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Arten der Eisenwerkstoffe

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Eine Einteilung der Eisenwerkstoffe kann nach unterschiedlichen Merkmalen erfolgen (Eisenwerkstoffe = Überbegriff für alle Eisen-Kohlenstoff-Legierungen - auch Stahl). So kann die Einteilung der Eisenwerkstoffe wie folgt stattfinden:

  • nach Kohlenstoffgehalt
  • nach chemischer Zusammensetzung (Stahl)
  • nach Gebrauchsanforderungen / Güteklassen (Stahl)

Das folgende Diagramm stellt die Einteilung der Eisenwerkstoffe grafisch dar.

Diagram - Einteilung der Eisenwerkstoffe
 

Einteilung der Eisenwerkstoffe nach Kohlenstoffgehalt

 
 

Die wichtigste Einteilung der Eisenwerkstoffe anhand des Kohlenstoffgehalts, ist die Unterscheidung zwischen Gusseisen und Stahl. Eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung (= Eisenwerkstoff) wird als Stahl bezeichnet, wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,002% und 2,06% liegt. Ist der Kohlenstoffanteil (Masse-%) höher als 2,06%, spricht man von Gusseisen.

Stähle werden auf Basis ihres Kohlenstoffgehalts weiter in Baustähle (0,1 bis 0,5%C), Vergütungsstähle (0,25 bis 0,8%C) und Werkzeugstähle (0,5 bis 2,06%C) unterteilt. Außerdem kann man eine Unterscheidung zwischen übereutektoiden und untereutektoiden Stählen vornehmen. Von einem übereutektoiden Stahl ist die Rede, wenn der Kohlenstoffanteil über 0,8% liegt. Stähle mit einem Kohlenstoffanteil unter 0,8% werden als untereutektoid bezeichnet.

In der nachfolgenden Tabelle wird die Einteilung der Eisenwerkstoffe anhand des Kohlenstoffgehalts noch mal überschaubar dargestellt.

Kohlenstoffgehalt [Masse-%] Eisenwerkstoff
0,0 bis 0,1 Reineisen
0,1 bis 0,5 Allgemeine Baustahl
0,25 bis 0,8 Vergütungsstahl
0,5 bis 2,06 Werkzeugstahl
2,06 bis 6,67 Gusseisen
0,0 bis 0,8 untereutektoider Stahl
0,8 bis 2,06 übereutektoider Stahl

Werkstoff-Eigenschaften

Gusseisen besitzt (mit Außnahme von GGG) eine mäßige Festigkeit, es ist sehr spröde und schlagempfindlich. Gusseisen ist, wg. seinem Gefüge aus Ledeburit, nicht warmverformbar. Im Gegensatz hierzu sind Stähle bei geeigneter Wärmebehandlung warmverformbar sowie teilweise kaltverformbar, härtbar und vergütbar. Übereutektoide Stähle erlangen durch das Härten und Vergüten eine hohe Festigkeit, sind jedoch ähnlich wie die Gusseisenwerkstoffe spröde und schlagempfindlich. Untereutektoide Stähle besitzen eine geringere Festigkeit, sind dafür aber besser verformbar.
Allgemein gilt, dass die Festigkeit mit zunehmendem Kohlenstoffanteil zunimmt, während die Verformbarkeit parallel abnimmt.

Einteilung der Eisenwerkstoffe nach chemischer Zusammensetzung (Stahl)

Des Weiteren kann man die Stähle anhand der chemischen Zusammensetzung in unlegierte und legierte Stähle unterscheiden. Ob ein Stahl als legiert gilt, liegt am Masseanteil fremder Stoffe – also dem Masseanteil der Legierungselemente. Dieser muss einen bestimmten Grenzgehalt überschreiten, damit der Stahl als legiert gilt.
In der folgenden Tabelle sind die Grenzgehalte für unterschiedliche Elemente aufgeführt.

Grenzgehalte für Legierungselemente im Stahl

Element Grenzgehalt [Masse-%]
Al Aluminium 0,10
Co Kobalt 0,10
Cr Chrom 0,30
Mn Mangan 1,65
Mo Molybdän 0,08
Ni Nickel 0,30
Si Silizium 0,50
W Wolfram 0,10

Innerhalb der legierten Stähle kann man noch zwischen niedrig- und hochlegierten Stählen unterteilen:

  • Niedriglegierte Stähle: Der Masseanteil der Legierungselemente liegt unter 5%
  • Hochlegierte Stähle: Der Masseanteil der Legierungselemente liegt über 5%

Einteilung der Eisenwerkstoffe nach Gebrauchsanforderungen / Güteklassen (Stahl)

Unter den Stählen kann man eine weitere Einteilung nach den Gebrauchsanforderungen vornehmen, wobei die Stahlsorten in unterschiedliche Güteklassen eingeteilt werden. So kann eine Einteilung vorgenommen werden in:

  • Grundstähle,
  • Qualitätsstähle und
  • Edelstähle.

Grundstähle

Das Merkmal von Grundstählen ist, dass sie unlegiert sind und die Anforderungen an ihr Gefüge keine Maßnahmen bei der Herstellung erfordert. Es werden keine besonderen Gebrauchseigenschaften von ihnen verlangt. Außerdem sind Grundstähle nicht für eine Wärmebehandlung (außer Glühen) bestimmt.

Qualitätsstähle

Wie der Name vermuten lässt werden an Qualitätsstähle höhere Anforderungen gestellt. Sie können unlegiert aber auch legiert sein. Da an Qualitätsstähle höhere Anforderungen gestellt werden, als an Grundstähle, ist auch bei ihrer Herstellung besondere Sorgfalt notwendig. Zusätzliche Anforderungen können z.B. eine bestimmte Sprödbruchempfindlichkeit, Korngröße, Verformbarkeit sein oder auch Schweißbarkeit bei hoher Festigkeit, Kaltumformbarkeit usw.

Edelstähle

Als Edelstähle werden (legierte aber auch unlegierte) Stahlstorten bezeichnet, die einen hohen Reinheitsgrad besitzen und deren chemische Zusammensetzung besonders eng toleriert ist. Darunter fallen z.B. Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sog. Eisenbegleiter) 0,025 % nicht übersteigt.
Anders als häufig angenommen, ist ein Edelstahl nicht zwangsläufig ein nichtrostender Stahl (so wie ein nichtrostender Stahl nicht zwangsläufig ein Edelstahl ist).
Weitere Details zu Edelstählen sind in einem separaten Skript zu finden.

In den folgenden Werkstofftechnik-Skripten werden die unterschiedlichen Stahlsorten im Einzelnen detailliert beschrieben.

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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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