Was ist Kohlenstoffstahl?
Kohlenstoffstahl ist eine Art von Stahlwerkstoff, bei dem dem Hauptbestandteil Eisen Kohlenstoff zugesetzt ist.
Neben Eisen und Kohlenstoff enthält die Zusammensetzung auch Elemente wie Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel. Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die Eigenschaften des Stahls, weshalb er auch als Kohlenstoffstahl bezeichnet wird.
Reines Eisen, das fast keinen Kohlenstoff oder andere Elemente enthält (weniger als 0,02 % Kohlenstoffgehalt), ist sehr weich und für den praktischen Gebrauch ungeeignet, aber durch die Zugabe von Kohlenstoff wird seine Härte und Festigkeit erhöht. Kohlenstoffstahl ist ein Werkstoff, der sich diese Eigenschaften zu Nutze macht. Durch Anpassung des Kohlenstoffgehalts kann Kohlenstoffstahl mit für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Eigenschaften hergestellt werden.
Anwendungen von Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl wird ebenso wie legierter Stahl für alle Arten von Konstruktionen, Maschinenteilen und Alltagsgegenständen verwendet. Die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffstahl hängen von seinem Kohlenstoffgehalt ab, der wiederum durch die Wärmebehandlung stark variiert.
Daher ist er als metallischer Werkstoff sehr anpassungsfähig und wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt. Es gibt so viele Arten von Kohlenstoffstahl und legierten Stählen, dass sie nach ihrem Kohlenstoffgehalt, ihrem Verwendungszweck, ihrer Festigkeit und ihrer Zusammensetzung klassifiziert und wie andere Industrieprodukte genormt werden. Vor allem sind Kohlenstoffstähle billiger als legierte Stähle und sollten daher bei der Auswahl von Stahlwerkstoffen als erstes in Betracht gezogen werden.
Merkmale von Kohlenstoffstahl
Im Allgemeinen werden Stahlwerkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,02 % und 2,14 % als Kohlenstoffstahl bezeichnet. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nehmen Härte und Zugfestigkeit zu. Andererseits wird er spröder und weniger dehnbar, was zu einer geringeren Schlagzähigkeit und Verarbeitbarkeit führt.
Neben der Einstellung des Kohlenstoffgehalts können die Eigenschaften auch durch eine Wärmebehandlung verändert werden. Zu den wichtigsten Wärmebehandlungsverfahren gehören Glühen, Normalglühen, Abschrecken und Vergüten.
Von den in Kohlenstoffstahl enthaltenen Bestandteilen außer Eisen werden vor allem Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel als die fünf Hauptelemente bezeichnet. Andere Elemente als Kohlenstoff werden oft nicht absichtlich hinzugefügt, sondern bleiben bei der Herstellung unentfernt.
Silizium verbessert die Zugfestigkeit, Mangan die Zähigkeit und Härtungsfähigkeit. Phosphor verringert die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und Schwefel verringert die Zähigkeit bei hohen Temperaturen, so dass es ratsam ist, den Gehalt so weit wie möglich zu reduzieren.
Arten von Kohlenstoffstahl
Es gibt mehrere Möglichkeiten, Kohlenstoffstähle zu klassifizieren, wie im Folgenden dargestellt:
1. Einteilung nach dem Kohlenstoffgehalt
Je nach Kohlenstoffgehalt werden Kohlenstoffstähle in Kohlenstoffstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (0,02 %-0,25 %), Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0,25 %-0,6 %) und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (0,6 %-2,14 %) unterteilt. Da sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, werden insbesondere die Stähle mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt auch als gewöhnlicher Stahl bezeichnet.
2. Klassifizierung nach Härte
Je nach Härte wird Stahl grob in zwei Kategorien eingeteilt: Weichstahl und Hartstahl. Der Kohlenstoffgehalt von Weichstahl liegt im Allgemeinen bei 0,18 % bis 0,3 %, der von Hartstahl bei 0,3 % bis 1,0 %.
Feiner unterteilt werden sie manchmal als ultraweicher Stahl (unter 0,12 %), milder Stahl (0,12 % bis 0,2 %), halbweicher und halbharter Stahl (0,2 % bis 0,45 %), harter Stahl (0,45 % bis 0,8 %) und härtester und härtester Stahl (0,8 % bis 1,7 %) bezeichnet. Weich- und Hartstähle unterscheiden sich in ihrer Härtungsbeständigkeit.
Weichstahl hat den Nachteil, dass er einen niedrigen Kohlenstoffgehalt hat, so dass die Härtung wenig Wirkung zeigt. Auf der anderen Seite hat er den Vorteil, dass er aufgrund seiner Härtebeständigkeit geschweißt werden kann.