Die Phasenumwandlungen in Stählen lassen sich mit denen von Mischkristall-Legierungen (völlig löslich) und Kristallgemisch-Legierungen (völlig unlöslich) vergleichen.
Die untere Abbildung zeigt die Stahlecke des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms des metastabilen Systems. Bei genauer der Betrachtung der Umwandlungslinien unterhalb der Soliduslinie, zeigt sich das für Kristallgemischlegierungen typisch liegende „K“.
Und tatsächlich können die Phasenumwandlungen des erstarrten Stahls in Analogie zu einer Kristallgemischlegierung betrachtet werden, bei der die beteiligten Komponenten im festen Zustand unlöslich sind. Schließlich ist bei Raumtemperatur der Kohlenstoff im Eisengitter ja ebenfalls (nahezu) unlöslich und es handelt sich somit im Prinzip um eine Kristallgemischlegierung.
Auf die Analogie beider Phasendiagramme sowie deren Unterschiede wird im Folgenden näher eingegangen.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Phasendiagrammen besteht darin, dass sich die Umwandlungsprozesse im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm nicht im flüssigen Zustand, sondern im festen Zustand vollziehen. Aus diesem Grund unterscheidet man auch die Begrifflichkeiten Eutektikum („aus der Schmelze entstehend“) und Eutektoid („aus dem festen Zustand entstehend“).
Während die A/B-Kristallgemischlegierung zunächst als homogene Schmelze (\(Sm\)) vorliegt, liegt der Stahl zunächst ebenfalls einphasig in Form des homogenen Mischkristalls Austenit (\(Au\)) vor. Es handelt sich dabei jeweils um Einphasengebiete, da lediglich die Phase Schmelze bzw. Austenit vorliegt.
Schließlich scheiden sich bei untereutektischen A/B-Legierungen nach Unterschreiten der entsprechenden Phasenlinie A-Primärkristalle aus (\(A_{Pk}\)), während sich bei untereutektoiden Stählen Ferrit (\(Fe\)) ausscheidet. Es handelt sich dabei jeweils um Zweiphasengebiete. Beachte, dass sich jeweils diejenigen Komponenten ausscheiden, die ganz links der Konzentrationsachse aufgetragen sind, d.h. der Reinstoff \(A\) bzw. Reineisen \(Fe\).
Umgekehrt scheiden sich bei übereutektischen Legierungen B-Primärkristalle (\(B_{Pk}\)) aus und bei übereutektoiden Stählen Zementit (\(Ze\)). Auch dabei handelt es sich letztlich wiederum um jene Komponenten die entsprechend ganz rechts der Konzentrationsachse aufgetragen sind. Beachte, dass das Phasendiagramm des Stahls bei 2,06 % Kohlenstoff abgebrochen wurde. Normalerweise endet das Phasendiagramm auf der rechten Seite mit 100 % Zementit (im Abschnitt hier mehr dazu).
Für untereutektische Legierungen reichert sich die Restschmelze durch die Ausscheidung der A-Primärkristalle mit B-Atomen an, bis schließlich die eutektische Zusammensetzung erreicht ist. Auf die analoge Weise wird durch die Ausscheidung von Ferrit der Restaustenit bis zur eutektoiden Zusammensetzung mit C-Atomen angereichert.
Umgekehrt führt bei übereutektischen Legierungen die Ausscheidung von B-Primärkristallen in der Restschmelze zur Senkung der B-Konzentration bis auf die eutektische Zusammensetzung. In Analogie hierzu scheidet sich bei übereutektoiden Stählen solange Zementit an den Korngrenzen aus, bis der Kohlenstoffgehalt im Restaustenit auf die eutektoide Zusammensetzung gesunken ist. Sowohl bei der A/B-Kristallgemischlegierung als auch bei Stählen vollziehen sich diese Ausscheidungsprozesse innerhalb des Zweiphasengebietes in einem Knickpunkt.
Bei Erreichen der eutektischen Zusammensetzung in der Restschmelze wandelt sich diese schließlich bei konstanter Temperatur zum Eutektikum, d.h. zu einem fein verteilten Gemisch aus den ineinander unlöslichen Komponenten A und B). Auf analoge Weise wandelt sich der Restaustenit bei Stählen nach Erreichen der eutektoiden Zusammensetzung zum Eutektoid Perlit, d.h. zu einem fein verteilten Gemisch aus den ineinander unlöslichen Komponenten Ferrit und Zementit.
Im erstarrten Zustand bestehen untereutektische Legierungen schließlich aus den ausgeschiedenen A-Primärkristallen und aus Eutektikum, das sich aus der Restschmelze gebildet hat. Bei übereutektischen Legierungen weist das Gefüge hingegen die ausgeschiedenen B-Primärkristalle auf, zwischen denen sich auch dabei wieder das Eutektikum befindet. In Analogie hierzu besteht das Gefüge von untereutektoiden Stählen aus den ausgeschiedenen Ferritkristallen und dem Eutektoid Perlit, das sich aus dem Restaustenit gebildet hat. Bei übereutektoiden Stählen weist das Gefüge neben dem Eutektoid hingegen der ausgeschiedene Zementit an den Korngrenzen auf.
