Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD)
Die Landkarte der Stähle: Was beim Erwärmen und Abkühlen wirklich passiert
AI generated Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist die wichtigste Karte der Werkstoffkunde. Es zeigt dir, welches Gefüge ein Stahl bei welcher Temperatur und welchem Kohlenstoffgehalt annimmt — und damit, warum sich die Naht beim Schweißen verhärtet. Wer das EKD liest, versteht Aufhärtung, Rissneigung und Wärmebehandlung, statt sie nur auswendig zu lernen.
Das (EKD) ist die Landkarte, auf der jeder Stahl verortet ist. Auf der waagerechten Achse steht der -Gehalt, auf der senkrechten die Temperatur. Das Diagramm sagt dir: Bei dieser Temperatur und diesem C-Gehalt ist dein Stahl genau dieses Gefüge.
Das reine Eisen durchläuft beim Aufheizen zwei Gitterumwandlungen. Unter 911 °C ist es — ein weiches, gut verformbares Gefüge mit kubisch-raumzentriertem Gitter, das kaum Kohlenstoff lösen kann (maximal 0,02 %). Zwischen 911 °C und 1392 °C wird daraus , ein kubisch-flächenzentriertes Gitter, das deutlich mehr Kohlenstoff aufnimmt (bis 2,06 %). Genau das ist der Dreh- und Angelpunkt: Kohlenstoff ist im Austenit gut löslich, im Ferrit praktisch nicht.
Kühlst du einen Stahl langsam ab, will der Kohlenstoff den Austenit wieder verlassen. Bei 723 °C — der Perlittemperatur — zerfällt der Austenit in ein feines Gemisch aus Ferrit und (Eisenkarbid Fe₃C). Dieses streifige Gemisch heißt . Bei 0,8 % Kohlenstoff liegt der eutektoide Punkt: Der ganze Austenit wird auf einen Schlag zu Perlit. Darunter (0,02–0,8 % C) entsteht erst Ferrit, der Rest wird Perlit; darüber (0,8–2,06 % C) bildet sich zuerst Zementit an den Korngrenzen, der Rest wird Perlit.
Bei 2,06 % Kohlenstoff endet das Stahlgebiet und das Gusseisen beginnt. Gusseisen hat so viel Kohlenstoff, dass beim Erstarren Graphit oder Ledeburit entsteht — deshalb ist es spröde und gießbar, aber nicht schmiedbar.
Für dich als Schweißer ist das EKD die Erklärung für alles, was in der Naht passiert. Beim Schweißen heizt der den Stahl über 900 °C — alles wird Austenit. Kühlt die dann schnell ab, hat der Kohlenstoff keine Zeit, als Perlit auszuscheiden. Stattdessen klappt das Gitter schlagartig um und bildet — glashart, spröde, rissanfällig. Je mehr Kohlenstoff, desto härter und gefährlicher der Martensit.
Deshalb sind zwei Kennwerte so wichtig: Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die maximale Härte, und die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt, wie viel davon tatsächlich entsteht. Beides zusammen erklärt, warum du dicke Bleche vorwärmst und hochgekohlte Stähle nur mit Vorsicht schweißt.