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Legierungen - Grundlagen

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Wenn ein Metall einen oder mehrere fremde Stoffe enthält (deren anteilige Menge eine bestimmte Mindesthöhe übersteigt), sprechen wir von einer Legierung – auch Mischkristall genannt. Metalle, die so geringe Mengen an Verunreinigungen enthalten, als dass wir sie in der Werkstofftechnik als rein bezeichnen können, finden im Maschinenbau nur selten Verwendung.
Neben anderen Metallen können auch Nichtmetalle Legierungsbestandteil sein. Diese Legierungsbestandteile und deren anteilige Menge haben – wir bereits in den vorherigen Werkstofftechnik-Skripten beschrieben wurde – einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des jeweiligen Metalls bzw. der Legierung.

1) Einphasige Legierung

Das Basismetall einer Legierung kann mit dem Legierungselement bzw. den Legierungselementen eine feste Lösung bilden, man spricht hier von atomaren Mischungen. Bei der einphasigen Legierung bilden das Basismetall und Legierungselement eine gemeinsame Gitterstruktur. Die Eigenschaften der entstehenden Legierung werden im Wesentlichen durch die chemische Zusammensetzung bestimmt.
Die Legierungen wurden außerdem in einem vorhergehenden Werkstofftechnik-Skript als Gitterfehler beschrieben (was sie im Prinzip auch sind).

Bei den Einphasigen Legierungen unterscheidet man ferner:

1a) Substitutionsmischkristall / Austauschmischkristall

Beim Substitutionsmischkristall wird ein reguläres Atom des Grundmetalls durch ein Atom des Legierungselements ersetzt also substituiert. Diese Art der Legierung bildet sich, wenn Grundmetall und Legierungselement den gleichen Gittertypen besitzen und die Gitterkonstante sowie die Atomradien ähnlich sind. Außerdem bildet sich der Substitutionskristall nur bei der Mischung von Metallen.
Im Bild unten sieht man eine schematische Darstellung eines Substitutionsmischkristalls. Die schwarz dargestellten Atome stellen hier die Fremdatome dar.

 Substitutions-Mischkristall

1b) Einlagerungsmischkristall

Beim Einlagerungsmischkristall lagert sich ein Fremdatom zwischen die Atome des Grundmetalls ein. Das heißt, das Fremdatom – es kann sich dabei um ein anderes Metall aber auch ein Nichtmetall handeln – sitzt auf einem Zwischengitterplatz. Zur Bildung eines Einlagerungsmischkristalls als Legierung kommt es vor allem bei räumlich kleinen Atomen wie zum Beispiel Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff.
Im Bild unten sieht man eine schematische Darstellung eines Einlagerungsmischkristalls. Die schwarzen Atome, die in den Zwischenräumen des Hauptgitters liegen, stellen hier die Fremdatome dar.

Einlagerungs-Mischkristall

2) Mehrphasige Legierung

Besitzen Basismetall und Legierungselement eine schlechte Löslichkeit bzw. Mischbarkeit miteinander, bilden sich mehrere Phasen. Die Eigenschaften der entstehenden Legierung werden im Wesentlichen durch die Verteilung der Phasen (Gefüge) beeinflusst.
Das Bild unten zeigt eine mehrphasige Legierung.

Mehrphasige Legierung

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