Ledeburit

Ledeburit ist ein Strukturbestandteil von Gusseisen, der entsteht, wenn geschmolzenes Metall mit etwa 4,3% Kohlenstoff nach Massenanteil aus dem flüssigen Zustand erstarrt. Es besteht aus einer Mischung von Austenit (bei hoher Temperatur) und Zementit (Eisencarbid, Fe₃C), die sich unter dem Mikroskop nach dem Ätzen als charakteristisches Netzwerk oder blockige Struktur darstellt. Die Phase bildet sich während der Erstarrung, wenn der Kohlenstoffgehalt die Löslichkeitsgrenze von Eisen übersteigt und der überschüssige Kohlenstoff als hartes, sprödes Carbid ausfällt. Es handelt sich nicht um eine reine Phase, sondern um ein eutektisches Gemisch, das bei einer festen Temperatur (etwa 1147°C) mit einer festen Zusammensetzung erstarrt, ähnlich wie in einem Zweikomponenten-Legierungssystem.

In der Gusseisenfertigung besteht eine direkte umgekehrte Beziehung zwischen Ledeburitgehalt und Zerspanbarkeit sowie Zähigkeit. Weißes Gusseisen, das bei schneller Abkühlung entsteht und Ledeburit in seiner Struktur behält, ist extrem hart und spröde, schwierig zu bearbeiten, aber wertvoll für verschleißfeste Anwendungen wie Schleiftrommelauskleidungen oder Pflugschare. Graues Gusseisen wird durch langsamere Abkühlung oder Graphitisierungswärmebehandlung erzeugt und baut das Ledeburitnetzwerk teilweise in Graphitflöckchen und weiches Eisen um, wodurch ein leicht zu bearbeitendes Material mit guter Vibrationsdämpfung entsteht. Sphäroguss wird durch Kugelglühen vergüttet, um Carbide in Kügelchen umzuwandeln. Das Vorhandensein und die Morphologie von Ledeburit werden daher zum primären Kontrollpunkt in Gießereiprozessen, gesteuert durch Abkühlungsgeschwindigkeit, Kohlenstoffäquivalent und Wärmbehandlung nach dem Gießen.

Der Begriff stammt von Ledebur, einem deutschen Metallurgen des 19. Jahrhunderts, nach der Tradition, metallurgische Phasen nach den Forschern zu benennen, die sie charakterisiert haben. Das Phasendiagramm selbst wurde durch systematische Untersuchung des Eisen-Kohlenstoff-Binärsystems durch mehrere Metallurgen in den späten 1800er Jahren aufgestellt, und Ledeburit ist ein charakteristisches Merkmal der eutektischen Zusammensetzung in diesem Diagramm.

Probleme entstehen, wenn Ledeburit unerwartet in einem Gusseisen auftaucht, das eigentlich graphitisch sein sollte. Das signalisiert entweder einen übermäßigen Kohlenstoffgehalt, unzureichende Abkühlungszeit oder mangelhafte Graphitisierungswärmebehandlung. Ein Gussteil mit hohem Ledeburitgehalt wird anfällig für Thermoschockbrüche und ist kaum ohne Werkzeugbruch zu bearbeiten. Umgekehrt wird Ledeburit in Anwendungen, die hohe Härte erfordern, wie bei Gesteinsbrechern, bewusst beibehalten und sogar gefördert durch chemische Zusammensetzung und Gießpraxis. Die Mikrostruktur kann durch Wärmebehandlung teilweise verändert werden, aber das ursprüngliche eutektische Netzwerk widersteht in der Regel einer vollständigen Auflösung.

Ledeburit sitzt an der Schnittstelle zwischen Gusseisen-Metallurgie und Phasenkunde. Es tritt nur über dem eutektischen Kohlenstoffgehalt von etwa 4,3% auf und ist daher in Stahl überhaupt nicht vorhanden. Sein Vorhandensein oder Fehlen ist oft der erste Anhaltspunkt bei der Untersuchung eines fehlerhaften Gussteils oder bei der Fehlerbehebung in einem Gießereiprozess, deshalb lernen Gießereifachleute, sein Aussehen unter Vergrößerung zu erkennen, bevor sie fortgeschrittene Metallografietechniken erlernen.