Stahl ist im Grunde genommen raffiniertes elementares Eisen, das mit Kohlenstoff gemischt wird, um ein festeres Material zu bilden. Es gibt jedoch Tausende verschiedener Stahlformen, da es sich um einen chemischen Prozess handelt, bei dem Dutzende möglicher Chemikalien für bestimmte Eigenschaften hinzugefügt werden. Trotz der Vielzahl unterschiedlicher Zusammensetzungen kann Stahl in eine von drei Grundfamilien eingeteilt werden: rostfreie Stähle, Werkzeugstähle und Weichstahl oder kohlenstoffarmer Stahl.
In der Gießerei werden Stahl für bestimmte Eigenschaften verschiedene Chemikalien zugesetzt.Chemie
Der wichtigste Unterschied zwischen Werkzeugstahl, Weichstahl und Edelstahl ist die chemische Zusammensetzung des Stahls. Im Allgemeinen handelt es sich bei Weichstählen um einfache Stähle mit sehr wenigen elementaren Zusätzen. Werkzeugstähle werden unter Verwendung mehrerer Additive auf bestimmte Eigenschaften zugeschnitten, und rostfreie Stähle weisen sehr hohe Konzentrationen von einem oder zwei Elementen auf. Kohlenstoff ist vielleicht das kritischste chemische Additiv, da es die Härtbarkeit von Stahl direkt bestimmt. Weichstähle enthalten typischerweise weniger als 1 Massenprozent Kohlenstoff; Werkzeugstähle können bis zu 15 Prozent oder mehr Kohlenstoff enthalten, ebenso wie rostfreie Stähle. Nichtrostende Stähle enthalten bis zu 20 Prozent Chrom und relativ hohe Konzentrationen an Nickel. Dies sind Chemikalien, die normalerweise nicht zu Weich- oder Werkzeugstählen hinzugefügt werden. Werkzeugstähle können mehrere Zusätze in Spurenmengen oder in höheren Konzentrationen enthalten. Diese Elemente bestimmen bestimmte physikalische und mechanische Eigenschaften.
Physikalische Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften eines Stahls werden durch seine Chemie bestimmt. Im Allgemeinen weisen milde Stähle eine mäßige Zähigkeit auf und sind aufgrund ihrer einfachen Zusammensetzung recht leicht zu schweißen, neigen jedoch zur Korrosion. Nichtrostende Stähle und mäßig bis schwer zu schweißen sind aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung aber sehr korrosionsbeständig. Werkzeugstähle weisen eine hervorragende Bearbeitbarkeit, Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit auf, können jedoch korrosionsanfällig sein.
Härtbarkeit
Die Härtbarkeit oder die Fähigkeit, Stahl von formbar zu hart zu machen, wird durch den Kohlenstoffgehalt und in geringerem Maße durch Spurenelemente bestimmt. Weichstähle sind in der Regel nicht härtbar, da sie so wenig Kohlenstoff enthalten. Einige rostfreie Stähle können gehärtet werden, aber nicht jede Form von rostfreiem Stahl hat diese Fähigkeit. Nahezu alle Werkzeugstähle können gehärtet werden, jedoch mit unterschiedlichen Medien. Einige müssen in Öl oder Wasser abgeschreckt werden, um ordnungsgemäß zu härten, während andere nach ordnungsgemäßer Wärmebehandlung an der Luft aushärten können.
Verwendet
Milde Stähle sind in der Regel die billigsten und am häufigsten hergestellten Stähle. Sie werden als Baustoffe und als Folien im Baugewerbe eingesetzt. Nichtrostende Stähle werden in Fertigprodukten verwendet, wie z. B. in Lebensmittelservicematerialien oder als Plattierung, wo Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. Werkzeugstahl wird fast ausschließlich für die spanende Bearbeitung und den Werkzeugbau verwendet, aber auch Bestecke bestimmter Qualitäten.
