Die Struktur beeinflusst die Eigenschaften

Aussagen über die Gefügestruktur zu treffen ist wichtig um vorauszusagen wie sich eine bestimmte Stahlsorte verhalten wird. Reines Eisen ist durch seine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur sehr weich und magnetisch, allerdings ist es durch den geringen Anteil an Beimischungen nur schwer herzustellen.

Austenit dagegen hat eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur und kann deutlich mehr Kohlenstoff lösen. Es ist nicht magnetisch und genau wie Ferrit relativ weich und deshalb gut umformbar. Normalerweise liegt Austenit nur bei Temperaturen über 727°C vor, einige Legierungselemente, die sogenannten Austenitbildner, geben dem Stahl jedoch auch bei Raumtemperatur ein austenitisches Gefüge. Dazu zählen unter anderem Nickel, Kobalt und Mangan.

Zementit als dritter wichtiger Gefügebestandteil besteht aus 6,67 Prozent Kohlenstoff und ist dadurch extrem hart und spröde. Das macht Zementit sehr verschleißfest, allerdings verhindert es eine sinnvolle plastische Verformung.

Im Bereich des Stahls hat außerdem Perlit eine große Bedeutung. Reines Perlit entsteht als eutektoides Gefüge bei 0,8 Prozent Kohlenstoffgehalt. Perlit besitzt eine lamellenartige Struktur mit abwechselnden Bereichen aus Ferrit und Zementit.

Ledeburit, das eutektische Gefüge von Eisen und Kohlenstoff, entsteht bei 4,3 Prozent Kohlenstoffanteil. Ledeburit ermöglicht eine klare Abgrenzung zwischen Stahl und Gusseisen. In seiner Reinform ist es nur schlecht formbar, es gibt allerdings trotzdem legierte ledeburitische Stähle die schmiedbar sind.

Weitere Varianten durch Wärmebehandlung

Die beschriebenen Gefügestrukturen treten auf wenn das Material unendlich langsam abgekühlt wird. Bei der Wärmebehandlung wird gezielt auf den Temperaturverlauf Einfluss genommen. Sie besteht aus drei Schritten, dem kontrollierten Aufheizen, dem Halten und dem kontrollierten Abkühlen.

Bei bestimmten Temperaturverläufen können andere Gefügestrukturen entstehen als oben beschrieben. Zusätzlich gibt es zum Beispiel Martensit, ein sehr hartes und sprödes Stahlgefüge das nur bei extrem schneller Abkühlung auftritt. Es kann aber auch vorkommen, dass das Gefüge bei der Wärmebehandlung erhalten bleibt und andere Faktoren geändert werden.