Härterer Stahl in zehn Sekunden

Forscher analysieren Blitzbehandlung, die Stahl härter und flexibler macht

Columbus (USA) - Mit einer Zehn-Sekunden-Behandlung ist es einem Detroiter Ingenieur gelungen, handelsüblichen Stahl härter zu machen als jede andere bekannte Stahlvariante. Jetzt haben US-amerikanische Materialforscher herausgefunden, was diesem Metall seine neuen Eigenschaften verleiht: Es ist der blitzartige Wechsel von Aufheizen und Abkühlen - dieses sogenannte "Flash Processing" verändert die Mikrostruktur des Stahls, so dass im Inneren ein Gemenge aus unterschiedlichen Kristallarten entsteht. So ist das Material nicht nur weniger brüchig und sieben Prozent härter als andere Stähle - es ist auch flexibler und lässt sich um 30 Prozent weiter dehnen, ohne seine Festigkeit zu verlieren, berichten die Forscher im Fachblatt "Materials Science and Technology". Interessant ist der Superstahl für einen breiten Einsatzbereich: von der Automobilindustrie, wo er für effektivere Knautschzonen oder leichtere Karosserien sorgen könnte, bis zum Stahlbau in Erdbebengebieten.

"Stahl nennen wir eine 'ausgereifte Technologie' und glauben, so gut wie alles darüber zu wissen. Wenn also jemand den stärksten Stahl um ein paar Prozent härter machen würde, wäre das eine große Sache. Aber sieben Prozent? Das ist riesig!", sagt Suresh Babu, Professor für Materialwissenschaft an der Ohio State University. Entsprechend skeptisch war er zunächst, als ihn der Erfinder Gary Cola kontaktierte, um die physikalischen und chemischen Details seines neuen Materials untersuchen zu lassen. Babus Team nutzte dazu optische Mikroskope sowie Raster- und Transmissionselektronenmikroskope und testete Härte und Flexibilität mit diversen Techniken.

Der Vorgang des "Flash Processing" selbst ist sehr schlicht: Die Stahlplatten werden durch Propanflammen auf rund 1200 Grad Celsius erhitzt und direkt danach in fließendem Wasser wieder gekühlt. Herkömmlicher Stahl hingegen wird mehrere Stunden bis Tage lang bei rund 900 Grad Celsius erhitzt. Bei diesem langsamen Prozess löst sich die ursprüngliche Stahlstruktur in eine homogene, relativ weiche Kristallstruktur namens Austenit. Das anschließende Kühlen dann verwandelt die Struktur komplett in das härtere Martensit. Doch Gary Colas Stahl zeigte unter den Mikroskopen ein buntes Gemenge verschiedener Metallstrukturen: Neben Martensit-Kristallen fanden sich auch andere Strukturen namens Bainit, wie sie in manchem Spezialstahl vorkommen, durchmischt mit kohlenstoffreichen Karbiden. Diese einzigartig gemischte Mikrostruktur, schreiben die Forscher, macht den neuen Stahl so flexibel und stoßdämpfend und gleichzeitig hart.