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Eisenhaltige vs. nicht-eisenhaltige Metalle: Vollständiger Leitfaden für Einsteiger
Der grundlegende physikalische Unterschied zwischen Eisen- und Nichteisenmetallen ist Eisen. Eisenhaltige Metalle enthalten Eisen, Nichteisenmetalle dagegen nicht. In Eisenmetallen ist der Eisengehalt hoch. In Nichteisenmetallen gibt es fast kein Eisen.
Beispiele für Eisenmetalle sind:
- Stahl
- Rostfreier Stahl
- Gusseisen
- und Schmiedeeisen.
Beispiele für Nichteisenmetalle:
- Aluminium
- Kupfer
- Messing/Bronze
- Gold, Silber und Platin
- Titan
Diese Unterscheidung ist wichtig, denn das Letzte, was Sie tun wollen, ist, das falsche Metall für Ihr Projekt zu wählen. Ihre Wahl wirkt sich auf die Haltbarkeit, die Leistung und die Kosten während der gesamten Nutzungsdauer aus.
Was sind Eisenmetalle?
Zunächst muss man wissen, dass Eisenmetalle alle Metalle sind, bei denen Eisen der Hauptbestandteil ist. Eisen macht mehr als 50% des Gewichts des Metalls aus. Dieser hohe Eisengehalt verleiht diesen Metallen ihre besondere Festigkeit und ihre magnetischen Eigenschaften.
Ursprünglich stammt das Wort “eisenhaltig” vom lateinischen Wort “ferrum” ab, das Eisen bedeutet. Aus diesem Grund schreibt man das chemische Symbol für Eisen als Fe anstelle von I. Sie werden diese lateinische Wurzel in jedem wissenschaftlichen und metallurgischen Buch finden, das Sie lesen.
Wichtige Eigenschaften von Eisenmetallen
Erstens haben Eisenmetalle magnetische Eigenschaften. Der Eisengehalt verursacht diese Eigenschaft. Man kann diese Metalle sehr leicht mit Magneten anziehen. Das Magnetfeld richtet die winzigen Eisenelektronen leicht aus. Deshalb benutzt man einen Magneten, um einen kleinen Nagel in der Erde zu finden!
Zweitens werden Sie feststellen, dass diese Metalle eine gute Festigkeit und Haltbarkeit haben. Sie erreichen eine hohe Zugfestigkeit. Diese Festigkeit macht Eisenmetalle ideal für den Bau von Gebäuden, großen Brücken und den schweren Maschinen, die wir auf unseren Feldern einsetzen.
Drittens: Eisenmetalle sind schwerer und dichter als Nichteisenmetalle. Der Eisengehalt erhöht das Gewicht des Metalls. Außerdem macht der hohe Kohlenstoffgehalt die meisten Eisenmetalle anfällig für Rost.
Häufige Arten von Eisenmetallen
Kohlenstoffstahl
Baustahl hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt, normalerweise 0,05-0,25%. Dieses Material lässt sich leicht schweißen, formen und bearbeiten. Sie sollten sich für Baustahl entscheiden, wenn Sie ein universelles Konstruktionsmaterial benötigen.
Viele Leute auf Reddit fragen: “Ist Kohlenstoffstahl stärker als reines Eisen?” Sicher, er ist viel stärker, weil der Kohlenstoff wie ein Klebstoff wirkt, der die Eisenatome an ihrem Platz hält.
Eine häufig gestellte Frage auf Quora lautet: “Warum rostet mein Kohlenstoffstahl so schnell?” Daher müssen Sie bedenken, dass Kohlenstoffstahl nicht den Schutz von Chrom wie Edelstahl hat. Achten Sie schließlich darauf, eine Öl- oder Farbschicht aufzutragen, um die Feuchtigkeit vom Metall fernzuhalten.
Legierter Stahl 4140, 4130, 4340
Normaler Kohlenstoffstahl ist für sehr schnelle Autos und Flugzeuge manchmal nicht ausreichend. Um dies zu ändern, fügt man spezielle Elemente wie Chrom, Nickel und Mangan hinzu. Diese Bestandteile verändern die Eigenschaften des Metalls und machen es widerstandsfähiger gegen die Hitze eines Düsentriebwerks.
Sorte 4140 hat Chrom und Molybdän. Es hat auch einen höheren Kohlenstoffgehalt von etwa 0.40%. 4140 Stahl ist die beste Wahl für Wellen und Zahnräder.
Güteklasse 4130 hat etwas weniger Kohlenstoff. Aus diesem Grund lässt es sich gut schweißen. Für Flugzeugstrukturen und Überrollkäfige von Rennwagen wird es bevorzugt, weil man die Rohre leicht mit einem Schweißbrenner zusammenfügen kann.
Güteklasse 4340 wird oft als der König bezeichnet, weil er die höchste Festigkeit unter den üblichen legierten Stählen aufweist. Wenn man Nickel hinzufügt, erhält man eine hervorragende Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Leute auf Reddit fragen oft, “Ist 4340 besser als 4140?” Sicher, es ist viel zäher, aber stellen Sie sicher, dass Sie 4340 richtig wärmebehandeln.
Rostfreier Stahl 304, 316
Sie müssen wissen, dass rostfreier Stahl kein normales Eisen ist. Um es “rostfrei” zu machen, müssen Sie Folgendes hinzufügen Chrom.
Rostfreier Stahl muss mindestens 10,5% Chrom enthalten. Wenn Sie das Metall zerkratzen, reagiert das Chrom außerdem wieder mit der Luft und “heilt” die Schicht sofort. Deshalb bleiben Ihre Edelstahllöffel jahrelang glänzend.
Klasse 304
Die Sorte 304 enthält:
- 18% Chrom
- 8% Nickel
Im Gegenzug erhalten Sie eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Verformbarkeit und Schweißbarkeit. Viele Leute in Heimwerkerforen fragen: “Was ist der beste Stahl für eine Küchenspüle?” Natürlich lautet die Antwort fast immer: die Güteklasse 304. Er verträgt Seife, Wasser und Hitze ohne Probleme.
Klasse 316
Manchmal ist die Güteklasse 304 jedoch nicht ausreichend. Die Sorte 316 enthält ein spezielles Element namens Molybdän. Dieser zusätzliche Bestandteil verleiht dem Metall eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Sie sollten 316 für die Schifffahrt, die chemische Verarbeitung und sogar für medizinische Implantate verwenden.
Beachten Sie, dass Sie immer 316 verwenden sollten, wenn Chloride im Spiel sind. Die Sorte 304 kann in Salzwasser winzig kleine Löcher bekommen, die “Lochfraß” genannt werden, aber die Sorte 316 widersteht Chloriden und Säuren viel besser.
Gusseisen
Danach enthält Gusseisen 2-4% Kohlenstoff. Sie erhalten ein Material, das sich gut für das Gießen komplexer Formen eignet. Der hohe Kohlenstoffgehalt macht Gusseisen im Vergleich zu Stahl spröde, eignet sich aber hervorragend für Druckbelastungen.
Grauguss enthält Graphitflocken, die für gute Dämpfungseigenschaften sorgen. Sie finden dieses Material in Motorblöcken, Werkzeugmaschinensockeln und Gullydeckeln.
Duktiles Eisen bietet durch eine spezielle Behandlung eine verbesserte Duktilität. Sie erreichen Eigenschaften, die denen von Stahl näher kommen, während die Gießbarkeit erhalten bleibt. Dieses Material wird für Rohre, Automobilteile und Teile von Windkraftanlagen verwendet.
Schmiedeeisen
Schmiedeeisen hingegen enthält sehr wenig Kohlenstoff, oft weniger als 0,08%. Sie arbeiten mit fast reinem Eisen, das mit faserigen Schlackeneinschlüssen vermischt ist.
Die Schlackenfasern erzeugen beim Brechen ein holzähnliches Aussehen. Sie erreichen eine hohe Duktilität und Zähigkeit. Schmiedeeisen widersteht Ermüdungsbrüchen besser als Stahl. Im Vergleich zu Stahl muss man jedoch Abstriche bei der Härte und Festigkeit machen.
Werkzeugstahl
Der Werkzeugstahl schließlich besteht aus kohlenstoffreichen und legierten Stahlsorten. Sie erhalten Härtewerte von über 60 HRC nach der Wärmebehandlung. Dadurch können die Werkzeuge auch bei hoher Belastung ihre scharfen Kanten beibehalten.
Zu den Werkzeugstahlsorten gehören wasserhärtende, ölhärtende, lufthärtende und Schnellarbeitsstähle. Die Auswahl richtet sich nach den Anforderungen Ihrer Anwendung. Wasserhärtende Stähle kosten weniger, sind aber rissanfälliger.
Schnellarbeitsstahl enthält Wolfram, Molybdän, Chrom und Vanadium. Sie erreichen eine rote Härte, das heißt, das Material bleibt auch bei hohen Temperaturen hart.
Was sind Nichteisenmetalle?
Nichteisenmetalle sind Materialien ohne nennenswerten Eisengehalt. Sie arbeiten mit Metallen, die weniger als 1% Eisen oder überhaupt kein Eisen enthalten. In ihrer reinen elementaren Form gelten alle Metalle außer Eisen als Nichteisenmetalle.
Die Entdeckung des Kupfers um 5000 v. Chr. beendete die Steinzeit und leitete die Kupferzeit ein. Dann kam die Bronzezeit um 3300 v. Chr., als die Menschen lernten, Kupfer mit Zinn zu legieren.
Wichtige Eigenschaften von Nichteisenmetallen
Erstens sind Nichteisenmetalle von Natur aus korrosionsbeständig. Das macht sie ideal für Anwendungen im Freien und auf See.
Zweitens sind diese Metalle nichtmagnetisch. Sie können sie in der Nähe empfindlicher elektronischer Geräte ohne magnetische Störungen verwenden. Dies erweist sich als hilfreich für die Verkabelung, Computerkomponenten und wissenschaftliche Teile.
Drittens wiegen Nichteisenmetalle im Allgemeinen weniger als Eisenmetalle. Aluminium wiegt etwa ein Drittel so viel wie Stahl.
Häufige Arten von Nichteisenmetallen
Aluminium und Aluminium-Legierungen
Zunächst einmal ist Aluminium das heute am häufigsten verwendete Nichteisenmetall. Reines Aluminium ist weich, aber durch Legieren lässt es sich erheblich verstärken.
Die Sorte 6061 enthält Magnesium und Silizium. Sie erreichen eine gute Schweißbarkeit, Formbarkeit und mittlere Festigkeit. Danach können Sie 6061 zu komplexen Profilen extrudieren.
Die Sorte 7075 enthält Zink für maximale Festigkeit. Sie opfern etwas Korrosionsbeständigkeit für überlegene mechanische Eigenschaften.
Aluminium bildet von Natur aus eine schützende Oxidschicht. So vermeiden Sie Rost auch in rauen Umgebungen. Das Material lässt sich eloxieren, um den Korrosionsschutz zu verbessern. Schon bald nach dem Kontakt mit Luft entwickelt sich diese Oxidschicht automatisch.
Kupfer und Kupferbasislegierungen
Außerdem bietet Kupfer die beste elektrische Leitfähigkeit aller gängigen Metalle außer Silber. Sie erhalten 100% IACS Leitfähigkeit in reinem Kupfer.
Das Material weist eine charakteristische rötlich-orange Farbe auf. Sie können Kupfer leicht anhand des Aussehens erkennen. Kupfer entwickelt mit der Zeit eine grüne Patina, wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird. Diese Patina schützt vor weiterer Korrosion.
Kupfer ist sehr dehnbar und verformbar. Das Material lässt sich leicht umformen, biegen und ziehen.
Messing
Messing ist eine Legierung. Messing kombiniert Kupfer mit Zink, in der Regel 60-70% Kupfer und 30-40% Zink.
Die Zugabe von Zink ist sehr klug, denn sie erhöht die Festigkeit des Metalls und senkt die Kosten im Vergleich zur Verwendung von reinem Kupfer.
Außerdem kann man Messing in der Werkstatt leicht bearbeiten. Das Material ist bei Zerspanern sehr beliebt, weil es sich sehr gut mit Gewinden, Dreh- und Fräsarbeiten bearbeiten lässt. Es hinterlässt eine hervorragende Oberfläche, die glänzend und professionell ist.
Bronze
Viele Menschen sind verwirrt und fragen: “Herr, ist Bronze dasselbe wie Messing?” Bei Messing wird Zink verwendet, Bronze enthält Kupfer, das hauptsächlich mit Zinn legiert ist. Diese kleine Änderung macht einen großen Unterschied. Sie erhalten ein Material, das noch härter und korrosionsbeständiger ist als Messing.
Blei
Blei ist eine ganz andere Art von Metall. Es ist sehr weich. Außerdem ist es sehr dicht und schwer und hat einen sehr niedrigen Schmelzpunkt.
Die beste Eigenschaft von Blei ist seine hohe Dichte. Dank dieser Dichte kann es Röntgen- und Gammastrahlen sehr gut abblocken.
Blei schmilzt bei nur 621°F. Aus diesem Grund kann man Blei leicht in Formen gießen, wobei man nur eine einfache Ausrüstung benötigt. Es ist viel leichter zu schmelzen als Stahl oder Kupfer.
Zink
Zink dient in erster Linie als Schutzschicht. Wir tauchen Stahl in ein Bad aus flüssigem Zink. Das Zink haftet am Stahl und verhindert Rost
Zink hat einen niedrigen Schmelzpunkt von etwa 787°F. Daher können mit Zinkdruckguss komplexe Formen wie Vergaser oder kleine Spielzeuge sehr wirtschaftlich hergestellt werden.
Zinn
Zinnmetall ist etwas ganz Besonderes, weil es eine geringe Toxizität aufweist.
TBei der Beschichtung von Stahl wird Zinn verwendet, um “Blechdosen” herzustellen, die wir für Lebensmittelverpackungen verwenden. Die dünne Schicht aus Zinn verhindert, dass das Eisen im Stahl mit den Lebensmitteln in Berührung kommt. Ohne Zinn würden unsere Obst- und Bohnenkonserven nach Metall schmecken und durch Rost ruiniert werden!
Titan
Titan ist der König der Nichteisenmetalle: Titan. Es ist ein Hochleistungsmetall, das Ingenieure lieben.
Außerdem bildet Titan sofort eine “zähe Oxidschicht”, wenn es mit der Luft in Berührung kommt. Diese Schicht ist sogar besser als die auf Edelstahl.
Titan ist jedoch wesentlich teurer als Stahl oder Aluminium. Das Material ist sehr schwer aus der Erde zu gewinnen und in der Werkstatt sehr schwer zu bearbeiten.
Nickel
Daher kann Nickel sowohl als reines Metall als auch als Legierungselement verwendet werden. Man fügt Nickel zu Stahl hinzu, um rostfreien Stahl herzustellen und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Reines Nickel widersteht vielen ätzenden Chemikalien und hohen Temperaturen.
Nickellegierungen können extremen Bedingungen ausgesetzt werden. Inconel enthält Nickel, Chrom und Eisen für Düsentriebwerke und Kernreaktoren. Mit einer Nickelbeschichtung schützen Sie Stahl vor Korrosion.
Gold, Silber, Platin
Gold weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf und läuft nicht an. Sie verwenden Gold für Schmuck, Elektronik und Geldreserven.
Silber bietet die höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit aller Metalle. Sie erzielen die beste Leistung für elektrische Hochstromkontakte.
Platin ist resistent gegen extreme Temperaturen und Korrosion. Man findet Platin in Katalysatoren, Laborgeräten und medizinischen Geräten. Das Material ist teurer als Gold, bietet aber eine gute chemische Beständigkeit.
Herstellung von eisenhaltigen und nicht eisenhaltigen Metallen
CNC-Bearbeitung
Eisenmetalle sind im Allgemeinen schwieriger zu bearbeiten als Nichteisenmetalle. Beim Schneiden von Stahl und Eisen erhöht sich der Werkzeugverschleiß. Sie müssen Keramik oder Hartmetall-Fräswerkzeuge für die Bearbeitung in der Produktion, wie zum Beispiel Hartmetallfräser, Hartmetall-Bohrer
Bleihaltiges Messing lässt sich besser bearbeiten als jedes andere Metall. Sie erreichen hohe Geschwindigkeiten mit ausgezeichneten Oberflächengüten. Die Bleipartikel brechen Späne und schmieren das Schneidwerkzeug.
Aluminium lässt sich problemlos mit Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl und Hartmetall bearbeiten. Sie sind schneller als bei der Stahlbearbeitung. Allerdings kann das weiche Material ohne die richtige Werkzeuggeometrie und Schneidflüssigkeit die Schneiden verkleben.
Diamantwerkzeuge, insbesondere PKD-Schaftfräser, PKD-Bohrerund PCD-Reibahlen, bieten die perfekte Lösung für die hochpräzise Bearbeitung von Nichteisenmetallen.
Schweißen
Das Schweißen von Stahl ist ein wohlbekanntes Verfahren. Sie haben die Wahl zwischen zahlreichen Verfahren, darunter Stick-, MIG-, WIG- und Fülldrahtschweißen. Der Werkstoff verträgt diese Verfahren bei entsprechender Technik problemlos.
Das Schweißen von Aluminium erfordert mehr Sorgfalt. Sie müssen die Oxidschicht entfernen und mit Schutzgas schweißen. Am besten eignen sich WIG- oder MIG-Verfahren mit speziellen Geräten. Die hohe Wärmeleitfähigkeit erfordert einen höheren Wärmeeintrag als bei Stahl.
Das Schweißen von rostfreiem Stahl muss sorgfältig durchgeführt werden, um eine Verarmung des Chroms zu vermeiden. Ohne geeignete Techniken besteht die Gefahr einer Sensibilisierung und einer verminderten Korrosionsbeständigkeit. Spezielle Schweißzusatzwerkstoffe und Wärmekontrolle erhalten die Eigenschaften in der Schweißzone.
Formgebung und Verformung
Unlegierter Stahl hingegen lässt sich für moderate Biegeradien kalt umformen. Stahlbleche können gestanzt, gewalzt und durch Bremsen geformt werden. Das Material verfestigt sich während der Umformung und erhöht die Festigkeit in den gebogenen Bereichen.
Die Umformbarkeit von Aluminiumlegierungen ist sehr unterschiedlich. Mit den Legierungen 3003 und 5052 lassen sich hervorragende Ergebnisse erzielen. Hochfestes 7075 muss jedoch für starke Biegungen erhitzt werden. Das Material reißt, wenn es bei Raumtemperatur zu stark verformt wird.
Kupfer und Messing lassen sich hervorragend kalt formen. Sie können tiefgezogene Formen und enge Biegungen herstellen. Diese Werkstoffe eignen sich für das Drückwalzen und andere spezielle Umformverfahren. Die hohe Duktilität verhindert Rissbildung bei starker Verformung.
Schlussfolgerung
Man wählt Eisenmetalle, wenn man Stärke und niedrige Kosten für große Strukturen benötigt. Nichteisenmetalle wählt man, wenn man Schutz vor Rost oder geringes Gewicht für Elektronik benötigt. Wenn Sie diese beiden Gruppen verstehen, können Sie Dinge bauen, die lange halten. Jetzt können Sie jedes Metall betrachten und leicht zwischen eisenhaltigen und nicht eisenhaltigen Metallen unterscheiden.
FAQs
1. Welche 5 Nichteisenmetalle gibt es?
- Aluminium
- Kupfer
- Blei
- Nickel
- Zinn, Titan und Zink
2. Unterschied zwischen eisenhaltigen und nichteisenhaltigen Metallen in tabellarischer Form
Eigenschaft | Eisenhaltige Metalle | Nichteisen-Metalle |
Primärkomposition | Enthält Eisen | Enthält kein Eisen |
Magnetismus | Magnetisch | Nicht-magnetisch. |
Korrosionsbeständigkeit | Anfällig für Rost | Hohe Rostbeständigkeit |
Gewicht | Im Allgemeinen schwer | Normalerweise leicht |
Zugfestigkeit | Sehr hoch | Variiert |
Leitfähigkeit | Unter | Ausgezeichnet |
Kosten | Im Allgemeinen billiger | Teurer |
3: Wie kann man feststellen, ob ein Metall eisenhaltig ist oder nicht?
Hier sind die vier zuverlässigsten Methoden, um zwischen eisenhaltigem und nicht eisenhaltigem Material zu unterscheiden:
- Der Magnet-Test. Er ist die schnellste Methode
- Visuelle Inspektion
- Der Funkentest
- Gewicht und Klang
