Technische Werkstoffe (2): Eisenmetalle

Euli entdeckt von seinem Sitzbalken aus immer wieder Bauteile, die aus einem bestimmten Werkstoff hergestellt sind. Er meint zunächst, sie seien aus Eisen. Doch: Sind sie tatsächlich aus Eisen? Sind sie nicht aus Stahl? Gibt es überhaupt einen Unterschied zwischen Eisen und Stahl?

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Werkstoffe (2): Eisenmetalle

Eisen und Stahl

Ein in Geräten und Maschinen sehr häufig verwendeter Werkstoff ist das Eisen. Dieses Metall scheint tausend gute Eigenschaften zu besitzen. Doch: Ist tatsächlich alles Eisen, was die Menschen dafür halten? Euli hat sich mit der Frage befasst und kann einiges richtig stellen.

Was wir als Eisen bezeichnen, ist in wenigstens 95% der Fälle Stahl. »Das ist doch dasselbe«, wirst du sagen. Es ist nicht dasselbe, auch wenn der Unterschied in der Zusammensetzung nur geringfügig ist. Also: Was ist Stahl genau?

Stahl ist eine Mischung aus Eisen und Kohlenstoff (C). Metallurgen bezeichnen Metallmischungen als »Legierungen«. Beim Schmelzen des Eisenerzes¹⁾ im Hochofen gelangt der C aus dem Koks in das Eisen. Den Koks benötigt man in erster Linie, um die hohe Schmelztemperatur zu erzeugen. Bei den allermeisten Stahlsorten liegt der C-Gehalt bei weit unter 0,5%; bei einigen wenigen Sorten erreicht er aber auch 1,5%. Diese geringe Menge hat fast unglaubliche Auswirkungen auf die Eiseneigenschaften. Wenn nämlich der C-Gehalt zunimmt, wird der Stahl fester, härter und spröder.
Reines Eisen ist sehr teuer in der Herstellung. Es wird nur an einigen wenigen Stellen verwendet, z. B. in Elektromotoren für Teile, die magnetische Fähigkeiten besitzen müssen.

¹⁾ Eisenerz ist ein Gestein, in dem Eisen und Sauerstoff chemisch aneinander gebunden sind. Diese Verbindung wird im Hochofen mit Hilfe von Koks gespalten. Das ist ein chemischer Vorgang, den man als »Reduktion« bezeichnet.

Guss

Stahlausgangsmaterialien sind meistens gewalzt zu Blechen und Rohren. Besitzen Teile eine komplizierte Form, wie etwa Motorenblöcke oder Getriebegehäuse, dann kann man sie nur durch Gießen herstellen. Man benötigt dazu Gießformen, in die der flüssige Werkstoff hinein gegossen wird. Eisenmetalle müssen auf wenigstens 1200°C erhitzt werden, bis sie flüssig werden. Manche Werkstoffe - dazu gehört Stahl - lassen sich trotzdem nur schlecht vergießen. Ein gut gießbares und viel verwendetes Eisenmetall ist der Grauguss.

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