Die früheste bekannte Stahlproduktion geht auf das Jahr 1800 v. Chr. zurück und findet sich in eisernen Werkzeugen, die auf archäologischen Stätten in Anatolien entdeckt wurden. Das bedeutet, dass dieses Material seit mindestens 4000 Jahren verwendet wird! Jahrhundertelang hat dieses Produkt dazu beigetragen, Zivilisationen zu konstruieren und zu bauen. Es dient als Grundmaterial für den Bau und findet auch Verwendung in der Automobil- und Umweltindustrie. Wie kann es bearbeitet werden? Was ist seine Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften? Darüber schreiben wir unten!
Zusammensetzung von Stahl
Baustahl für allgemeine Zwecke ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, die bis zu 2% Kohlenstoff enthält (Material mit höherem Kohlenstoffgehalt wird als Gusseisen bezeichnet). Stahl ist mit Abstand das beliebteste Material, das für den Bau der weltweiten Infrastruktur und Industrie verwendet wird, und wird zur Herstellung von allem, von Nähnadeln bis zu Tankern, verwendet. Darüber hinaus sind die Werkzeuge, die für den Bau und die Herstellung solcher Gegenstände benötigt werden, ebenfalls aus Stahl gefertigt. Bei einer detaillierteren Analyse seiner Struktur muss darauf hingewiesen werden, dass es sich um eine eisen-kohlenstoffhaltige Legierung handelt, die weniger als 2% Kohlenstoff und 1% Mangan mit geringen Mengen an:
- Silizium,
- Phosphor,
- Schwefel,
- Sauerstoff.
Da sie eine Legierung und kein reines Element ist, gehört sie nicht zum Bereich der Metalle. Obwohl Stahl selbst Eisen enthält, das zu dieser Gruppe gehört, schließen Kohlenstoff und andere Elemente, die ebenfalls in dieser Legierung enthalten sind, die Möglichkeit aus, Stahl als Metall zu klassifizieren. Derzeit ist Stahl das weltweit wichtigste Konstruktionsmaterial, das in jedem Aspekt unseres Lebens vorhanden ist. Ihre breite Anwendung können wir zum Beispiel in:
- Autos,
- Bauprodukten,
- Kühlschränken,
- Waschmaschinen,
- Güterschiffen,
- chirurgischen Messern,
und natürlich in vielen anderen Industriebereichen.
Eigenschaften von Stahl
Stahl hat viele Eigenschaften, einschließlich besonderer Härte, Plastizität, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere.
Zu den Parametern, die die Eigenschaften von Stahl bestimmen, gehören:
- Härte - ist die Fähigkeit eines Materials, Reibung und Verschleiß standzuhalten. Es ist bemerkenswert, dass es im Umgangssprachlichen dasselbe wie Festigkeit und Plastizität bedeutet, aber im Kontext der Eigenschaften von Metall ist es etwas völlig anderes als Festigkeit und Plastizität.
Die oben genannten mechanischen Eigenschaften von Stahl machen es zu einem äußerst praktischen Material.
Grundlegende physikalische Eigenschaften von Stahl
Stahl hat eine Dichte von 7.850 kg/m3, was bedeutet, dass er 7,85-mal dichter als Wasser ist. Er hat einen Schmelzpunkt von 1510°C, höher als die meisten Metalle. Zum Vergleich: Bronze hat einen Schmelzpunkt von 1040°C, Kupfer 1083°C, Gusseisen 1300°C und Nickel 1453°C. Wolfram hingegen hat einen Schmelzpunkt von 3410 Grad Celsius, was nicht überraschend ist, da dieses Element in Glühbirnen verwendet wird. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Stahl (ausgedrückt in µm pro Meter pro Grad Celsius) beträgt 11,1 bei einer Temperatur von 20°C, was ihn stärker macht als Kupfer (16,7), Zinn (21,4) oder Blei (29,1).
Metalllegierungen und Stahl
Eisen, als Hauptbestandteil von Stahl, ist eines der am weitesten verbreiteten Elemente in der Erdkruste. In den meisten Legierungsstählen ist Eisen mit 0,002-2,1% Gew. Kohlenstoff der Hauptbestandteil. In diesem Bereich bilden Kohlenstoff-Eisen-Bindungen eine starke molekulare Struktur. Die auf diese Weise entstandene Mikrostruktur des Netzwerks hilft, einige Eigenschaften von Stahl zu erreichen, auf die wir angewiesen sind, wie Zugfestigkeit und Härte. Obwohl der gesamte Stahl aus Eisen und Kohlenstoff besteht, enthalten verschiedene Arten davon bestimmte Prozentsätze dieser Elemente. Es kann auch andere Elemente enthalten, wie:
- Nickel,
- Molybdän,
- Mangan,
- Titan,
- Bor,
- Kobalt
- Vanadium.
Die Zugabe verschiedener Elemente zur "Rezeptur" einer Stahllegierung beeinflusst ihre Materialeigenschaften. Produktions- und Verarbeitungsmethoden von Stahl haben diese Möglichkeiten weiter erhöht. Eine bemerkenswerte Gruppe von Stahllegierungen enthält Chrom. All diese Legierungen werden allgemein als rostfreier Stahl bezeichnet.
Was ist die Schmelztemperatur von Stahl?
Der Schmelzbereich dieser Legierung liegt zwischen 2500-2800°F oder 1370-1540°C. Warum diese Spanne? Weil es verschiedene Arten von Legierungen gibt. Das Wort "Legierung" wird heutzutage fast immer missbraucht. In der Praxis bedeutet dieses Wort wirklich eine Mischung aus Metallen, jede Art von Metall. Fast alle heute verwendeten Metalle sind Mischungen, also Legierungen. Die meisten Stähle werden mit anderen Metallen versetzt, um ihre Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Herstellungsfreundlichkeit anzupassen. Stahl ist einfach Eisen, das verarbeitet wurde, um den Kohlenstoffgehalt zu kontrollieren. Eisen schmilzt bei einer Temperatur von etwa 1510 Grad Celsius (2750 Grad Fahrenheit). Stahl schmilzt normalerweise bei einer Temperatur von etwa 1370 Grad Celsius (2500 Grad Fahrenheit).
Was ist der Schmelzpunkt von Edelstahl?
Der Schmelzpunkt von rostfreiem Stahl liegt im Bereich von 2550 bis 2790°F oder 1400 bis 1530°C. Der Schmelzpunkt einer bestimmten Art von rostfreiem Stahl hängt von seiner genauen chemischen Zusammensetzung ab. Jedes Element trägt seine eigene Schmelztemperatur zum Gleichung bei. Die Hauptelemente, die rostfreien Stahl bilden, sind Eisen, Chrom und Nickel. Reines Eisen hat einen konstanten Schmelzpunkt von 1535°C, Chrom 1890°C und Nickel 1453°C. Vergleichen Sie diese Zahlen mit dem Temperaturbereich von 1400-1530°C für rostfreien Stahl.
Jede Art von rostfreiem Stahl hat eine etwas andere Kombination von Elementen. Daher variiert die genaue Schmelztemperatur je nach Art.
Wie unterscheidet sich die Schmelztemperatur bei verschiedenen Arten?
Es gibt fünf Serien und über 150 Arten von rostfreiem Stahl. In der Praxis werden jedoch nur 15 dieser Kategorien täglich in verschiedenen Konstruktionen verwendet. Die zwei beliebtesten Arten sind
- 304
- 316.
Sie gehören zu den austenitischen Edelstählen, die sich durch eine kubische kristalline Struktur an der Oberfläche auszeichnen und die in allen Temperaturen von kryogen bis zum Schmelzen fest bleiben. Die Schmelztemperatur von Edelstahl 316 variiert von 1375 ° C und bis zu 1510 ° C für Stahl der Klasse 430. Die beliebteste Sorte, 304, hat eine Schmelztemperatur von 1400-1450 ° C.
Verschiedene Arten von Stahl
Die vier Hauptsorten von Stahl sind:
- Kohlenstoffstahl
- Legierter Stahl
- Edelstahl
- Werkzeugstahl
Kohlenstoffstahl
Er sieht matt aus und ist sehr korrosionsanfällig. Im Allgemeinen wird dieser Stahl in drei Untergruppen unterteilt:
- Niedrigkohlenstoffstahl,
- Mittelkohlenstoffstahl,
- Hochkohlenstoffstahl.
Der erste Subtyp enthält etwa 0,30% Kohlenstoff, im zweiten beträgt der Anteil dieses Elements 0,60% und im Fall von Hochkohlenstoffstahl beträgt er 1,5%. Der Name selbst stammt daher, dass er sehr geringe Mengen anderer Legierungselemente enthält.
Legierter Stahl
Eine andere Art ist der legierte Stahl, der durch die Verbindung von Kohlenstoffstahl mit verschiedenen Legierungselementen entsteht, die ihm einzigartige Eigenschaften verleihen. Es gibt viele Arten von legiertem Stahl. Aufgrund der breiten Palette von legierten Stählen können Elemente verwendet werden, um Stahl mit fast jeder denkbaren Eigenschaft zu erzeugen. Infolgedessen sind einige davon relativ teuer. Sie sind in der Regel korrosionsbeständiger und oft die bevorzugte Wahl für bestimmte Autoteile, Rohre, Bootsrümpfe und mechanische Komponenten.
Werkzeugstahl
Werkzeugstähle sind bekannt für ihre Beständigkeit, Hitzebeständigkeit und Kratzfestigkeit. Der Name leitet sich davon ab, dass sie sehr häufig zur Herstellung von Metallwerkzeugen, wie zum Beispiel Hämmer, verwendet werden. Sie bestehen in der Regel aus Molybdän, Vanadium, Wolfram und Kobalt. Es ist wichtig zu beachten, dass Werkzeugstähle
- hitzebeständig sind,
- langlebig
- stark sind.
Es gibt 5 Arten von Werkzeugstahl:
- Kohlenstoffstähle.
- Stähle für Kaltarbeit.
- Stähle für Warmarbeit.
- Gesinterte Legierungsstähle.
- Schnellarbeitsstähle.
Edelstahl
Edelstahl ist wahrscheinlich die beliebteste Art dieses Materials auf dem Markt. Diese Art ist glänzend und enthält in der Regel etwa 10% bis 20% Chrom, das sein Hauptlegierungselement ist. Die oben genannte Kombination macht den Stahl korrosionsbeständig und leicht in verschiedene Formen zu formen. Aufgrund seiner Handhabbarkeit, Flexibilität und Qualität wird Edelstahl in chirurgischen Geräten, Haushaltsanwendungen, Besteck und sogar als Außenverkleidung in kommerziellen oder industriellen Gebäuden verwendet.
Anwendungen von Stahl
Stahl ist umweltfreundlich und nachhaltig. Er zeichnet sich durch hohe Festigkeit aus. Im Vergleich zu anderen Materialien benötigt er sehr wenig Energie zur Herstellung von leichten Stahlkonstruktionen. Stahl ist das am häufigsten verarbeitete Material der Welt und kann leicht recycelt werden. Seine einzigartigen magnetischen Eigenschaften machen es zu einem Material, das zum Beispiel leicht vom Boden von Wassertanks aufgefangen werden kann. Stahlkonstruktionen werden im allgemeinen Maschinenbau und in der Fertigungsindustrie eingesetzt. Er findet auch breite Anwendung in der Automobilindustrie. Im Karosseriebau, in Türen, Motoren, Fahrwerken und Innenräumen werden verschiedene Stahlsorten eingesetzt. Im Durchschnitt bestehen 50% der Teile von gängigen Autos aus Stahl. Grundsätzlich benötigen alle Arten von Energiesektoren Stahl für den Aufbau von Infrastrukturen und die Gewinnung von Ressourcen.
Ihr rostfreies Äquivalent wird auf Offshore-Plattformen und in Rohrleitungen verwendet, aber auch bei erneuerbaren Energiequellen wie:
- Solarenergie,
- Wasserkraft
- Windenergie,
wo bestimmte Elemente aus diesem Material hergestellt sind. Darüber hinaus sorgt Edelstahl für eine hygienische Umgebung, daher wird er besonders in chirurgischen Implantaten eingesetzt. Die meisten Haushaltsgeräte, wie Kühlschränke, Fernseher, Öfen, Spülbecken usw., sind ebenfalls aus Stahl gefertigt. Dank der einfachen Schweißbarkeit und ästhetischen Verarbeitung ist Stahl zu einem charakteristischen Element der modernen Architektur geworden. Diese Eigenschaften, die die Nützlichkeit von Stahl charakterisieren, machen ihn zum beliebtesten Baumaterial.