitanteil, vom Anlassen und von der örtlichen Abkühlgeschwindigkeit ab. Die Querschnittsgröße verändert diese Abkühlgeschwindigkeit. Ein dünner Stab kann über seinen gesamten Querschnitt so schnell abkühlen, dass Ferrit und Perlit umgangen werden. Bei einem dicken Schmiedestück verlangsamt die im Zentrum gespeicherte Wärme die Abkühlkurve, sodass die Kurve in Umwandlungsbereiche für den Beginn der Umwandlung eintreten kann, die von der Oberfläche vermieden werden. Das Zentrum kann dann Bainit oder Perlit enthalten, während die Oberfläche Martensit aufweist. Dieser Temperaturgradient erzeugt außerdem Unterschiede bei der Volumenänderung und der Umwandlungsspannung, die zu Verzug, Abschreckrissen und Eigenspannungen beitragen können. Die Interpretation eines CCT-Diagramms muss daher mit dem tatsächlichen Prozess beginnen: Austenitisierungstemperatur und -zeit, Kontakt mit Ofen oder Gesenk, Verzögerung beim Umsetzen, Kühlmedium, Bewegung des Kühlmediums, Ausrichtung des Bauteils und örtliche Querschnittsdicke. Die vorhergesagten Produkte bieten anschließend einen Weg zur Abschätzung der Eigenschaften. Ferrit und grober Perlit verringern im Allgemeinen Festigkeit und Härte, verbessern jedoch gegenüber nicht angelassenem Martensit die Zerspanbarkeit; Bainit nimmt eine mittlere und stark von den Bedingungen abhängige Stellung ein; Martensit erhöht Härte und Festigkeit, kann jedoch die Zähigkeit verringern, sofern er nicht angelassen wird. Gemische und Gradienten beeinflussen ebenfalls die Ermüdung, da örtliche Härte, Eigenspannung, Einschlüsse und Restaustenit die Rissinitiierung und das Risswachstum verändern. Eine Temperaturtabelle kann diese Effekte nicht erfassen. Ein Abkühlpfad kann es. ## Warum sich Umwandlungstemperaturen zwischen Stählen und Verfahren verschieben Eine Umwandlungstemperatur ist kein universeller Nachschlagewert für „Stahl“. Sie bezeichnet eine Bedingung, unter der eine bestimmte Phasenumwandlung für eine festgelegte Zusammensetzung und einen bestimmten thermischen Verlauf möglich oder nachweisbar wird. Das Ergebnis hängt außerdem davon ab, ob das Diagramm das Gleichgewicht, ein isothermes Halten oder kontinuierliches Abkühlen beschreibt. Perlit, Bainit, Martensit, proeutektoider Ferrit und proeutektoider Zementit sind unterschiedliche Umwandlungsprodukte und keine austauschbaren Bezeichnungen für eine einzige Temperatur. ### Kohlenstoffgehalt und Legierungschemie Kohlenstoff verändert sowohl die Gleichgewichtsgrenzen als auch die beim Abkühlen gebildeten Produkte. Im Eisen-Kohlenstoff-System findet die eutektoide Reaktion bei ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C statt: γ→α+Fe3⁢C Die *Materials Science & Metallurgy* der University of Cambridge (2002) gibt diese Reaktion für die Umwandlung von Austenit in Ferrit und Zementit an. Austenit besitzt ein kubisch-flächenzentriertes Gitter, Ferrit ein kubisch-raumzentriertes Gitter, und Zementit ist orthorhombisches Fe₃C, wie in Cambridges *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) beschrieben. Eine Änderung des Kohlenstoffgehalts verschiebt die eutektoide Zusammensetzung und Temperatur und verändert, welche Phase vor der eutektoiden Reaktion auftritt. Hypoeutektoide Stähle können proeutektoiden Ferrit bilden; hypereutektoide Stähle können proeutektoiden Zementit bilden. Kohlenstoff verändert außerdem die Temperatur, bei der Martensitbildung beginnt, Ms, sowie die Temperatur, bei der die martensitische Umwandlung im Wesentlichen abgeschlossen ist, Mf. Das Cambridge-Dokument *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* (2012) weist ausdrücklich darauf hin, dass Kohlenstoff Ms, Mf und den Anteil an Restaustenit beeinflusst. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt sinken Ms und Mf im Allgemeinen. Fällt Mf unter die Raumtemperatur, kann ein Teil des Austenits untransformiert bleiben. Dieser Restaustenit ist kein Hinweis darauf, dass der Stahl eine einzelne, festgelegte „Härtetemperatur“ verfehlt hat; er spiegelt die Zusammensetzung und den Endpunkt der Abkühlung wider. Der Mechanismus ist entscheidend. Perlit und proeutektoide Produkte erfordern eine Umverteilung des Kohlenstoffs und werden durch Diffusion gesteuert. Martensit entsteht durch eine schnelle, displazive Änderung, sodass sich das Eisengitter ohne die weitreichende Kohlenstoffdiffusion umwandeln kann, die für die Bildung von Zementit erforderlich ist. Bainit lässt sich als Zwischenbeschreibung einordnen: Cambridges *The Bainite Reaction* (2024) stellt fest, dass sein Wachstum in Bezug auf das Eisengitter diffusionslos erfolgt und unterhalb der T₀-Temperatur thermodynamisch möglich ist, bei der Bainit gleicher Zusammensetzung eine geringere freie Energie als Austenit besitzt. Legierungszusätze können diese Beziehungen verschieben, ihre Auswirkungen sollten jedoch nicht als identisch betrachtet werden. Silizium liefert hierfür ein dokumentiertes Beispiel. ASM International erklärt, dass Silizium den Bereich der Umwandlungstemperaturen anhebt, die Löslichkeit von Kohlenstoff im Austenit verringert und dazu neigt, Eisenkarbid zu dissoziieren. Folglich können siliziumhaltige Stähle nicht anhand eines unveränderten Eisen-Kohlenstoff-Diagramms für unlegierte Kohlenstoffstähle interpretiert werden. Dies rechtfertigt jedoch nicht die Anwendung einer einzigen Korrektur auf jedes Legierungselement: Jedes Element verändert die Phasenstabilität, die Diffusion, die Karbidchemie oder eine Kombination dieser Faktoren. ### Hysterese beim Erwärmen und Abkühlen Die beim Erwärmen gemessene Temperatur muss nicht der beim Abkühlen gemessenen Temperatur entsprechen. Beim Erwärmen müssen sich Ferrit und Zementit lösen, und Austenit muss keimen und wachsen; dies erfordert thermische Aktivierung und Zeit. Beim Abkühlen zerfällt Austenit durch einen anderen Keim- und Wachstumsprozess. Die Umwandlung weist daher eine Hysterese auf, selbst wenn der Ofen die Temperatur langsam verändert. ASM Internationals *Critical Temperature Ranges* (2024) gibt an, dass die kritischen Temperaturen beim Erwärmen unter Bedingungen langsamer Abkühlung ungefähr 33 °C über den Werten beim Abkühlen liegen können. Dies ist eine quantifizierte Aussage der Quelle und keine universelle Toleranz für jeden Ofenzyklus oder jede Legierung. Schnelleres Erwärmen kann den scheinbaren Überschwinger vergrößern, da Diffusion und Keimbildung der gemessenen Temperatur hinterherhinken. Eine schnelle Abschreckung kann die Bildung von Perlit und Bainit lange genug unterdrücken, damit Martensit entsteht, während ein isothermes Halten eine Umwandlung bei einer Temperatur ermöglichen kann, die nicht dem Startpunkt in einem Diagramm für kontinuierliches Abkühlen entspricht. Diese Unterscheidung trennt Gleichgewichtstemperaturen wie Ae1, Ae3 und Aecm von den praktischen, beim Erwärmen und Abkühlen gemessenen Ac- und Ar-Temperaturen. Ein TTT-Diagramm beschreibt die Umwandlung während eines isothermen Haltens nach dem Austenitisieren. Ein CCT-Diagramm verfolgt eine sich kontinuierlich verändernde Temperatur. Das NIST-Dokument *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) verwendet CCT-Daten, um die Härtbarkeit abzuschätzen und das Gefüge bei Raumtemperatur, die Festigkeit, die Härte, die Zerspanbarkeit und die Ermüdungseigenschaften vorherzusagen. Eine CCT-Kurve ist daher eine Prozesskarte und kein Ersatz für Phasengleichgewichtsdaten. ### Vorherige Austenitkorngröße, Zeit und Temperaturgradienten Die Austenitisierungszeit verändert mehr, als die Anzeige des Thermometers vermuten lässt. Ausreichend langes Halten kann Karbide lösen, den Kohlenstoff homogenisieren und ein Wachstum der Austenitkörner ermöglichen. Eine unzureichende Zeit kann ungelöstes Karbid oder kohlenstoffreiche und kohlenstoffarme Bereiche zurücklassen, sodass verschiedene Teile desselben Bauteils mit unterschiedlichen Umwandlungstendenzen abzukühlen beginnen. Eine übermäßig lange Haltezeit führt häufig zu gröberen vorherigen Austenitkörnern, wodurch sich die insgesamt für die Keimbildung verfügbare Korngrenzfläche verringert und diffusionsgesteuerte Umwandlungen oft verzögert werden. Die vorherige Austenitkorngröße verändert folglich die Kinetik, erzeugt jedoch keine neue Gleichgewichtszusammensetzung. Feine Körner bieten mehr Keimbildungsstellen und können während des Abkühlens die frühere Bildung von Ferrit oder Perlit fördern. Grobe Körner können die Härtbarkeit erhöhen, indem sie diese an Korngrenzen keimbildenden Produkte verzögern und dadurch einem größeren Austenitanteil ermöglichen, bainitische oder martensitische Bedingungen zu erreichen. Die genaue Verschiebung hängt vom Kohlenstoffgehalt, der Legierungschemie, dem Zustand der Korngrenzen und der Abkühlgeschwindigkeit ab. Reale Bauteile folgen dem Ofenprogramm nur selten gleichmäßig. Ein dickwandiger Querschnitt verliert an seiner Oberfläche Wärme, während sein Kern heiß bleibt, wodurch sich über den Querschnitt unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten ergeben. Die Temperaturgleichmäßigkeit im Ofen, die Anordnung der Beschickung, der Kontakt mit Vorrichtungen und die Oxidation der Oberfläche beeinflussen zusätzlich den tatsächlichen thermischen Verlauf. Die Oberfläche kann einen Perlit- oder Bainitbereich durchlaufen, während sich der Kern noch oberhalb davon befindet; später kann sich der Kern unter einer langsameren Abkühlgeschwindigkeit als die Oberfläche umwandeln. Daher kann eine nominell gleiche Wärmebehandlung an verschiedenen Stellen Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit hervorbringen. Die Temperatur ist wichtig, doch der durch die Temperatur zurückgelegte Weg bestimmt, welches Umwandlungsprodukt entsteht. ## Lesestandards, Bezeichnungen von Gütegraden und Terminologie der Umwandlungen ### SAE 1141 und die Grenzen gütegradspezifischer Diagramme Ein Umwandlungsdiagramm ist eine Aufzeichnung für eine bestimmte Zusammensetzung und einen definierten thermischen Verlauf, keine universelle Temperaturtabelle. Ein mit **SAE 1141** bezeichnetes CCT-Diagramm gilt für die chemische Zusammensetzung, die Austenitisierungsbehandlung, die Probengröße und das Prüfverfahren, mit denen dieses Diagramm erstellt wurde. Es sollte nicht als „das Kohlenstoffstahldiagramm“ umbenannt und erst recht nicht ohne Einschränkung auf niedriglegierten Stahl, nichtrostenden Stahl oder Werkzeugstahl angewendet werden. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil Legierungselemente die Phasenstabilität, Diffusionsgeschwindigkeiten, Karbidbildung und Umwandlungskinetik verändern. Kohlenstoff verändert den Bereich der Austenit-Martensit-Umwandlung und den Anteil des Restaustenits; die Veröffentlichung *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* der University of Cambridge aus dem Jahr 2012 weist ausdrücklich auf Auswirkungen auf **Ms**, **Mf** und die Anteile des Restaustenits hin. Silizium erhöht laut *Critical Temperature Ranges* von ASM International aus dem Jahr 2024 den Bereich der Umwandlungstemperaturen, verringert die Löslichkeit von Kohlenstoff im Austenit und neigt dazu, Eisenkarbid zu dissoziieren. Nickel, Chrom, Molybdän und Mangan können Umwandlungskurven verschieben und diffusionsgesteuerte Produkte verzögern. Ein nichtrostender Stahl kann außerdem Ferrit-, Austenit- oder intermetallische Phasenfelder enthalten, die in einem Reinkohlenstoffdiagramm fehlen, während Werkzeugstähle Legierungskarbid bilden können, die sowohl die Gleichgewichtszustände als auch die beobachteten Umwandlungsprodukte verändern. Selbst die vertraute Referenz für reines Eisen ist von der Zusammensetzung abhängig. Die Veröffentlichung *Stainless Steels: Phase Equilibria* der University of Cambridge aus dem Jahr 2005 ordnet kubisch-flächenzentrierten Austenit in reinem Eisen ungefähr dem Bereich von 910–1400 °C zu und gibt eine Schmelztemperatur von ungefähr 1539 °C an. Diese Werte definieren nicht die kritischen Temperaturen von **SAE 1141**. Die Veröffentlichung *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* des NIST aus dem Jahr 1990 zeigt die sachgerechte Verwendung eines gütegradspezifischen CCT-Diagramms: zur Abschätzung der Härtbarkeit und zur Vorhersage des bei Raumtemperatur vorliegenden Gefüges sowie der Festigkeit, Härte, Zerspanbarkeit und Ermüdungseigenschaften unter festgelegten Abkühlbedingungen. Eine angegebene Temperatur benötigt daher den zugehörigen Beleg. Anzugeben sind die Gütebezeichnung und die Norm, die Grundlage der Zusammensetzung – Nennzusammensetzung, Schmelzanalyse oder gemessene Zusammensetzung – sowie das Ausgangsgefüge, die Austenitisierungstemperatur und Haltezeit, die Aufheiz- oder Abkühlgeschwindigkeit, die Probengeometrie, der Diagrammtyp und das Messverfahren. Dilatometrie, Differenzialthermoanalyse, Messung des elektrischen Widerstands und metallografische Unterbrechungsversuche können unterschiedliche scheinbare Start- und Endtemperaturen ergeben. ### Bezeichnungen Ae, Ac, Ar, Ms, Mf und Aecm Das Präfix **Ae** bezeichnet eine Gleichgewichts-Umwandlungstemperatur. **Ae1** ist somit die eutektoide Grenze unter Gleichgewichtsbedingungen, und **Ae3** ist die obere Grenze, die bei untereutektoidem Stahl mit der Ferritbildung aus Austenit verbunden ist. **Aecm** bezeichnet die Gleichgewichtsgrenze zwischen Austenit und Zementit auf der kohlenstoffreichen Seite. Der Index „cm“ bezieht sich auf Zementit, **Fe₃C**. Die annähernd eutektoide Zusammensetzung beträgt 0,8 Gew.-% Kohlenstoff. Bei etwa 723 °C gibt das Lehrmaterial *Materials Science & Metallurgy* der University of Cambridge aus dem Jahr 2002 die Reaktion **γ → α + Fe₃C** an. Dabei ist γ Austenit und α Ferrit. Diese Gleichung beschreibt die Phasen im Gleichgewicht; sie besagt nicht, dass jeder Stahl, der auf 723 °C abgekühlt wird, Perlit bildet. Das Präfix **Ac** bezieht sich auf eine während des Aufheizens gemessene kritische Temperatur, während **Ar** eine während des Abkühlens gemessene Temperatur bezeichnet. Ac1 und Ar1 können sich unterscheiden, weil Keimbildung, Auflösung, Diffusion und thermische Verzögerung von der Geschwindigkeit und dem Ausgangsgefüge abhängen. ASM International berichtet, dass bei langsamer Abkühlung die kritischen Temperaturen beim Aufheizen ungefähr 33 °C höher sein können als die Werte beim Abkühlen. **Ms** ist die Martensitstarttemperatur während des Abkühlens, und **Mf** ist die Martensitendtemperatur. Martensit ist ein durch eine Verschiebungsumwandlung und weitgehend diffusionslos gebildetes Produkt; eine unzureichende Abkühlung unterhalb von Mf kann Restaustenit zurücklassen. TTT-Diagramme kennzeichnen häufig Ms, während CCT-Diagramme zeigen, wie kontinuierliches Abkühlen die Bereiche von Perlit, Bainit und Martensit schneidet. ### Phasen, Gefügebestandteile und die Beschreibung des Mikrogefüges Eine Phase ist ein physikalisch und chemisch unterscheidbarer Teil eines Materials mit definierter Struktur und einem bestimmten Zusammensetzungsbereich. Die Veröffentlichung *Interpretation of the Microstructure of Steels* der University of Cambridge aus dem Jahr 2008 beschreibt Austenit als kubisch-flächenzentriert, Ferrit als kubisch-raumzentriert und Zementit als orthorhombisches **Fe₃C**. Ein Phasenfeld in einem Gleichgewichtsdiagramm sagt voraus, welche Phasen bei einer bestimmten Zusammensetzung und Temperatur stabil sind. Es ist kein Foto und legt weder Teilchengröße, Abstand, Morphologie noch Umwandlungsgeschwindigkeit fest. Ein Gefügebestandteil ist ein beobachtetes mikrostrukturelles Produkt oder Aggregat. Perlit ist gewöhnlich ein Ferrit-Zementit-Aggregat; Bainit enthält ferritische Bereiche und durch einen eigenständigen Umwandlungsmechanismus entstandene Karbidanordnungen; Martensit ist übersättigter umgewandelter Ferrit mit einer charakteristischen Morphologie und einem charakteristischen Kohlenstoffzustand. ASM International behandelt Perlit, Bainit, Martensit, voreutektoiden Ferrit und voreutektoiden Zementit sowohl unter isothermen Bedingungen als auch bei kontinuierlicher Abkühlung als wesentliche Umwandlungsprodukte des Austenits. Die Veröffentlichung *The Bainite Reaction* der University of Cambridge aus dem Jahr 2024 stellt fest, dass das Bainitwachstum hinsichtlich des Eisengitters diffusionslos ist und unterhalb von **T₀** thermodynamisch möglich wird, da Bainit dort eine niedrigere freie Energie besitzt als Austenit identischer Zusammensetzung. Berichte sollten daher berechnete Phasenfelder von gemessenen Gefügebestandteilen getrennt ausweisen. Es ist anzugeben, ob die Quelle ein Gleichgewichtsdiagramm des Systems Fe–C oder Fe–Fe₃C, ein TTT-Diagramm oder ein CCT-Diagramm ist; anschließend ist darzulegen, wie die Umwandlung nachgewiesen und wie das Endgefüge untersucht wurde. Ein Bild einer polierten und geätzten Oberfläche, ein Ergebnis der Röntgendiffraktion, eine dilatometrische Kurve und ein Härteprofil beantworten unterschiedliche Fragen. Eine Temperaturangabe ohne diesen Kontext ist eine unvollständige Bezeichnung. ## Vom Diagramm zur Mikrostruktur: Ein disziplinierter Interpretationsablauf Ein Umwandlungsdiagramm ist keine Tabelle zur Ablesung von Temperaturen. Es ist eine Darstellung für eine festgelegte Zusammensetzung, einen bestimmten Zustand der Probe, einen definierten Erwärmungs- oder Abkühlungsverlauf und eine bestimmte Versuchsmethode. Die disziplinierte Fragestellung lautet daher nicht: „Welche Phase bildet sich bei 700 °C?“, sondern: „Welches Material liegt vor, welchen Verlauf hat es durchlaufen, und welche Umwandlungsmechanismen hatten ausreichend Zeit, abzulaufen?“ ### Mit der Zusammensetzung und dem vorgesehenen Temperaturverlauf beginnen #### Mindestinformationen zur Auswertung eines Umwandlungsdiagramms - **Zusammensetzung** Die Stahlbezeichnung sowie die Gehalte an Kohlenstoff und Legierungselementen erfassen. - **Ausgangszustand** Das Ausgangsmikrogefüge und die Korngröße erfassen, sofern bekannt. - **Geometrie** Querschnittsdicke und Probenabmessungen erfassen. - **Austenitisieren** Austenitisierungstemperatur und Haltezeit erfassen. - **Thermischer Verlauf** Erwärmungsgeschwindigkeit, Abkühlungsgeschwindigkeit, Abkühlmedium und Verzögerung beim Umsetzen erfassen. - **Validierung** Die vorhergesagte Abfolge mit mikroskopischen Untersuchungen und gemessenen Eigenschaften vergleichen. Beginnen Sie damit, die Stahlbezeichnung und die chemische Zusammensetzung zu erfassen. „Kohlenstoffstahl“ ist für eine zuverlässige Vorhersage zu weit gefasst. Ein eutektoider unlegierter Kohlenstoffstahl verhält sich anders als SAE 1141, und beide unterscheiden sich von legierten Stählen, die Chrom, Molybdän, Nickel, Mangan oder Silicium enthalten. Erfassen Sie die Gehalte an Kohlenstoff und Legierungselementen, den Ausgangszustand, die Korngröße, sofern bekannt, die Querschnittsdicke, die Austenitisierungstemperatur, die Haltezeit sowie die Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeiten. Die Bezeichnung sollte anhand der tatsächlichen Schmelzenanalyse überprüft werden, wenn Entscheidungen vom Ergebnis abhängen. Geringfügige Änderungen der chemischen Zusammensetzung können die Umwandlungstemperaturen verschieben und die Anteile der Umwandlungsprodukte verändern. Silicium erhöht beispielsweise den Umwandlungstemperaturbereich, senkt die Kohlenstofflöslichkeit im Austenit und neigt dazu, Eisenkarbid zu dissoziieren. Selbst die Richtung der Temperaturänderung ist von Bedeutung: ASM International berichtet, dass bei langsamer Abkühlung die kritischen Temperaturen beim Erwärmen ungefähr 33 °C höher sein können als die entsprechenden Werte beim Abkühlen. Klassifizieren Sie anschließend den thermischen Prozess. Eine Gleichgewichtsberechnung setzt extrem langsame Änderungen und ausreichend Zeit voraus, damit sich die Phasen ihren Gleichgewichtszusammensetzungen annähern können. Bei einer isothermen Behandlung wird der Stahl schnell auf eine ausgewählte Temperatur gebracht und dort gehalten; dies ist die in einem TTT-Diagramm dargestellte Bedingung. Bei einer kontinuierlichen Abkühlbehandlung folgt die Temperatur einem veränderlichen Verlauf; sie wird durch ein CCT-Diagramm dargestellt. Ofenabkühlung, Luftabkühlung, Abschrecken in Öl und Abschrecken in Wasser sind kontinuierliche Verläufe und keine isothermen Haltezeiten, selbst wenn ihre Endtemperaturen ähnlich sind. Das bekannte Fe–C-Diagramm liefert nützliche Grenzlinien, sagt jedoch nicht jede industrielle Mikrostruktur voraus. In reinem Eisen ist kubisch-flächenzentrierter Austenit nach *Stainless Steels: Phase Equilibria* (2005) der University of Cambridge ungefähr von 910 bis 1400 °C stabil, und reines Eisen schmilzt bei ungefähr 1539 °C. Diese Werte gelten nicht unverändert für legierten Stahl. Bei ungefähr 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und 723 °C lautet die eutektoide Reaktion γ → α + Fe₃C; ein realer Stahl kann jedoch bereits vor der Bildung des eutektoiden Gefügebestandteils voreutektoiden Ferrit oder Zementit enthalten. ### Den Verlauf durch TTT- oder CCT-Daten verfolgen Wählen Sie das Diagramm, das zum Prozess passt. Lokalisieren Sie in einem TTT-Diagramm den Austenitisierungszustand, gehen Sie schnell zur Haltetemperatur und lesen Sie anschließend während der Haltezeit den Beginn und das Ende der Umwandlung ab. Zeichnen oder wählen Sie in einem CCT-Diagramm die tatsächliche Abkühlungskurve und bestimmen Sie jeden Bereich, den sie durchquert. Übertragen Sie eine Startzeit aus einem TTT-Diagramm nicht unmittelbar auf eine CCT-Behandlung; der Stahl durchläuft während der fortschreitenden Umwandlung einen Temperaturbereich. Schreiben Sie die Abfolge ausdrücklich auf. Ein untereutektoider Stahl kann zunächst voreutektoiden Ferrit aus Austenit bilden, gefolgt von Perlit. Ein übereutektoider Stahl kann vor dem Perlit voreutektoiden Zementit bilden. Eine Abkühlungskurve, die den Perlitbereich vermeidet, kann in den Bainitbereich eintreten und anschließend Ms, die Martensitstarttemperatur, überschreiten. Das endgültige Gefüge kann folglich Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Restaustenit in unterschiedlichen Anteilen enthalten. Diese Bezeichnungen beschreiben außerdem unterschiedliche Arten von Bestandteilen. Ferrit, Austenit und Zementit sind Phasen: Die University of Cambridge identifiziert sie in *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) als kubisch-raumzentrierten Ferrit, kubisch-flächenzentrierten Austenit beziehungsweise orthorhombisches Fe₃C. Perlit und Bainit sind Umwandlungsprodukte mit charakteristischen Phasenanordnungen, während Martensit ein durch eine Verschiebung gebildetes Umwandlungsprodukt ist. Eine Umwandlungstemperatur kennzeichnet eine Grenze oder ein Ereignis, jedoch keinen garantiert vorliegenden endgültigen Gefügebestandteil. Der Mechanismus ist von Bedeutung. Rekonstruktive Umwandlungen erfordern atomare Diffusion und können Ferrit, Perlit oder Zementit hervorbringen, wenn der Verlauf ausreichend Zeit für eine Umverteilung des Kohlenstoffs bietet. Martensit bildet sich ohne die für diese Reaktionen erforderliche weitreichende chemische Diffusion. Bainit weist eine andere Kombination aus Gitteränderung und Kohlenstoffumverteilung auf; die University of Cambridge stellt in *The Bainite Reaction* (2024) fest, dass das Bainitwachstum bezüglich des Eisengitters diffusionslos ist und unterhalb der T₀-Temperatur thermodynamisch möglich ist. Martensit ist nicht automatisch das letzte Produkt. Wenn Ms unterhalb der Raumtemperatur liegt oder die Abkühlung endet, bevor der Austenit vollständig umgewandelt ist, kann Restaustenit verbleiben. Das TTT-Material der University of Cambridge (2012) weist ausdrücklich darauf hin, dass Kohlenstoff Ms, die Martensitfinishtemperatur Mf und die Anteile an Restaustenit beeinflusst. „Abgeschreckter Stahl“ kann daher ein Mischgefüge und nicht 100 % Martensit bedeuten. ### Vorhersagen durch Mikroskopie und Prüfung der Eigenschaften validieren Betrachten Sie das Ergebnis des Diagramms als Vorhersage. Bestätigen Sie es, indem Sie eine repräsentative Probe herstellen, sie mit einem für den Stahl geeigneten Verfahren polieren und ätzen und das Gefüge anschließend durch Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie oder eine andere geeignete Methode untersuchen. Die Metallographie kann die Morphologie des Ferrits, den Perlitabstand, Bainitbündel, Martensitbereiche, Karbidnetzwerke, Entkohlung und Seigerungen sichtbar machen. Einige Bestandteile erfordern jedoch eine sorgfältige Interpretation, da der Ätzkontrast kein unmittelbares Phasenlabel darstellt. Messen Sie die Härte an festgelegten Stellen und geben Sie die Prüfmethode, die Prüfkraft und den Probenahmeplan an. Ergänzen Sie Zug-, Kerbschlag-, Ermüdungs-, Maß- oder Restaustenitmessungen, wenn die Anwendung dies erfordert. Die Härte allein kann nicht jedes Mischgefüge unterscheiden oder die Zähigkeit bestimmen. Ein kontinuierliches Abkühlungs-Umwandlungsdiagramm (CCT-Diagramm) eines Stahls kann verwendet werden, um die Härtbarkeit abzuschätzen und das Mikrogefüge, die Festigkeit, die Härte, die Zerspanbarkeit und die Ermüdungseigenschaften bei Raumtemperatur vorherzusagen. Limited evidence Der NIST-Bericht *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) veranschaulicht den praktischen Zweck von CCT-Daten: Ein solches Diagramm kann die Härtbarkeit abschätzen und die Mikrostruktur bei Raumtemperatur sowie Festigkeit, Härte, Zerspanbarkeit und Ermüdungseigenschaften vorhersagen. „Vorhersagen“ bleibt dabei das maßgebliche Wort. Ein Diagrammdatensatz gehört zu einer bestimmten Zusammensetzung, einem bestimmten Kornzustand, einer bestimmten Probengröße und einem bestimmten Prüfverfahren. Wenn die Folgen eines Fehlers erheblich sind, verfolgen Sie den Temperaturverlauf, dokumentieren Sie die vorhergesagte Abfolge und vergleichen Sie sie mit den Ergebnissen der Mikroskopie und den gemessenen Eigenschaften, bevor Sie das Umwandlungsmodell akzeptieren. ## Quellen 1. \[1\] University of Cambridge. [Materials Science & Metallurgy](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/MP10-6.pdf). University of Cambridge phase-trans materials, 2002. [](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#wiki-cite-ref-1) https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/MP10-6.pdf 2. \[2\] National Institute of Standards and Technology. [Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nistir3964.pdf). NIST Interagency Report, 1990. [](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#wiki-cite-ref-2) https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nistir3964.pdf 3. \[3\] University of Cambridge. [Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Manna/Part2.pdf). University of Cambridge phase-trans materials, 2012. [](/de/wiki/w%C3%A4rmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl#wiki-cite-ref-3) https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Manna/Part2.pdf **Wichtige Fakten** Eutectoide Zusammensetzung Etwa 0.8 wt% Kohlenstoff Eutektoide Temperatur Etwa 723 °C Austenitbereich von Reineisen Etwa 910–1400 °C Schmelztemperatur von Reineisen Etwa 1539 °C Hysterese bei langsamer Abkühlung Die kritischen Temperaturen beim Erwärmen können etwa 33 °C höher sein als die Werte beim Abkühlen. [Zurück zu Wärmebehandlung](/de/wiki/wärmebehandlung "Wärmebehandlung — Steel Wiki")