Legierungselemente

Element
Name Aluminium
Chemisches Zeichen Al
Schmelzpunkt660 °C
Information
Es ist das stärkste, sehr häufig angewandte Desoxydations- und außerdem Denitrierungsmittel; dadurch wirkt es auch stark begünstigend auf die Alterungsunempfindlichkeit ein. In kleinen Zugaben unterstützt es die Feinkornausbildung. Da Al mit Stickstoff Nitride hoher Härte bildet, ist es meist Legierungselement in Nitrierstählen. Al erhöht die Zunderbeständigkeit und wird deshalb häufig ferritischen hitzebeständigen Stählen zulegiert. Wegen der starken Erhöhung der Koerzitivkraft Legierungselement in Eisen-Nickel-Kobalt-Aluminium-Dauermagnetlegierungen.

 


Element
Name Bor
Chemisches Zeichen B
Schmelzpunkt2040 °C
Information
In Baustählen verbessert dieses Element die Durchhärtung und bewirkt damit in Einsatzstählen eine Erhöhung der Kernfestigkeit. Austenitische 18/8 CrNi-Stähle können mit Bor über Ausscheidungshärtungen auf höhere Streckgrenze und Festigkeit gebracht werden, wobei aber die Korrosionsbeständigkeit gemindert wird. Da Bor einen hohen Wirkungsquerschnitt für Neutronen-Absorption aufweist, legiert man damit Stähle für Regler und Abschirmungen von Atomkernenergie-Anlagen.

 


Element
Name Beryllium
Chemisches Zeichen Be
Schmelzpunkt1283 °C
Information
Aus Cu-Be-Legierungen werden Spiralfedern für Uhren hergestellt, die kaum magnetisierbar sind und eine viel höhere Zahl von Lastwechseln aushalten, als Stahlfedern. Ni-Be- Legierungen sind sehr hart und korrosionsbeständig; Verwendung in chirug. Instrumenten.

 


Element
Name Kohlenstoff
Chemisches Zeichen C
Information
Kohlenstoff ist das wichtigste und einflussreichste Legierungselement im Stahl. Neben Kohlenstoff enthält jeder unlegierte Stahl Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel, welche bei der Herstellung unbeabsichtigt hinzukommen. Der Zusatz weiterer Legierungselemente zur Erzielung besonderer Wirkungen, sowie die bewusste Erhöhung des Mangan- und Siliziumgehalts führt zum legierten Stahl. Mit zunehmendem C-Gehalt steigen die Festigkeit und Härtbarkeit des Stahles, wogegen seine Dehnung, Schmiedbarkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge verringert werden. Der Korrosionswiderstand gegenüber Wasser, Säuren und heißen Gasen wird durch den Kohlenstoff praktisch nicht beeinflusst.

 


Element
Name Kalzium
Chemisches Zeichen Ca
Schmelzpunkt850 °C
Information
Gemeinsam mit Si in Form von Silico-Kalzium zur Desoxydation eingesetzt. Ca erhöht die Zunderbeständigkeit von Heizleiterwerkstoffen.

 


Element
Name Cer
Chemisches Zeichen Ce
Schmelzpunkt775 °C
Information
Cer wirkt reinigend, da es stark desoxydiert und die Entschwefelung fördert. Ce begünstigt in hochlegierten Stählen z. T. die Warmverformbarkeit und verbessert in hitzebeständigen Stählen die Zunderbeständigkeit.

 


Element
Name Kobalt
Chemisches Zeichen Co
Schmelzpunkt1492 °C
Information
Kobalt bildet kein Karbide; es hemmt das Kornwachstum bei höheren Temperaturen und verbessert die Anlassbeständigkeit und die Warmfestigkeit stark; deshalb oft Legierungselement in Schnellstählen, Warmarbeitsstählen; warmfesten und hochwarmfesten Werkstoffen. Begünstigt die Graphitbildung. Es erhöht in großen Anteilen Remanenz, Koerzitivkraft und Wärmeleitfähigkeit; deshalb Legierungsbasis für höchstwertige Dauermagnetstähle und -legierungen. Unter Neutronenbestrahlung bildet sich das stark radioaktive Isotop 60 Co, weshalb Co in Stählen für Atomreaktoren unerwünscht ist.

 


Element
Name Chrom
Chemisches Zeichen Cr
Schmelzpunkt1920 °C
Information
Chrom erhöht die Festigkeit und setzt die Dehnung nur sehr wenig herab, verbessert die Warmfestigkeit und Zunderbeständigkeit sehr. Bei höheren Cr-Gehalten werden die Stähle rostbeständig und über die Bildung von Chromkarbiden verschleißfest. Die Schweißbarkeit nimmt bei reinen Chromstählen mit zunehmendem Cr-Gehalt ab. Cr ist ein starker Karbidbildner. Die Zugfestigkeit steigt um 8-10 kg/mm² je 1% Cr; die Streckgrenze wird ebenfalls erhöht, jedoch nicht in gleichem Maße, die Kerbschlagzähigkeit wird verringert.

 


Element
Name Kupfer
Chemisches Zeichen Cu
Schmelzpunkt1084 °C
Information
Kupfer erhöht die Festigkeit und die Streckgrenze des Stahles, die Dehnung dagegen wird vermindert. Cu erhöht schon bei niedrigen Gehalten den Rostwiderstand der Stähle gegenüber den Einflüssen der atmosphärischen Luft. Die Schweißbarkeit wird durch Cu nicht beeinflusst.

 


Element
Name Wasserstoff
Chemisches Zeichen H
Schmelzpunkt-262 °C
Information
Wasserstoff ist ein Stahlschädling, weil er Versprödung durch Abfall von Dehnung und Einschnürung ohne Erhöhung von Streckgrenze und Zugfestigkeit hervorruft. Er bildet die Ursache für die gefürchtete Flockenbildung und begünstigt die Schattenstreifenentstehung. Beim Beizen entstehender atomarer Wasserstoff dringt unter Blasenbildung in den Stahl ein. Feuchter Wasserstoff entkohlt bei höheren Temperaturen.

 


Element
Name Mangan
Chemisches Zeichen Mn
Schmelzpunkt1244 °C
Information
Mangan erhöht die Festigkeit des Stahles, die Dehnung wird hierbei nur wenig verringert; ferner wirkt Mn sich günstig auf die Schmiedbarkeit und Schweißbarkeit aus. Höher Mn-Gehalte bewirken, bei Vorhandensein von Kohlenstoff, einen großen Verschleißwiderstand. Bei 3% Mn wird die Zugfestigkeit der Stähle um etwa 10 kg/mm² je 1% Mn erhöht; bei Gehalten von 3-8% nimmt die Erhöhung in geringerem Maße zu und über 8% Mn sinkt sie wieder ab, ähnlich verhält sich die Streckgrenze. Mn vergrößert stark die Einhärttiefe.

 


Element
Name Molybdän
Chemisches Zeichen Mo
Schmelzpunkt2610 °C
Information
Molybdän erhöht die Zugfestigkeit und besonders die Warmfestigkeit und wirkt sich auch günstig auf die Schweißbarkeit aus. Bei höherem Mo-Gehalt im Stahl wird die Schmiedbarkeit erschwert. Mo wird vielfach in Verbindung mit Chrom verwendet. Das Verhalten des Mo ist ähnlich dem des Wolframs. Zusammen mit Chrom und Nickel legiert, können hohe Streckgrenzen und Zähigkeitswerte erzielt werden. Mo ist ein starker Karbidbildner und wird bevorzugt als Legierungselement in Schnell- und Warmarbeitsstählen, in austenitischen korrosionsbeständigen Stählen, Einsatz- und Vergütungsstählen, sowie in warmfesten Stählen verwendet, auch im Hinblick auf die Verringerung der Anlasssprödigkeit.

 


Element
Name Stickstoff
Chemisches Zeichen N
Schmelzpunkt-210 °C
Information
In austenitischen Stählen stabilisiert N das Gefüge, erhöht die Festigkeit und vor allem die Streckgrenze, sowie die mechanischen Eigenschaften in der Wärme. N lässt durch Nitridbildung beim Nitrieren hohe Oberflächenhärte erreichen. Schädlich ist N wegen der Verminderung der Zähigkeit durch Ausscheidungsvorgänge, der Hervorrufung von Alterungsempfindlichkeit und Blausprödigkeit, sowie wegen der Möglichkeit der Auslösung von interkristalliner Spannungsrisskorrosion in unlegierten und niedriglegierten Stählen.

 


Element
Name Niob
Chemisches Zeichen Nb
Schmelzpunkt2467 °C
Information
Niob (veraltet amerikanisch Columbium, Cb) und Tantal kommen fast nur gemeinsam vor und sind sehr schwierig voneinander zu trennen, so dass sie üblicherweise zusammen vorwiegend als Stabilisatoren chemisch beständigen Stählen zulegiert werden.

 


Element
Name Tantal
Chemisches Zeichen Ta
Schmelzpunkt2977 °C
Information
Niob und Tantal kommen fast nur gemeinsam vor und sind sehr schwierig voneinander zu trennen, so dass sie üblicherweise zusammen vorwiegend als Stabilisatoren chemisch beständigen Stählen zulegiert werden.

 


Element
Name Nickel
Chemisches Zeichen Ni
Schmelzpunkt1453 °C
Information
Nickel steigert die Festigkeit im Stahl in geringerem Maße als Silizium und Mangan, die Dehnung sinkt dabei nur wenig. Ni bewirkt eine gute Durchhärtung besonders, wenn der Stahl gleichzeitig Chrom enthält. Chrom-.Nickel-Stähle sind rost- und zunderbeständig, sowie warmfest. Die Schweißbarkeit wird von Nickel nicht beeinträchtigt, Nickel erhöht in starkem Maße die Kerbschlagzähigkeit bei Baustählen, insbesondere bei tieferen Temperaturen. Als Stahllegierungselement findet Nickel vorwiegend Verwendung für austenitische, korrosions- und zunderbeständige Stähle, wie in Einsatz- und Vergütungsstählen zwecks Erhöhung der Zähigkeit.

 


Element
Name Sauerstoff
Chemisches Zeichen O
Schmelzpunkt-218,7 °C
Information
Sauerstoff ist ein Stahlschädling; für seinen spezifischen Einfluss sind Art und Zusammensetzung seiner Verbindungen im Stahl, sowie die Form und Verteilung derselben wesentlich. Die mechanischen Eigenschaften, besonders die Kerbschlagzähigkeit, speziell in Querrichtung werden verringert, während die Neigung zur Alterungssprödigkeit verstärkt wird.

 


Element
Name Phosphor
Chemisches Zeichen P
Schmelzpunkt44 °C
Information
Es gibt mehrere Arten von Phosphor, weißer (gelber), roter (violetter) Phosphor, schwarzer P. u.a.m. Allgemein wird der Phosphor als Stahlschädling angesprochen und dementsprechend bei hochwertigen Stählen eine obere Grenze von 0,03 - 0,05% angestrebt.

 


Element
Name Blei
Chemisches Zeichen Pb
Schmelzpunkt327 °C
Information
Blei wird Automatenstählen in Gehalten von etwa 0,2 - 0,5% zulegiert, da durch seine äußerst feine suspensionsartige Verteilung die Bildung kurzer Späne und sauberer Schnittflächen erzielt wird und damit bessere Bearbeitbarkeit gegeben ist. Die angegebenen Bleigehalte beeinflussen die mechanischen Eigenschaften der Stähle praktisch nicht.

 


Element
Name Schwefel
Chemisches Zeichen S
Schmelzpunkt118 °C
Information
Schwefel macht den Stahl spröde und rotbrüchig und ist somit schädlich. Gehalte von 0,025-0,030 % sind zugelassen. Eine Ausnahme machen die Automatenstähle, denen absichtlich bis zu 0,3 % zugesetzt wird, damit die klein verteilten Sulfideinschlüsse den metallischen Zusammenhang unterbrechen und somit zur Bildung kurzer Späne beitragen.

 


Element
Name Selen
Chemisches Zeichen Se
Schmelzpunkt217 °C
Information
Verwendung in Automatenstählen ähnlich wie bei S, wobei es die Bearbeitbarkeit noch wirksamer verbessert; in korrosionsbeständigen Stählen vermindert es die Beständigkeit geringer als S.

 


Element
Name Silizium
Chemisches Zeichen Si
Schmelzpunkt1410 °C
Information
Silizium ist gleich dem Mangan in jedem Stahl enthalten, da schon die Eisenerze je nach ihrer Zusammensetzung eine entsprechende Menge davon mitbringen. Auch bei der Stahlherstellung selbst wird von den feuerfesten Ofenauskleidungen her Silizium in die Schmelze aufgenommen. Aber erst solche Stähle werden Siliziumstähle genannt, die einen Si-Gehalt von mehr als 0,40 % besitzen. Si ist kein Metall, sondern ein sogen. Metallgift wie es z.B. auch Phosphor und Schwefel sind. Silizium erhöht Zunderbeständigkeit, sowie Festigkeit und Dichtigkeit, besonders bei Stahlguss; die Dehnung wird nur wenig beeinflusst, die Zugfestigkeit wird um etwa 10 kg/mm² je 1 % Si erhöht, die Streckgrenze in ähnlicher Weise. Si macht den Stahl bei höheren Gehalten grobkörnig; hoher Si-.Gehalt (ca.14 %) ist widerstandsfähig gegen chem. Einflüsse, aber nicht mehr schmiedbar.

 


Element
Name Titan
Chemisches Zeichen Ti
Schmelzpunkt1812 °C
Information
Titan ist ein sehr hartes Metall, starker Karbidbildner, wird als Legierungselement vorwiegend in austenitischen, korrosionsbeständigen Stählen zur Stabilisierung gegenüber interkristalliner Korrosion eingesetzt; hat außerdem kornverfeinernde Eigenschaften.

 


Element
Name Vanadium
Chemisches Zeichen V
Schmelzpunkt1730 °C
Information
Vanadin verbessert schon bei geringen Zusätzen die Warmfestigkeit und unterdrückt die Überhitzungsempfindlichkeit. V wirkt sich besonders in Bau- und Werkzeugstählen günstig aus, bei Schnellarbeitsstählen erhöht es die Schneidhaltigkeit. Vanadin ist ein starker Karbidbildner. Es erhöht Zugfestigkeit und Streckgrenze, insbesondere aber die Warmfestigkeitseigenschaften der Stähle. Vanadin wird bevorzugt in Verbindung mit Chrom als Legierungselement in Bau- und warmfesten Stählen und in Verbindung mit Wolfram in Schnell- und Warmarbeitsstählen verwendet.

 


Element
Name Wolfram
Chemisches Zeichen W
Schmelzpunkt3380 °C
Information
Wolfram (engl. Tungsten) steigert die Festigkeit; es erhöht die Härte und Schneidhaltigkeit wesentlich und erzeugt auch hohe Warmhärte. Wolfram kommt daher als Zusatz für Schnell- und Warmarbeitsstähle in Frage. Zugfestigkeit und Streckgrenze des Stahles werden um etwa 4 kg/mm² je 1% Wolfram erhöht. Wolfram ist ein sehr starker Karbidbildner und wird bevorzugt in warmfesten Stählen verwendet, da es diese anlassbeständig und warmfest macht.

 


Element
Name Zirkonium
Chemisches Zeichen Zr
Schmelzpunkt1860 °C
Information
Karbidbildner; metallurgischer Einsatz als Zusatzelement zur Desoxydation, Denitrierung und Entschwefelung, da es wenig Desoxydationsprodukte hinterlässt. Zr erhöht die Lebensdauer von Heizleiterwerkstoffen.

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