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Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde – Eisen und Stahl (2)

Legt man den Fokus der Betrachtung auf den Bereich der Werkstoffkunde, der in der Elektrotechnik eine wesentliche Rolle spielt, so gilt es zunächst eine Stoffzuordnung bezüglich der Verwendung der Materialien und Ihrer Zusammensetzung vorzunehmen. Bei den Metallen gibt es die Einteilung in Eisen- und Nichteisenmetalle. Bei den Eisenmetallen unterscheidet man nach Gusseisen [1] und Stähle. Letztere bilden das Thema in diesem Beitrag.

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Stahl

In der Werkstofftechnik spricht man über Eisen und Stahl und meint dabei üblicherweise Eisen-Kohlenstoff-Legierungen. Diese Eisen-Kohlenstoff-Legierung bezeichnet man als Stahl, wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,002 % und 2,06 % liegt. Eisen und Stahl haben als Werkstoffe im Maschinenbau, im Schiffbau und auch in der Elektrotechnik sowie in vielen anderen Industriebereichen eine große Bedeutung. Stähle gibt es in einer kaum überschaubaren Anzahl verschiedener Spezifikationen. Die unterschiedlichen Eigenschaften werden vornehmlich durch unterschiedliche Legierungsrezepte erreicht. Je nach planbarer Einsatzmöglichkeit wird in Werkzeugstählen und Baustählen unterschieden.

Qualitätsmerkmale

Ein wesentliches Qualitätsmerkmal ist bei Baustählen die Zugfestigkeit und die Streckgrenze. Beide Werte werden in N/mm2 angegeben und werden mit Hilfe eines Streckversuchs ermittelt. Gemäß alter Norm (DIN 17100) führt die Zugfestigkeit direkt zur Sortenbezeichnung: Stahl mit der Bezeichnung St37 hat eine Zugfestigkeit von rund 370 N/mm2. Da diese Bezeichnung aus der Zeit stammt, in der noch als Krafteinheit das Kilopond statt Newton üblich war, bedeutete ST37 Baustahl mit einer Zugfestigkeit von 37 kp/mm2 (und das sind nur ungefähr 370 N/mm2)

Ordnung nach Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft. Dabei handelt es sich um die maximale mechanische Zugspannung, die beim Zugversuch im Werkstoff auftritt. Die Zugfestigkeit wird im Zugversuch ermittelt. Sie ist die maximal erreichte Zugkraft bezogen auf die ursprüngliche Querschnittsfläche der genormten Zugprobe (Spannung). Als Formelzeichen der Spannung wird „σ“ (Sigma) verwendet. Häufig verwendete Einheiten sind N/mm2 oder MPa (Megapascal). Die Zugfestigkeit kann im Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Y-Achsen-Wert am höchsten Punkt) direkt abgelesen werden. Die Zugfestigkeit wurde in der Vergangenheit häufig für die Charakterisierung von Werkstoffen verwendet. Ein Beispiel hierfür ist die Bezeichnung von Baustählen. So wurde der Stahl 52 (St52, heute S355) nach seiner Zugfestigkeit von 52 kp/mm2 (510 N/mm2) bezeichnet.

Ordnung nach Streckgrenze

Aufgrund der Harmonisierung der europäischen und internationalen Normen werden heute viele Stähle nach der Streckgrenze bezeichnet, die aus konstruktiver Sicht ein besserer Kennwert für die Belastbarkeit eines Werkstoffs ist. In der Gliederung der Stähle nach EN 10027 bekommen Baustähle das Vorsatzzeichen S für „Structural Steel“ (Stähle für den Stahlbau). Die nachfolgende Zahl gibt die Streckgrenze (Re) in N/mm2 an. Übliche Bezeichnungen sind z. B.:

S235Jr+Ar (neue Ausgabe EN 10025-2:2004–10, früher S235JrG2, noch früher St 37-2, Werkstoffnummer 1.0036 bis 1.0038, frühere Bezeichnung nach EU 25-72 auch Fe 360 B)

S355J2+N (neue Ausgabe EN 10025-2:2004–10, früher S355J2G3, noch früher St 52-3 N, Werkstoffnummer 1.0577 bzw. 1.0570, frühere Bezeichnung nach EU 25-72 auch Fe 510 D1)

Die Baustahlsorten sind in EN 10025 genormt. Die Bezeichnungen nach DIN 17100 mit den Vorsatzbuchstaben „St“ (Klammerwerte oben St 37...) sind heute ungültig und sollten nicht mehr verwendet werden, sind jedoch im Sprachgebrauch noch weit verbreitet. Diese wenigen Bezeichnungsbeispiele zeigen bereits, dass nur der geübte Anwender (Konstrukteur), der ständig damit umgehen muss, hier den Überblick behält. Für die Elektrofachkraft ist es in der Praxis ausreichend zu wissen, wie sich die Bezeichnungen zusammensetzen bzw. wie sie sich begründen. Stahlkonstruktionen wie z. B. Kabelträgersysteme werden in der Regel von der Industrie dimensioniert und mit Montageanleitungen ausgeliefert.

Autor: K.-H. Bleiß

Der vollständige Beitrag ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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