Stål är en metalllegering som används i stor utsträckning på grund av sin hållfasthet, prisvärdhet och hårdhet. Dess olika former består nästan helt av järn, men innehåller också grundämnena kol, mangan, fosfor, svavel, kisel och ibland nickel och krom. Stål utnyttjar den mycket stabila atomgitterstrukturen i järn, med en viktig vridning.
Kristallgitteret
Järn, i sin fasta form, antar en kristallstruktur, vilket betyder att järnatomerna är ordnade i ett regelbundet, upprepande mönster som kallas ett galler. Många galler finns i naturen, men järn finns i en av två former - den kroppscentrerade kuben, som finns vid högre temperaturer och den ansiktscentrerade kuben, dess rumstemperaturform.
Kolens roll
Tillsats av kol till flytande järn - vanligtvis i mängder som sträcker sig från 0,035 till 3,5 viktprocent - förändrar vad som händer när blandningen svalnar till fryspunkten (ungefär 1500 ° C). Istället för att gå från att vara ett kroppscentrerat galler till att bli ett ansiktscentrerat galler, placeras järnatomerna direkt i det senare. Samtidigt stannar kolatomerna i mitten av dessa kuber. Detta svarar i slutändan för den större hållbarheten hos stål jämfört med rent järn.