Mittelkohlenstoffstahl: Eigenschaften, Anwendungen und Vorteile

Stahl ist eine Legierung, die vorwiegend aus Eisen besteht und 0,2 bis 2,1 % Kohlenstoff enthält. Zwar enthält jeder Stahl Kohlenstoff, doch der Begriff „Kohlenstoffstahl“ bezeichnet spezifisch Stahl, bei dem Kohlenstoff das Hauptlegierungselement ist. Mittelkohlenstoffstahl enthält 0,30 bis 0,60 % Kohlenstoff und 0,6 bis 1,65 % Mangan. Er bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität und kommt in vielen Stahlbauteilen vor.

Wirkung der Legierungselemente

Reines Eisen besitzt ein Kristallgitter, das ein Gleiten der Atome erlaubt – es ist relativ weich. Der Kohlenstoff im Stahl hindert dieses Gleiten, wodurch Mittelkohlenstoffstahl härter als reines Eisen wird. Weitere Elemente wie Chrom, Mangan, Wolfram und Vanadium wirken als Härtebildner. Ihre genauen Anteile bestimmen die spezifischen Stahleigenschaften.

Härte vs. Duktilität: Der Ausgleich

Mehr Kohlenstoff erhöht die Härte, macht den Stahl aber auch spröder. Die Herstellung erfordert daher einen Ausgleich. Haupteinsatzgebiete sind schwere Maschinen: Achsen, Kurbelwellen, Kupplungen, Zahnräder. Stahl mit 0,4 bis 0,6 % Kohlenstoff wird in der Bahnindustrie für Achsen, Schienen und Räder verwendet.

Wärmebehandlung: Veränderung der mechanischen Eigenschaften

Die Wärmebehandlung ändert mechanische Eigenschaften wie Duktilität, Härte und Festigkeit signifikant. Auch Wärme- und elektrische Leitfähigkeit werden leicht beeinflusst. Es existieren diverse Verfahren.

Anlassen und Härten (Quenching and Tempering)

Aufgrund des Kohlenstoff- und Mangangehalts ist das Abschrecken und Anlassen das gängigste Verfahren. Der Stahl wird wiederholt auf unter 1.333 °F (ca. 723 °C) erhitzt und durch Abschrecken in Öl oder Wasser rasch abgekühlt. Temperatur und Zeit erlauben präzise Steuerung der End Eigenschaften.

Einsatzhärten (Case Hardening)

Nur die Oberfläche wird gehärtet: harte, wasserbeständige Außenschicht mit duktilem Kern. Kohlenstoffstahl wird oft einsatzgehärtet, da das Durchhärten dicker Teile schwierig ist. Stähle mit mehr Legierungselementen als Mittelkohlenstoffstahl lassen sich besser durchhärten und benötigen kein Einsatzhärten.