Warum ist Stahl ein so häufig verwendeter Werkstoff?

7 Antworten

stahl hat sehr gute materialeigenschaften.

er hält enorme zugkräfte aus - im vergleich zum querschnitt
er ist sehr elastisch (man macht federn aus ihm)
man kann ihn kalt und warm verformen

kohlefaser ist sehr fest, aber spröde
kunststoff ist wesentlich geringer belastbar
beton funktioniert nur, weil stahl innen drin ist

bei hochleistungskonstruktionen (also grosse spannweiten) gibt es nichts besseres als stahl, weil die festigkeit im vergleich zum gewicht so hoch ist.
würde man was anderes nehmen, würde die konstruktion viel schwerer. und um bei gleicher nutzlast dieses mehrgewicht auch noch zu tragen, bräuchte man noch viel mehr material...usw

Jackie251  03.12.2015, 14:30

das verhältnis gewicht/festigkeit fällt für Alumium meist besser aus - weshalb man diesen Werkstoff für Hochleistungskonstruktionen einsetzt. Stahl verwendet man eher um günstiger zu sein, wenn die Anforderungen nicht ganz so hoch sind.
beton funktioniert übrigens sehr gut ohne Stahl, ggf sogar besser weil länger haltbar - natürlich sind Beton und Stahlbeton 2 unterschiedliche Werkstoffe aber so generell kann man es eben nicht sagen.

0
pbheu  03.12.2015, 14:34
@Jackie251

da hast du ein bischen recht,

aber die querschnitte von aluminium sind dann bei weitem grösser. schau dir fahrradrahmen aus stahl oder aus alu an, dann weisst du was ich meine. ausserdem wird es kaum möglich sein, zugseile aus aluminium zu spinnen - und zugseile aus stahl dürften wohl mit das effektivste sein, was es zur zeit gibt.

vergessen hatte ich die korrosionsbeständigkeit, da hat alu natürlich die nase vorn. dafür ist die herstellung von alu eine weit grössere umweltsauerei als die von stahl...

unter beton verstehe ich nur stahlbeton, weil ich kaum anwendungen kenne, ohne stahl. der beton ohne bewehrung ist nur druckbelastbar, versuche mit keramischen oder faserstoffen mögen da einen fortschritt bringen, sind aber im vergleich zum üblichen einsatz verschwindend gering

1
Jackie251  04.12.2015, 12:17
@pbheu

Naja Hochleistungskonstruktionen wo maximale Tragfähigkeit bei geringen Gewicht erforderlich ist - sind eben zB Flugzeuge.
Aluminium ist eben vor allem teurer, daher nutzt man es im Bauwesen seltener.
Bei höheren Anforderungen wird dann eher Titan genutz, was aber mehr an der Temperaturbeständigkeit der Mech. Kennwerte liegt.

In der Frage geht es ja nicht um das Bauwesen (es geht um Werkstoffe nicht Baustoffe). Auch für Stahlseile sind Kunststoffe zumindest auf dem Vormarsch.
Wobei sich hier beide Materialien noch ergänzen, allerdings wird Stahl noch immer oft eingesetzt wo Kunststoffe "besser" wären, schlicht weil die Verfügbarkeit und das Vertrauen in den Stahl größer ist. Also mehr so ein "das haben wir schon immer so gemacht".

Stahlbeton ist in der Tat weit verbreitet, allerdings zeigt sich inzwischen, das er - gerade weil er noch relativ jung ist - noch nicht völlig beherrscht wird. Viel früher als gedacht müssen Bauwerke als Stahl/Spannbeton ersetzt werden. Berücksichtigt man dabei, das selbst diese Bauwerke auf 50-100 Jahre geplant wurden dann zeigt sich, wieviel nachhaltiger alte Bauweisen waren. Es gibt Unmengen an Steinbauwerken die deutlich älter sind und teilweise heutigen Anforderungen genügen.
Gerade im Bezug auf die gewollte Energiewende ist Nachhaltigkeit statt Wegwerfgesellschaft ein wichtiger Punkt. Daher ist Beton ohne Stahleinlagen längst noch nicht Tot, auch wenn man derzeit seltener zu ihm greift.

0
pbheu  04.12.2015, 15:18
@Jackie251

alles richtig.

ich finde auch faszinierend, dass festungen aus beton gesprengt wurden, um an den stahl zu kommen, der darin im verbund verbaut war. weniger davon benutzen ist sicherlich ein gutes ziel - und wenn man vernünftig plant und rechnet, geht da eine menge. leider wird nur immer in superlativen geschwelgt - nicht wie  w e n i g  stahl verbaut wurde ist eine schlagzeile wert, immer nur wie  v i e l  davon...

bei nanobeton habe ich persönlich immer die befürchtung, dass wir noch nicht wissen, was wir uns einhandeln, und irgendwie bin ich auch nicht gänzlich davon überzeugt, das faserwerkstoffe so harmlos sind....

was kunststoffe tun, wenn sie dem uv licht länger als 25 jahre ausgesetzt sind, wissen wir allerdings auch noch nicht so wirklich....

das ersetzen des betons ist besonders peinlich, wenn er nicht aus der frühphase (50er jahre) stammt, wo man noch ohne bewegungsfugen gearbeitet hat, und spannbeton war letzten endes ja der versuch, zugkräfte komplett zu vermeiden.

worin ich dir zustimme ist, dass man im bauwesen noch einiges bewegen kann und sollte. ohne eine art nachhaltigkeitsklasse bei bauten wird das aber kaum gelingen, da die bauindustrie sich noch immer freut, wenn sie material verschwenden kann - weils die rechnungen erhöht.

0

für Werkstoffe gibts 2 Kriterien

wie gut erfüllen sie die Aufgabe und was kosten sie

Stahl ist relativ billig. Man muss aber bedenken, das Stahl und Stahl nicht das selbe ist! Es gibt sehr viele verschiedene Stähle.

-Stahl eigenet sich sehr gut für Zugkräfte - in diesem BEreich gibt es wenig Alternativen, insbesondere wenn man große Mengen benötigt.

-er ist mäßig gut bei Druckkräften

-lässt sich härten und erreicht dann beachtliche Härte

- ist un normaler Umgebung relativ korrosionsfest bzw legierbar sodass er sehr korrosionsfest ist

- er lässt sich zuverlässig fügen

- hat im normalen Temperaturbereich kaum Eigenschaftsänderungen

usw

Er hält erstens sehr lange. Außerdem ist er sehr fest , hält viel Gewicht / Druck / Kraft aus. Es lässt sich leicht damit arbeiten und ist günstig.

Weil er sehr stabil und auch noch elastisch ist.

Passt eben für viele Anwendungen sehr gut.

Er ist hart/stabil, gut zu verarbeiten und hält lange. Günstig auch noch