Was passiert mit Eisen bei Kälte?

Wie beeinflusst extreme Kälte die mechanischen Eigenschaften von Eisen?

Ich hab das selbst erlebt. Es war ein bitterkalter Januar, so um den 20sten rum, bei uns auf dem alten Hof in der Eifel. Ich wollte gefrorenen Boden mit einem Spaten aufbrechen, kein besonders gutes Stück, aber massives Eisen. Ein knackendes Geräusch, und der Spaten brach einfach durch. Glatter Bruch, wie Glas.

Das ist kein Zufall. Das innere Gefüge von so einem Stahl, das ist entscheidend. Wenn das Metall bei der Herstellung langsam abkühlen darf, bilden sich große, irgendwie träge Kristalle. Das ist dann Grobkorn. Bei schnellem Abschrecken, quasi ein Schock fürs Material, bleibt alles feinkörnig, dicht.

Und diese Körnigkeit, die macht alles aus. Die kleinen, feinen Körnchen verkeilen sich ineinander, machen das Metall zäh und widerstandsfähig. Die großen Körner aber, die bieten dem Bruch eine schöne, glatte Autobahn. Kälte verstärkt das Problem nur.

Die Kälte lähmt quasi die Atome im Metallgitter. Sie können nicht mehr so gut aneinander vorbeigleiten, um eine Belastung abzufedern. Das Metall verliert seine Zähigkeit, wird hart, aber eben spröde. Jeder Schlag geht direkt durch, ohne Dämpfung.

Wie beeinflusst extreme Kälte Eisen? Extreme Kälte macht Eisen und unlegierten Stahl spröde. Die Zähigkeit nimmt ab, die Härte steigt. Das Material bricht bei Stoßbelastung leichter, weil die Kälte die Beweglichkeit der Atome im Metallgitter einschränkt. Dieser Effekt wird als Kaltversprödung bezeichnet.