Constitution of cementite

• Applicant: Professor Dr. Gerhard Inden
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2002 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5362420

Zementit Fe3C ist eines der wichtigsten Karbide in Stählen. Trotzdem ist seine dynamische Beschreibung, wie im übrigen auch die aller anderen Karbide, noch äußerst vereinfacht, in dem eine Abweichung von der Stöchiometrie bezüglich Kohlenstoff nicht zugelassen wird. Solange nur Phasengleichgewichte betrachtet werden, z.B. Phasendiagramme, ist diese Vorgehensweise durchaus erfolgreich gewesen, zumal ohnehin keine experimentellen Informationen verfügbar sind, auf deren Grundlage eine Erweiterung der Beschreibung hätte entwickelt werden können. Die Situation verändert sich allerdings fundamental, sobald die Kinetik von diffusionskontrollierten Reaktionen betrachtet wird. In diesem Fall ist diese Vorgehensweise nicht mehr angemessen und muss ergänzt werden bezüglich einer Fehlordnung auf dem Kohlenstoffgitter. Das Problem besteht darin, dass es ausgesprochen schwierig ist, diese Nichtstöchiometrie experimentell nachzuweisen. Bei der Aufkohlung von Eisen und Eisenbasislegierungen in Gas-Atmosphären mit Kohlenstoffaktivitäten ac»1 tritt Fe3C als instabiles Zwischenprodukt auf, das eine Zwischenschicht mit hinreichender Dicke bildet, dass das Kohlenstoffprofil im Zementit mit Hilfe von Mikrosonde, Augerelektronen-Spektroskopie und "Time-of-Flight-SIMS" in verschiedenen sich ergänzenden Tiefenbereichen bestimmt werden kann. Dabei muss lediglich sichergestellt werden, dass es nicht zur Graphitabscheidung während der Aufkohlung kommt, weil das den Zerfall des metastabilen Karbids auslösen würde. Im Rahmen des Projekts soll Zementit durch Gasaufkohlung mit verschiedenen Kohlenstoffaktivitäten gebildet werden. An diesen Proben sollen die genannten analytischen Methoden eingesetzt werden, um das Kohlenstoffprofil im Zementit als Funktion des Abstands von der Oberfläche experimentell zu bestimmen. Zur Aufkohlung sind die Gemische CO-H2-H2O-H2S und CH4-H2-H2S vorgesehen. Die Zugabe von geringen Mengen H2S verhindert die Graphitbildung. Die Versuche sollen auch dahingehend geführt und ausgewertet werden, einen Einfluss von Wasserstoff auf die Löslichkeit von C im Ferrit und Zementit nachzuweisen, sofern er vorhanden ist. Erste Vorversuche haben zu Ergebnissen geführt, die eine derartige Möglichkeit andeuten. Die Experimente sollen durch Computersimulationen zur Kinetik der Aufkohlungsreaktion und zur Zementitbildung unterstützt und interpretiert werden, um zu einer verbesserten thermodynamischen Beschreibung des Zementits zu gelangen.

• DFG Programme: Research Grants