Legierungselemente Stahl - Stahlhandel Gröditz

Legierungselemente Stahl

Stahl und Legierungen – Eine Definition

Legierungen sind Mischungen aus mindestens einem Metall und einem oder mehreren anderen Elementen. Die zusätzlich zum Grundmetall verwendeten Elemente tragen dazu bei, dieses in seinen Eigenschaften anzupassen. Der Ihnen bekannte Stahl ist eine Legierung, die grundlegend aus Eisen und Kohlenstoff besteht, aber zur Verbesserung seiner Eigenschaften um weitere Stahl-Legierungselemente ergänzt werden kann.

Reiner Stahl und legierter Stahl – Wo liegen die Unterschiede?

Den Terminus „reiner Stahl“ kennen Sie bereits, dieser Werkstoff wird auch als unlegierter Stahl bezeichnet. Er besteht aus Eisen und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffgehalt mit unter 2 % niedrig ist. Ohne den Einfluss weiterer Legierungselemente weist Stahl eine geringe bis mittlere Härte und Festigkeit auf.

Typisch für legierten Stahl ist, dass er weitere Legierungselemente enthält. Diese verleihen dem Stahl spezifische Eigenschaften wie zum Beispiel erhöhte Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit. Im Gegensatz zum reinen Stahl ist der legierte Stahl in seinen Merkmalen weniger begrenzt und kann darum auf die verschiedensten Anwendungen angepasst werden.

Was sind die wichtigsten Legierungselemente für Stahl?

Die Legierungselemente und ihre Eigenschaften sind vielfältig. Diese Legierungselemente von Stahl sollten Sie unbedingt kennen:

  • Kohlenstoff
  • Silizium
  • Mangan
  • Chrom
  • Nickel
  • Molybdän

Was bewirken Legierungselemente in Stahl?

Die Legierungselemente für Stahl haben Einfluss auf die mechanischen sowie chemischen Eigenschaften des Materials. Werden dem Stahl diese Legierungselemente in unterschiedlichen Anteilen beigefügt, kann er demnach bezüglich Struktur und Co. gezielt an vorgegebene Bestimmungen innerhalb eines Projektes angepasst werden.

Beeinflusste Eigenschaft

Stahl-Legierungselement

Härte

Kohlenstoff, Chrom

Festigkeit

Kohlenstoff, Molybdän, Silizium

Duktilität (Verformung bei bestimmter Tragfähigkeit aufrechterhalten)

Mangan, Nickel

Zähigkeit (bei Verformung Bruchenergie absorbieren)

Mangan, Nickel

Korrosionsbeständigkeit

Chrom

Hitzebeständigkeit

Molybdän

Schweißbarkeit

Titan, Vanadium

Zunderbeständigkeit (beständig gegen Oxidation bei hohen Temperaturen)

Silizium

Hier finden Sie eine Übersicht zu Legierungselementen und ihren Eigenschaften:

Doch nicht nur den Einfluss der Legierungselemente auf Stahl, den Sie unserer Legierungselemente-Stahl-Tabelle entnehmen können, sollten Sie für Ihr Projekt beachten. Auch das Gewicht des legierten Stahls spielt eine entscheidende Rolle. Um Ihren Materialbedarf bei der Planung und Ausführung Ihres Projektes zu berechnen, sollten Sie deshalb einen Gewichtsrechner für Stahl verwenden. So können Sie präzise kalkulieren und Ihre Ressourcen effektiv nutzen.

Legierungselemente für Stahl – Industrielle Bedeutung und Anwendungsbeispiele

Die industrielle Bedeutung der Legierungselemente im Stahl liegt in ihrer Fähigkeit, die mechanischen und chemischen Eigenschaften des Stahls gezielt zu verändern, sodass er für zahlreiche Zwecke eingesetzt werden kann.

In der Automobilindustrie dienen Stahl-Legierungselemente dazu, Karosserieteile sowie Komponenten für Motoren und Fahrwerke fester, härter und beständiger gegenüber Korrosion zu machen.

Da im Bauwesen eine hohe Haltbarkeit und strukturelle Festigkeit entscheidend sind, werden legierte Stähle unter anderem für Tragwerke, Brücken und Hochhäuser eingesetzt.

Da es bei Werkzeugen auf eine hohe Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit ankommt, werden legierte Stähle auch zur Werkzeugherstellung eingesetzt. Dabei entstehen beispielsweise Bohrer und Schneidwerkzeuge.

Durch die Einordnung in die AISI-Klassifikation lassen sich legierte Stähle präzise nach ihren spezifischen Legierungselementen und den daraus resultierenden Eigenschaften differenzieren. So können Sie die passenden Stahl-Legierungselemente für Ihren Einsatz finden.

Herstellungsverfahren von legiertem Stahl

Legierter Stahl wird durch das Hinzufügen von spezifischen Legierungselementen zu Kohlenstoffstahl hergestellt, um bestimmte Eigenschaften wie Stärke, Härte, Korrosionsbeständigkeit oder Hitzebeständigkeit zu verbessern. Verschiedene Verfahren wie das Elektroschlacke-Lichtbogenverfahren und das Argon-Oxygen-Decarburization-Verfahren kommen dabei zum Einsatz.

Der Herstellungsprozess von legiertem Stahl umfasst mehrere Schritte:

  1. Schmelzen und Mischen: Der erste Schritt ist das Schmelzen von Eisen und Kohlenstoff in einem Hochofen oder Elektroofen. Das kann beispielsweise mithilfe des Elektroschlacke-Lichtbogenverfahrens geschehen, bei dem hohe Temperaturen und ein elektrischer Lichtbogen genutzt werden, um den Stahl zu schmelzen und Legierungselemente wie Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Mangan und Silizium in genau definierten Mengen hinzuzufügen. Die genaue Zusammensetzung hängt von den gewünschten Eigenschaften des fertigen Stahls ab. Bei dem Argon-Oxygen-Decarburization-Verfahren wird der Kohlenstoffgehalt durch Zugabe von Sauerstoff und Argon reduziert, während Legierungselemente beigemischt werden. So entsteht ein hochqualitativer Stahl mit sehr spezifischen – und nur den gewünschten – Eigenschaften.
  2. Gießen: Nachdem die gewünschte chemische Zusammensetzung erreicht ist, wird die Schmelze in Formen gegossen, um Brammen, Blöcke oder Stangen zu bilden. Diese werden dann abgekühlt und erstarren in der entsprechenden Form.
  3. Warmwalzen: Die gegossenen Stahlblöcke werden erhitzt und durch Warmwalzen in dünnere Platten, Bleche oder lange Produkte wie Stangen und Draht umgeformt. Dabei müssen die Temperaturen hoch genug sein, um die Rekristallisation des Stahls zu ermöglichen. So wird die Formbarkeit verbessert.
  4. Kaltwalzen (optional): Für Anwendungen, die dünnere Materialien oder eine höhere Oberflächenqualität erfordern, kann der Stahl zusätzlich kaltgewalzt werden. Kaltwalzen erfolgt bei Raumtemperatur und Sie profitieren von einer verbesserten Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Stahls durch die zusätzliche Verfestigung.
  5. Wärmebehandlung: Um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, wird der legierte Stahl verschiedenen Wärmebehandlungen Dazu gehören Verfahren wie Härten (Erhitzen und schnelles Abkühlen), Anlassen (Erhitzen auf eine niedrigere Temperatur und dann langsames Abkühlen) und Normalglühen (Erhitzen und langsames Abkühlen), um Spannungen abzubauen, die Härte zu justieren und außerdem die Zähigkeit zu verbessern.
  6. Oberflächenbehandlung (optional): Um die Korrosionsbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit zu erhöhen, können Sie noch zusätzliche Oberflächenbehandlungen vornehmen. Dazu gehören Beschichtungen, Verzinken oder das Aufbringen von Schutzschichten durch chemische Verfahren.

Potenzielle Anwendungen und Technologien von Legierungselementen von Stahl

Auf der einen Seite werden zukünftig weiterhin neue Stahllegierungen entwickelt werden, die durch spezifische Eigenschaften überzeugen. So lassen sich in Zukunft Verbesserungen in der Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitung feststellen, indem z. B. neue Legierungselemente genutzt oder die Legierungsprozesse optimiert werden. Auf der anderen Seite werden auch nachhaltige Stahllegierungen an Bedeutung gewinnen, die nicht nur für neue Anwendungen zum Einsatz kommen, sondern auch zur Nachhaltigkeit beitragen sollen. Dabei sind die Nutzung recycelter Materialien und ressourcenschonende Herstellungsverfahren denkbar.

Die Entwicklung von Legierungselementen von Stahl wird sich auch zukünftig an die sich verändernden Anforderungen anpassen, um im Bauwesen, der Luft- und Raumfahrt oder in der Energiebranche besonders gut genutzt werden zu können.

Fazit: Legierungselemente beeinflussen Stahl-Eigenschaften

Legierungen erweitern die Einsatzmöglichkeiten von Stahl, indem sie seine chemischen und mechanischen Grundeigenschaften wie Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit durch Zugabe spezifischer Elemente wie Chrom, Nickel oder Molybdän gezielt verbessern. So passt sich legierter Stahl im Unterschied zu reinem Stahl an spezifische Anwendungsbedingungen an. Auch die zukünftigen Entwicklungen bei Stahllegierungen versprechen weitere Verbesserungen in Sachen Leistung und Nachhaltigkeit, angepasst an die steigenden Anforderungen moderner Technologien und Umweltstandards.