Kohlenstoffaktivität

Triebkraft für die Kohlenstoffaufnahme im Eisen und Eisenlegierungen, die bei gleichbleibender Temperatur mit der Konzentration ansteigt beziehungsweise bei gleichbleibendem Kohlenstoffgehalt mit zunehmender Temperatur abnimmt. Legierungselemente können die Kohlenstoffaktivität erhöhen, erniedrigen zugleich die Kohlenstofflöslichkeit und fördern die Erstarrung nach dem stabilen System. Aktivitätserniedrigende Elemente erhöhen die Kohlenstofflöslichkeit und begünstigen damit die metastabile Erstarrung. Die Elemente Mn, Cr, Mo, W, Ta, Ti, V, Nb unter anderem fördern die metastabile Erstarrung und Si, Al, Cu, Ni, Zr, P, S unter anderem begünstigen die stabile Erstarrung.

Die Kohlenstoffaktivität ist beim Aufkohlen sowohl in Wärmebehandlungsprozessen als auch beim Schmelzen zu beachten.

In der Wärmebehandlungspraxis ist für das Aufkohlen die Linie S-E des Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubildes zu beachten, die die temperaturabhängige Grenze der Löslichkeit des Kohlenstoffs im Austenit ist. Wird sie überschritten, kann es zum Ausscheiden von Kohlenstoff als Graphit kommen.

Beim Aufkohlen und Aufsilizieren im Elektro-Ofen ist die Reihenfolge bei Zugabe der Elemente zu beachten, weil sie sich im Auflösungsverhalten gegenseitig beeinflussen. Silizium erhöht die Kohlenstoffaktivität und vermindert die Kohlenstofflöslichkeit, so dass Silizium erst nach dem Aufkohlen gegen Ende der Schmelzcharge zugesetzt werden sollte. So wird einerseits die Aufkohlung erleichtert und andererseits Silizium vor Abbrand geschützt. Im Bild 1 ist der Aufkohlungsverlauf einer bereits aufsilizierten Schmelze dargestellt, wobei der Siliziumverlust spürbar größer ist als bei umgekehrter Verfahrensweise entsprechend Bild 2.