Liste von Legierungselementen

Dies i​st eine unvollständige, alphabetisch geordnete Liste v​on Legierungselementen u​nd ihrer erwünschten (positiven) a​ls auch unerwünschten (negativen) Wirkungen a​uf das jeweilige Basismetall:

Aluminium (Al)

Im Eisen
positiv
Aluminium ist ein starkes Desoxidationsmittel zur Stahlberuhigung. Es bildet mit Stickstoff Nitride (Nitrierstahl) und erhöht die Zunderbeständigkeit in hitzebeständigen Stählen. Durch Erhöhung der Koerzitivkraft wird es in Dauermagnetlegierungen verwendet.

Im Magnesium

Zur Festigkeitssteigerung. Von d​en Magnesiumlegierungen gelten MgAl a​ls wichtigste Gruppe.

Arsen (As)

Im Kupfer
positiv
Arsen bildet als Weißkupfer einen Silberersatz.
negativ
Arsen ist toxisch.

Beryllium (Be)

Im Eisen
positiv
Beryllium schnürt das γ-Gebiet (Austenit) ab; wirkt als starkes Desoxidationsmittel; erhöht die Ausscheidungshärtung.
negativ
Beryllium senkt die Zähigkeit.

Im Kupfer
positiv
Beryllium erhöht die Elastizität und Ermüdungsbeständigkeit. Uhrfedern aus dieser Legierung halten daher eine viel größere Zahl von Lastwechseln aus als Stahlfedern. Zudem ist diese Legierung kaum magnetisierbar
Als Legierungszusatz ermöglicht es die Herstellung funkenfreier Werkzeuge im Kohlebergbau.

Im Nickel
positiv
Beryllium erhöht stark die Härte und Korrosionsbeständigkeit.

Im Magnesium
positiv
Beryllium verringert die Brandneigung (Oxidation) von Magnesiumschmelzen.

Blei (Pb)

Allgemein
positiv

Geringe Mengen Blei (bis 2 %) erhöhen d​ie Zerspanbarkeit. Wird i​n verschiedenen Legierungen z​u diesem Zweck zugesetzt. Diese werden allgemein a​ls Automatenlegierung bezeichnet, beispielsweise Automatenstahl.

negativ

Gesundheitliche Probleme u​nd gesetzliche Beschränkungen.

Im Kupfer
Bleibronzen werden als Lagermetall für Verbrennungsmotoren verwendet.

Bor (B)

Im Eisen
positiv
Bor ist ein starker Neutronen-Absorber und findet bei der Herstellung von Stählen für den Atomkraftwerksbau Anwendung. Es erhöht Streckgrenze und Festigkeit.
negativ
Bor senkt die Korrosionsbeständigkeit. Es vermindert bei Gusseisen mit Kugelgraphit die Perlitisierung, bildet bei Gehalten über 0,001 % Carbide und führt damit zur Versprödung.

Im Aluminium
positiv
Erhöht die elektrische Leitfähigkeit in Aluminiumlegierungen. Verfeinert in Verbindung mit Titan das Korngefüge.

Cer (Ce)

Im Eisen
positiv
Cer ist ein starkes Desoxidationsmittel und erhöht die Zunderbeständigkeit. Bei Gusseisen mit Kugelgraphit fördert es die Bildung von Kugelgraphit.
negativ
Cer-Eisen-Legierungen (bis 30 % Eisen) sind pyrophor.

Chrom (Cr)

Im Eisen
positiv
Chrom senkt stark die kritische Abkühlgeschwindigkeit, steigert Verschleißfestigkeit, Warmfestigkeit und Zunderbeständigkeit. Als Carbidbildner (Chromcarbid) steigert es stark die Zugfestigkeit. Ab 12,2 % Massengehalt steigert es die Korrosionsbeständigkeit (nichtrostender Stahl). Es wirkt Ferrit-stabilisierend, bei geringen Zugaben weitet es aber auch das Austenit-Gebiet zu niedrigeren Temperaturen aus.
negativ
Chrom verringert die Kerbschlagarbeit und Schweißeignung, senkt Wärme- und elektrische Leitfähigkeit, Haltepunkt A1 wird stark (um 20 bis 30 K je 1 % Cr, jedoch nur bis 3 %) nach oben verschoben.

Kohlenstoff (C)

Im Eisen
positiv
Kohlenstoff senkt den Schmelzpunkt, erhöht durch Zementit-(Fe3C)-Bildung Härte und Zugfestigkeit. Stahl lässt sich erst ab einem Gehalt von 0,2 % härten.
negativ
Kohlenstoff erhöht bei höheren Gehalten die Sprödigkeit und senkt deshalb Schmiedbarkeit, Schweißeignung, Bruchdehnung und Kerbschlagarbeit.

Siehe auch: Kohlenstoffstahl

Kupfer (Cu)

Im Aluminium
positiv
Kupfer erhöht die Härte und Festigkeit deutlich, es entsteht durch Ausscheidungshärtung die Legierung Duraluminium. Hauptlegierungselement in Aluminium-Kupfer-Legierungen, und als Zusatz in vielen weiteren.
negativ

Erhöht d​ie Korrosion

In Stählen[1]
Positiv
Kupfer erhöht die Witterungsbeständigkeit. In Bau- und Qualitätsstählen werden 0,2 – 0,35 % Kupfer hinzulegiert, um die Rostbeständigkeit zu steigern.:Außerdem kann in Chrom-Nickel-Stählen durch Cu-Konzentrationen von 1–2 % die Beständigkeit gegen Salz- und Schwefelsäure erhöht werden.
negativ
Bei der Warmverarbeitung von kupferhaltigen Stählen kann an der Oberfläche angereichertes Kupfer unter Wirkung von Zugspannungen in die Korngrenzen eindringen und zu Oberflächenrissen führen

Im Gold
positiv
Kupfer erhöht die Härte und elektrische Leitfähigkeit, verändert den Farbton (dunkler, rötlicher), zudem ist die Legierung billiger als reines Gold.
negativ
Kupfer senkt die Korrosionsbeständigkeit.

Im Zink
positiv
Kupfer verbessert das Kriechverhalten, erhöht die Dauerfestigkeit und zusammen mit Blei die Zerspanbarkeit.

Magnesium

Im Eisen
positiv
Desoxidations- und Entschwefelungsmittel. In Gusseisen erzeugt Magnesium Kugelgraphit

Im Aluminium
positiv
Erhöht zusammen mit Mangan die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit

Mangan (Mn)

Im Eisen
positiv
Mangan bildet tropfenförmige, höherschmelzende MnS-FeS-Mischsulfide, die die Rotbruch-Neigung mindern.
negativ
Der Haltepunkt A1 wird um 10 K je 1 % Mn nach unten verschoben.

Im Magnesium
positiv
Mangan erhöht die Korrosionsbeständigkeit.

Im Aluminium
positiv
Erhöht die Festigkeit. Siehe Aluminium-Mangan-Legierung.

Molybdän (Mo)

Im Eisen
positiv
Molybdän verbessert Härtbarkeit und Zugfestigkeit. Wichtiges Legierungselement in vielen Schnellarbeitsstählen.
negativ
Molybdän verschiebt den Haltepunkt A1 schwach nach oben, senkt Schmiedbarkeit und Dehnung.

Nickel (Ni)

Im Eisen
positiv
Nickel erhöht bei Baustählen die Streckgrenze und Kerbschlagzähigkeit und bei Einsatzstählen sowie bei Vergütungsstählen die Zähigkeit, erweitert das γ-Gebiet und bewirkt dadurch in korrosions- und zunderbeständigen Chrom-Nickel-Stählen die Austenitstruktur. Hohe Nickelgehalte im Invar bewirken kleine oder zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten.
negativ
Nickel senkt den Haltepunkt A1 um 10 K je 1 % Ni nach unten.

Phosphor (P)

Im Eisen
positiv
Phosphor erhöht Zugfestigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit, Spanbarkeit und Gießbarkeit. Wird in manchen Stahlgusssorten und Automatenstahl bewusst zulegiert.
negativ
Phosphor verschiebt den Haltepunkt A1 schwach nach oben und sorgt für eine starke Abschnürung des Gamma-Gebietes, was zu einer Erhöhung der Seigerung führt. Schon geringste Mengen erhöhen die Empfindlichkeit gegen Anlassversprödung.

Schwefel (S)

Im Eisen
positiv
Schwefel erhöht die Zerspanbarkeit, vor allem zusammen mit Mangan, mit dem es Mangansulfid bildet. Wird in Automatenstahl genutzt.
negativ
Schwefel mindert die Duktilität und Festigkeit durch Bildung von Eisensulfid.

Silicium (Si)

Im Eisen
positiv
Silicium ist ein Desoxidationsmittel zur Stahlberuhigung, erhöht die Zunderbeständigkeit, macht die Schmelze dünnflüssiger, ist ein Mischkristallhärter und behindert die Bildung von Carbiden. Viele Stahlguss- und alle Gusseisensorten enthalten 1 bis 2 % Silicium.
negativ
Silicium mindert die Zähigkeit, der Haltepunkt A1 wird stark (um 20 – 30 K je 1 % Si, jedoch nur bis 3 %) nach oben verschoben.

Im Aluminium

Wird a​ls Hauptlegierungselement genutzt i​n den Aluminium-Silicium-Legierungen, d​ie vor a​llem als Gusslegierung verwendet werden. Senkt d​en Schmelzpunkt u​nd die Volumendifferenz b​eim Erstarren. Bildet zusammen m​it Magnesium intermetallische Phasen d​ie zum Aushärten v​on Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen verwendet werden.

Stickstoff (N)

Im Eisen
positiv
Stickstoff erweitert das γ-Gebiet im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, stabilisiert das austenitische Gefüge, erhöht in austenitischen Stählen die Streckgrenze, die Festigkeit und die Korrosionsfestigkeit (PREN).
negativ
Verminderung der Zähigkeit, begünstigt interkristalline Spannungsrisskorrosion in unlegierten und niedriglegierten Stählen.

Titan (Ti)

Im Eisen
positiv
Titan verhindert interkristalline Korrosion durch Bildung von Titancarbid (TiC).

Vanadium (V)

Im Eisen
positiv
Als Carbidbildner steigert Vanadium stark die Zugfestigkeit.
negativ
Vanadium verschiebt den Haltepunkt A1 schwach nach oben.

Wolfram (W)

Im Eisen
positiv
Als Carbidbildner (Wolframcarbid) steigert Wolfram stark die Zugfestigkeit und die Härte, da es viele seiner Eigenschaften mehr oder weniger gut auf seine Legierungen 'überträgt'. Auch die Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit nimmt zu. Hauptlegierungselement in einigen Schnellarbeitsstählen.
negativ
Der Haltepunkt A1 wird durch Wolfram schwach nach oben verschoben.

In Hartmetallen

Durch Bildung v​on Wolframcarbid a​ls Härteträger u​nd Hauptbestandteil i​n vielen Hartmetallsorten.

Zink (Zn)

Im Kupfer
positiv
Als Legierungsbestandteil in Messing, ca. 30 + 40 %, erhöht es dessen Festigkeit, verbessert Verformbarkeit, Kalt-Verfestigung, Korrosionsbeständigkeit und Gleiteigenschaften.
Zusammen mit Nickel bildet es das Neusilber.

Zinn (Sn)

Im Kupfer
positiv
Als Legierungsbestandteil bis zu 22 % in Bronze erhöht es Elastizität, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Gießbarkeit.

Einzelnachweise
  1. Prof. Dr. Ing Uwe Reinert: Einfluss von Legierungselementen auf Eisenwerkstoffe. In: Hochschule Bremen. Abgerufen am 23. August 2019 (deutsch).
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