Zementit

Zementit, auch Eisenkarbid genannt, ist eine harte, spröde Einlagerungsverbindung aus Eisen und Kohlenstoff (Fe₃C) mit orthorhombischer Kristallstruktur und einem Kohlenstoffgehalt von 6,67 %. Es ist Bestandteil vieler Stahlsorten, findet sich meist als Lamellen im Perlit und erhöht dort Härte und Festigkeit, kann aber bei zu schneller Abkühlung als unerwünschtes freies Zementit („weißes Gefüge“) auftreten.

Eigenschaften und Struktur von Zementit

Zementit (Fe₃C) ist ein chemisches Verbindungsprodukt von Eisen und Kohlenstoff. Diese Einlagerungsverbindung weist eine orthorhombische Kristallstruktur auf und ist relativ hart und spröde. In der Eisen-Kohlenstoff-Legierung ist Zementit ein wesentlicher Faktor für die Erhöhung der Härte und Festigkeit von Stahl.

Rolle von Zementit in der Stahlproduktion

In der Stahlproduktion ist Zementit essenziell, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Durch die Kontrolle des Verhältnisses von Zementit in der Legierung kann die Härte, die Verschleißfestigkeit und die Festigkeit des Endprodukts angepasst werden. Typischerweise findet sich Zementit in Form von Lamellen im Perlit der mikrostrukturellen Gefüge von Stahl.

Einfluss von Zementit auf die Materialbearbeitung

Aufgrund seiner harten Beschaffenheit hat Zementit einen wesentlichen Einfluss auf die Materialbearbeitung von Stahlprodukten. Während es die Festigkeit und Verschleißfestigkeit erhöht, kann es auch die Bearbeitbarkeit negativ beeinflussen, da es das Material spröder macht und zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führen kann.

Praxisteil: Wofür der Gießereitechniker Zementit braucht

Für den Gießereitechniker ist Zementit vor allem ein Warnsignal, wenn er dort auftritt, wo er nicht hingehört. Bei Gusseisen mit Lamellengraphit entscheidet die Abkühlgeschwindigkeit in den dünnwandigen Bereichen der Form darüber, ob der Kohlenstoff als weicher Graphit ausscheidet oder als hartes, sprödes Zementit gebunden bleibt. Kühlt eine dünne Rippe zu schnell ab, entsteht dort „weißes Gefüge“, also freier Zementit statt Graphit, und genau diese Stelle lässt sich anschließend kaum noch spanend bearbeiten, weil das Werkzeug am harten Zementit vorzeitig verschleißt. Deshalb wird in der Praxis die Wandstärkenverteilung und die Impfung der Schmelze so gesteuert, dass Zementit nur dort entsteht, wo er erwünscht ist, etwa in der harten Randschicht von Hartguss-Walzen. Bei Temperguss ist Zementit sogar der gewollte Ausgangszustand, der erst durch die Glühbehandlung gezielt in Temperkohle umgewandelt wird.

Zementit im Vergleich zu anderen Gefügebestandteilen

Gefügebestandteil	Kohlenstoffgehalt	Härte (ca.)	Charakter
Ferrit	~0,02 % C	k. A.	weich, duktil
Perlit	~0,8 % C (Mittelwert aus Ferrit/Zementit)	~200–250 HV	Lamellenstruktur aus Ferrit und Zementit
Zementit (Fe₃C)	6,67 % C	~800–1000 HV	sehr hart, spröde

Häufige Fragen zu Zementit

Ist Zementit ein Element oder eine Verbindung?

Zementit ist eine Einlagerungsverbindung aus Eisen und Kohlenstoff mit der Formel Fe₃C, keine Legierung im eigentlichen Sinn und kein reines Element.

Warum ist Zementit so hart?

Die orthorhombische Kristallstruktur von Fe₃C bietet Versetzungen kaum Gleitebenen, über die sich das Material plastisch verformen könnte. Das macht Zementit hart, aber zugleich spröde.

Was ist der Unterschied zwischen Zementit und Karbid?

Zementit ist ein spezielles Karbid, nämlich das Eisenkarbid Fe₃C. Der Begriff Karbid umfasst allgemein alle Verbindungen von Kohlenstoff mit Metallen, etwa auch Chromkarbid oder Wolframkarbid.

Normbezug

DIN EN 1561:2024-03 für Gusseisen mit Lamellengraphit legt Werkstoffsorten anhand von Zugfestigkeit und Brinellhärte fest, aber keine eigene Grenze für den Anteil an freiem Zementit. Freier Zementit („weißes Gefüge“) gilt in der Gießereipraxis dennoch als Gussfehler, weil er die Zerspanbarkeit und die mechanischen Eigenschaften des Bauteils beeinträchtigt.

Weiterführende Begriffe

• Karbid – Oberbegriff für Kohlenstoff-Metall-Verbindungen
• Grauguss – Gusseisen, bei dem Zementit als Gussfehler vermieden wird
• Temperguss – nutzt Zementitumwandlung gezielt
• Martensit – enthält zwangsgelösten Kohlenstoff statt ausgeschiedenem Zementit