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Eisen und Stahl

2018-07-23T19:57:48

Reines Eisen (Fe) glänzt silberweiß, oxidiert aber sehr schnell in feuchter Luft. Die Oxidschicht (Rost) blättert leicht ab, wird von verdünnten Säuren leicht aufgelöst, ist aber beständig gegen Alkalilaugen. Der Schmelzpunkt von Eisen liegt bei 1537 °C und der Siedepunkt bei 2750 °C. Reineisen tritt in den drei Formen Alpha-, Gamma- und Deltaeisen auf. In seinen chemischen Verbindungen liegt es meist zwei- oder dreiwertig vor (Wertigkeiten von +II bis +VI existieren).
Diese chemischen Eigenschaften und das magnetische Verhalten des Eisens sind für die Verwendung von großer Bedeutung. Die als Stahl bezeichneten Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit 0,02 % bis 2,06 % Kohlenstoff (unlegierter Stahl) oder zusätzlich mit metallischen oder nichtmetallischen Komponenten legiert, sind die wichtigsten Gebrauchsmetalle überhaupt. Die physikalischen Eigenschaften des Eisens sind durch Legierungen stark variierbar, wobei das wichtigste Legierungselement der Kohlenstoff ist, der die Festigkeit erheblich erhöht und dabei die Verformbarkeit und Zähigkeit herabsetzt.
Die Vielseitigkeit der Stähle als Konstruktionswerkstoffe beruht auf der Möglichkeit, die Eigenschaften der Stähle in weiten Grenzen verändern zu können. Außerdem lassen sich die Stähle mit allen bekannten Fertigungsverfahren bearbeiten.
Stähle können nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt werden. Die wichtigsten Einteilungsmöglichkeiten erfolgen nach den Hauptgüteklassen (DIN EN 10020) in unlegierte Stähle (unlegierte Qualitäts- und Edelstähle), nieder legierte Stähle (legierte Qualitäts- und Edelstähle) und hochlegierte Stähle (z. B. nichtrostende Stähle). In Bezug auf die Güteklassen Grund-, Qualitäts- und Edelstähle spielen die Anforderungen an ihre Gebrauchseigenschaften eine entscheidende Rolle.
Bei den Grund- oder Massenstähle können deren Festigkeitseigenschaften nicht durch eine Wärmebehandlung sichergestellt werden. Das Bezeichnungssystem nach DIN EN 10027-1 verwendet ein Hauptsymbol zur Bestimmung des Verwendungszwecks und die Angabe der Mindestfestigkeit (z. B. Streckgrenze).
Qualitätsstähle sind unlegierte oder legierte Stähle mit besonderen Anforderungen an ihre Eignung zum Kaltverformen, ihre Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion oder ihre elektrischen beziehungsweise magnetischen Eigenschaften. Sie sind daher in der Regel meistens für eine Wärmebehandlung vorgesehen. Der Gehalt an Eisenbegleitelemente wie Phosphor und Schwefel liegt unter 0,045 %. Einsatzgebiete sind die Herstellung von Blechen, Bändern, Rohre und andere Profile.
Edelstähle sind unlegierte oder legierte Stähle, deren Eigenschaften im Allgemeinen durch eine Wärmebehandlung wie beispielsweise Vergüten sichergestellt werden. Sie weisen hinsichtlich der Qualitätsstähle eine größere Reinheit auf. Der Gehalt an Phosphor und Schwefel liegt bei ihnen unter 0,035 %. Je nach Gefüge können sie ferritisch oder austenitisch sein. Die Anwendungsgebiete liegen je nach Anforderungen beispielsweise im Motorenbau, Fahrzeugbau, Reaktorbau, Klimatechnik, Fördertechnik, Wassertechnik, Nahrungsmittelindustrie, Kunststoffindustrie, Möbel-
industrie oder der Medizintechnik.