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Stahl ist eine Metalllegierung, die aufgrund ihrer Festigkeit, Erschwinglichkeit und Härte im Bauwesen weit verbreitet ist. Seine verschiedenen Formen bestehen fast ausschließlich aus Eisen, enthalten aber auch die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel, Silizium und manchmal Nickel und Chrom. Stahl nutzt die hochstabile Atomgitterstruktur von Eisen mit einer wichtigen Wendung.
Das Kristallgitter
Eisen nimmt in seiner festen Form eine kristalline Struktur an, was einfach bedeutet, dass die Eisenatome in einem regelmäßigen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind, das als Gitter bezeichnet wird. In der Natur existieren viele Gitter, aber Eisen kommt in einer von zwei Formen vor - dem körperzentrierten Würfel, der bei höheren Temperaturen existiert, und dem flächenzentrierten Würfel, seiner Raumtemperaturform.
Die Rolle von Kohlenstoff
Die Zugabe von Kohlenstoff zu flüssigem Eisen - typischerweise in Mengen von 0,035 bis 3,5 Masse-% - ändert das, was passiert, wenn die Mischung auf ihren Gefrierpunkt (ungefähr 1.500 ° C) abkühlt. Anstatt ein körperzentriertes Gitter zu sein, um ein flächenzentriertes Gitter zu werden, setzen sich die Eisenatome direkt in letzterem ab. Gleichzeitig lagern sich die Kohlenstoffatome in der Mitte dieser Würfel ab. Dies erklärt letztendlich die höhere Haltbarkeit von Stahl im Vergleich zu reinem Eisen.