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Wirkung der Legierungselemente

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In diesem Werkstofftechnik-Skript wird die Wirkung von unterschiedlichen Legierungselementen in verschiedenen Basismetallen beschrieben. Hauptinteresse liegt dabei auf den Eisen-Legierungen.

Legierungselement Aluminium

  • Wirkung in Eisen:
    Aluminium wirkt in Eisen als starkes Desoxidationsmittel zur Stahlberuhigung (beim Gießprozess). Aluminium bildet außerdem mit Stickstoff Nitride (=> Nitrierstahl), es erhöht die Zunderbeständigkeit und erhöht die Koerzitivkraft.
  • Wirkung in Zink:
    Aluminium verbessert in Legierungen mit Zink die mechanischen Eigenschaften und macht die Schmelze dünnflüssiger.
  • Wirkung in Magnesium:
    Aluminium erhöht in Legierungen mit Magnesium die Zugfestigkeit und Härte.

Legierungselement Beryllium

  • Wirkung in Eisen:
    Durch die Wirkung von Beryllium als Legierungselement in Eisen wird das γ-Gebiet (Austenit) abgeschnürt. Beryllium wirkt als starkes Desoxidationsmittel bei der Stahlherstellung und es erhöht die Ausscheidungshärtung.
    Als negative Wirkung senkt Beryllium als Legierungselement in Eisen die Zähigkeit.
  • Wirkung in Kupfer:
    Beryllium erhöht als Legierungselement in Kupfer die Elastizität und Ermüdungsbeständigkeit (Uhrfedern).
  • Wirkung in Nickel:
    In Nickel erhöht Beryllium die Härte und Korrosionsbeständigkeit.

Legierungselement Blei

  • Wirkung in Kupfer:
    Geringen Mengen von Blei in Kupfer (bis 2%) erhöhen die Zerspanbarkeit von Kupfer.

Legierungselement Bor

  • Wirkung in Eisen:
    Bor wirkt als Legierungselement in Eisen als starker Neutronen-Absorber. Diese Arte der Legierung findet daher in Stählen für den Atomkraftwerksbau Verwendung. Ferner erhöht Bor die Streckgrenze und Festigkeit des Stahls.
    Ein negativer Effekt von Bor als Legierungspartner ist, dass es die Korrosionsbeständigkeit verringert und bei Gusseisen mit Kugelgraphit zur Versprödung führt.

Legierungselement Cerium

  • Wirkung in Eisen:
    Cerium wirkt in Eisen als Desoxidationsmittel und es erhöht die Zunderbeständigkeit. Es fördert bei Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG) die Bildung von Kugelgraphit. Außerdem sind Eisen-Legierungen mit bis zu 30% Eisen pyrophor (wird in Feuerzeugen als Feuerstein verwendet).

Legierungselement Chrom

  • Wirkung in Eisen:
    Chrom senkt als Legierungselement in Eisen die kritische Abkühlgeschwindigkeit, steigert Verschleißfestigkeit, WarmfestigkeitZunderbeständigkeit. Es erhöht die Zugfestigkeit, da es als Carbidbilder wirkt. Da es ab einem Massegehalt von 12,2% die Korrosionsbeständigkeit steigert, wird es zu Herstellung von Edelstahl verwendet (V2A, V4A). Außerdem wirkt es Austenit-stabilisierend und schnürt das γ-Gebiet ein.
    Chrom hat eine nachteilige Wirkung, indem es die Kerbschlagarbeit und Schweißeignung verringert. Es senkt die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit.

Legierungselement Kohlenstoff

  • Wirkung in Eisen:
    Die Wirkung von Kohlenstoff ist für die Werkstofftechnik von sehr hoher Bedeutung, daher wird das Thema auch in anderen Werkstofftechnik-Skripten aufgegriffen werden.
    Zum einen senkt Kohlenstoff als Legierungselement in Eisen den Schmelzpunkt, erhöht durch Fe3C-Bildung die Härte und Zugfestigkeit. Eine Eisenlegierung wird außerdem als Stahl bezeichnet, wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,002 % und 2,06 % liegt. Stahl lässt sich jedoch erst ab einem Kohlenstoffgehalt von 0,3% härten.
    Wenn Kohlenstoff in der Legierungen in größeren Mengen vorhanden ist, erhöht es die Sprödigkeit und senkt damit Schmiedbarkeit, Schweißeignung, Bruchdehnung und Kerbschlagarbeit.

Legierungselement Kupfer

  • Wirkung in Eisen:
    Kupfer erhöht als Legierungselement in Eisen die Witterungsbeständigkeit. Es senkt die Festigkeit und Schweißeignung.
  • Wirkung in Aluminium:
    Kupfer erhöht als Legierungselement in Aluminium die Härte. Durch Ausscheidungshärtung entsteht die Legierung Duraluminium.
  • Wirkung in Zink:
    Kupfer verbessert als Legierungspartner von Zink das Kriechverhalten und steigert die Dauerfestigkeit. In Verbindung mit Blei erhöht es die Zerspanbarkeit.
  • Wirkung in Gold:
    Kupfer steigert die Härte und elektrische Leitfähigkeit von Gold. Es macht den Farbton von Gold dunkler und rötlicher. Außerdem ist die Legierung billiger als reines Gold.
    Negativ wirkt sich Kupfer in Gold auf die Korrosionsbeständigkeit aus.

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Legierungselement Mangan

  • Wirkung in Eisen:
    Mangan hat in Eisen die positive Wirkung die Rotbruch-Neigung zu mindern.
  • Wirkung in Magnesium:
    Mangan erhöht die Korrosionsbeständigkeit von Magnesium-Legierungen.

Legierungselement Molybdän

  • Wirkung in Eisen:
    Molybdän verbessert in Eisen-Legierung die Härtbarkeit und Zugfestigkeit.
    Negativ ist, dass der Haltepunkt A1 leicht nach oben verschoben wird. Außerdem senkt Molybdän die Schmiedbarkeit und Dehnbarkeit.

Legierungselement Nickel

  • Wirkung in Eisen:
    Nickel erhöht in Eisen-Legierung die die Zugfestigkeit und die Streckgrenze. Ab einem Anteil von 8% macht Nickel einen Stahl korrosionsbeständig.
    Ein Nachteil von Nickel als Legierungselement ist, dass es den Haltepunkt A1 um 10 K je 1% Ni nach unten verschiebt.

Legierungselement Phosphor

  • Wirkung in Eisen:
    Phosphor erhöht in Eisen-Legierungen die Zugfestigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit.
    Es hebt jedoch den Haltepunkt A1 leicht an und führt zu Versprödung.

Legierungselement Schwefel

  • Wirkung in Eisen:
    Schwefel als Legierungselement von Eisen erhöht die Zerspanbarkeit, mindert jedoch die Duktilität.

Legierungselement Silicium

  • Wirkung in Eisen:
    Silicium erhöht in Eisen-Legierungen die Zunderbeständigkeit, es ist ein Mischkristallhärter und behindert die Bildung von Carbiden. Bei der Stahlherstellung hat es die positive Wirkung die Schmelze dünnflüssiger zu machen und dient als Desoxidationsmittel.
    Silicium mindert jedoch auch die Zähigkeit und verschiebt den Haltepunkt A1 nach oben (um 20 - 30 K je 1% Si, jedoch nur bis 3%).

Legierungselement Titan

  • Wirkung in Eisen:
    Titan verhindert als Legierungselement in Eisen-Legierungen die interkristalline Korrosion durch Bildung von TiC.

Legierungselement Vanadium

  • Wirkung in Eisen:
    Vanadium erhöht in Eisen-Legierungen die Zugfestigkeit.
    Es verschiebt jedoch den Haltepunkt A1 leicht nach oben

Legierungselement Wolfram

  • Wirkung in Eisen:
    Wolfram wirkt als Carbidbildner und erhöht somit die Zugfestigkeit deutlich.
    Es verschiebt jedoch den Haltepunkt A1 schwach nach oben.
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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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