Bei welcher Temperatur erstarrt Eisen?

Die Erstarrungstemperatur von Eisen: Ein komplexes Phänomen

Die Frage nach der Erstarrungstemperatur von Eisen ist nicht so einfach zu beantworten, wie es zunächst erscheinen mag. Die Aussage “Eisen erstarrt bei 1536 °C” ist zwar richtig, aber nur für reines Eisen gültig. In der Praxis wird Eisen fast ausschließlich in Form von Legierungen, wie Stahl und Gusseisen, verwendet. Diese Legierungen weisen deutlich komplexere Erstarrungsverhaltens auf, die von der jeweiligen chemischen Zusammensetzung abhängen.

Die Schmelztemperatur von reinem Eisen (α-Eisen) liegt bei 1536 °C. Bei dieser Temperatur findet der Phasenübergang von der flüssigen in die feste Phase statt. Der Abkühlungsprozess ist jedoch nicht abrupt, sondern verläuft über mehrere Stufen, da sich die Kristallstruktur des Eisens mit fallender Temperatur verändert. Die Erstarrung ist also kein Punkt, sondern ein Temperaturbereich.

Betrachtet man Stahl, eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff (und weiteren Elementen), so gestaltet sich das Erstarrungsverhalten deutlich komplexer. Die Erstarrungstemperatur hängt entscheidend vom Kohlenstoffgehalt ab. Ein vereinfachtes Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (auch Zustandsdiagramm genannt) zeigt, dass Stahl nicht bei einer einzigen Temperatur erstarrt, sondern über einen Temperaturbereich. Dieser Bereich ist durch die Linien im Diagramm definiert und umfasst mehrere Phasenübergänge, die unter anderem von der Bildung von Austenit (γ-Eisen) und Perlit abhängen. Die vollständige Erstarrung von Stahl findet in der Regel oberhalb von 1147 °C statt, der eutektischen Temperatur des Eisen-Zement-Systems. Die genaue Temperatur hängt jedoch stark von der Legierungszusammensetzung (Kohlenstoffgehalt, Legierungselemente) ab.

Bei Gusseisen, einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem höheren Kohlenstoffgehalt als Stahl, ist die Erstarrungstemperatur ebenfalls nicht einheitlich. Die Erstarrung von Gusseisen verläuft ebenfalls über einen Temperaturbereich und beinhaltet die Bildung von Graphit. Ähnlich wie bei Stahl ist die vollständige Erstarrung von Gusseisen wiederum abhängig von der genauen chemischen Zusammensetzung und findet im Bereich um 1147 °C statt, wiederum basierend auf dem eutektischen Punkt im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Während reines Eisen bei 1536 °C erstarrt, ist die Erstarrungstemperatur von Stahl und Gusseisen kein fixer Wert, sondern ein von der Zusammensetzung abhängiger Temperaturbereich, der im Allgemeinen oberhalb von 1147 °C liegt. Eine präzise Bestimmung erfordert die Analyse des spezifischen Werkstoffs und die Anwendung der entsprechenden Phasendiagramme. Die vereinfachte Aussage “Stahl und Gusseisen erstarren bei 1147 °C” ist daher eine grobe Annäherung und nur im Kontext des eutektischen Punktes im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm zu verstehen.