Gefügebestandteil Perlit einfach erklärt

Was ist Perlit

Unter Perlit versteht man einen eutektoiden Gefügebestandteil von Stahl, welcher lamellar angeordnet ist. Bei Perlit handelt es sich um Gemisch aus den beiden Phasen Ferrit und Zementit. Er tritt bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0,02 bis 6,67 % auf bei einer gekoppelten Kristallisation in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen auf. Somit kommt er in Stahl und Eisen vor.

Bildung

Bei der Bildung von Perlit kommt es in dem Gefüge lokal zu einer Verarmung an Kohlenstoff. Die Nachbargebiete werden im Gegenzug durch Diffusion immer weiter mit Kohlenstoff angereichert. Die für den Perlit typische Lamellenstruktur entsteht durch die Abwechslung von kohlenstoffarmen und -reichen Gebieten im Gefüge. Sollte der Kohlenstoffgehalt in der kohlenstoffarmen Lamelle den Wert 0,02 % erreichen, ändert sich das Gefüge von Perlit zu Ferrit (α-Fe). Dementsprechend bildet sich Zementit (Fe₃C), wenn der Kohlenstoffgehalt in der kohlenstoffreichen Lamelle auf 6,67 % steigt. Dieser wird als Sekundärzementit (Fe₃C^II) bezeichnet, da er sekundär aus dem Austenit (γ-Fe) entsteht. Die entstehende Front aus Zementit und Ferrit wächst in den Austenit hinein.

Wenn das Gefüge weiter abkühlt, fällt aus dem Ferrit weiter Zementit ab. Dies wird durch die immer weiter sinkende Fähigkeit Kohlenstoff zu binden bedingt. Das daraus entstehende Phasengemisch wird als Tertiärzementit (Fe₃C^III) bezeichnet.

Abkühlung von untereutektoiden Stahl

Hat Stahl einen Kohlenstoffgehalt von 0,02 Ma % < C < 0,80 Ma %, dann kommt es zu einer untereutektoiden Bildung von Perlit. Wird die Temperatur A3 (entspricht der Linie GOS im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm) erreicht, entsteht sogenanntes voreutektoider Ferrit. Dies geschieht aufgrund abnehmbaren Löslichkeit von Austenit (γ-Mischkristall) für Kohlenstoff. Kühlt der Stahl weiter ab, wird der Austenit mit weiterem Kohlenstoff angereichert. Sobald der Austenit eine Konzentration von 0,80 Ma % C aufweist, kommt es zur eutektoiden Umwandlung. Bei einer Temperatur von 723 °C wandelt sich der Austenit zu Perlit um.

Übereutektoide Bildung

Eine übereutektoide Bildung von Perlit liegt bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,80 Ma % < C < 6,67 Ma % vor. Hierbei entsteht bei der Perlitumwandlung Zementit. Ein entscheidender Unterschied zu dem Zementit, der bei der Perlitbildung entsteht, ist die Form. Der Zementit bildet sich zum größten Teil an den Korngrenzen aus und liegt damit nicht in der sonst üblichen Lamellenform vor. Wenn der Abkühlprozess abgeschlossen ist, besteht das Gefüge des übereutektoiden Stahls aus Perlitkörnern und dem zuvor an den Korngrenzen ausgeschiedenen Korngrenzenzementit.

Eine geringe Starttemperatur kann eine Diffusion von Kohlenstoff verhindern. So kann bei einer Abkühlung anstelle von Perlit zu einer Bildung von Bainit kommen.

Wie wirkt sich die Abkühlgeschwindigkeit aus?

Erfolgt eine Abkühlung von Stahl mit einer höheren Geschwindigkeit als im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm vorgesehen, gelten die Gleichgewichtslinien nicht mehr. Hierdurch weitet sich der bekannte Perlitpunkt (0,8 % C, 723 °C) zu einem Perlitgebiet bei tieferen Temperaturen aus. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, unter- und übereutektoiden Stahl rein perlitisch umzuwandeln. Eine weitere Nebenerscheinung der höheren Abkühlgeschwindigkeit ist, dass die Lamellenform des Perlits feiner wird.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von Perlit wird in einem großen Maße von den mechanischen Eigenschaften beeinflusst. Das Phasengemisch weist eine Härte von 210 HV, eine Zugfestigkeit von 700 N/mm2 und eine Bruchdehnung von 48 % auf. Somit liegt es im mittleren Bereich, wenn man es mit anderen Bestandteilen von Stahl vergleicht. Der abrasive Verschleiß von Perlit ist im Vergleich zu Ferrit höher. Dies ist der großen Härte geschuldet. Dadurch werden ebenfalls höhere Zerspankräfte bewirkt. Jedoch hat Perlit den Vorteil, dass er zu weniger Aufbauschneidenbildung sowie zu weniger Verklebungen neigt. Darüber hinaus bildet Perlit deutlich weniger Graten. Dies führt zu besseren Oberflächenqualitäten und günstigeren Spanformen.