Gängige Legierungselemente im Stahl
Legierter Stahl ist ein Stahl, der mit zusätzlichen Elementen legiert ist. Theoretisch kann jeder Stahl als legierter Stahl bezeichnet werden, da der einfachste Stahl aus einer Eisenlegierung mit bis zu 2,06% Kohlenstoff besteht. Der Begriff legierter Stahl bezieht sich jedoch üblicherweise auf Stähle, die mit weiteren Elementen als Kohlenstoff legiert sind. Der Gesamtgehalt der Legierungselemente kann bis zu 50% betragen, um dem Werkstoff verbesserte Eigenschaften wie besseren Verschleißschutz oder Duktilität zu verleihen.
Unterschiede zwischen hoch- und niedriglegiertem Stahl
Es wird zwischen niedrig legierten und hoch legierten Stählen unterschieden. Niedrig legierte Stähle zeichnen sich durch einen geringen Anteil an Legierungselementen aus, die zusammengenommen weniger als 5 % ausmachen. Die Anzahl der Elemente in hochlegierten Stählen kann größer 5 % sein, was den Werkstoff tendenziell teurer macht. Abgesehen von diesen beiden Gruppen gibt es auch unlegierte Stähle, die eine extrem geringe Menge an Legierungen enthalten.
Bor
Als Legierungselement können bereits geringe Mengen an Bor (0,001-0,003 %) die Härtbarkeit deutlich erhöhen. Bor legierter Stahl ist jedoch nicht leicht zu finden, da er nur einen kleinen Teil der legierten Stähle ausmacht. Mehr dazu erfahren Sie hier: Bor im Stahl.
Das Borieren ist ein beliebterer Ansatz, um Bor zum Verschleißschutz in Stähle einzubringen. Mit den Borocoat-Diffusionsschichten von BorTec kann eine Härte von bis zu 2.800HV erreicht werden. Darüber hinaus bietet die BorTec Boriertechnologie eine hohe Schichthärte auch bei unlegierten Stählen. Dies sorgt für einen herausragenden Verschleißschutz, eine verlängerte Lebensdauer des Bauteils und führt zur Kostenersparnis.
Chrom
Chrom ist aufgrund seiner hohen Härte und Korrosionsbeständigkeit eines der beliebtesten Legierungsmetalle für Stahl. Chrom allein ist ein graues, hartes und sprödes Metall mit hoher Temperaturbeständigkeit und einem Schmelzpunkt von 1907 °C (ca. 3.465 °F). In Stahl wird Chrom legiert, um die Härtbarkeit zu erhöhen. Höhere Chromgehalte von 4 bis 18 % führen zu einer besseren Korrosionsbeständigkeit. Eine der am weitesten verbreiteten Stahllegierungen, rostfreier Stahl, hat einen Chromgehalt von mindestens 10,5 % und ist damit widerstandsfähiger gegen Wasser, oder anderen Korrosionsangriffen. Im Gegensatz zu Eisenoxid im ungeschützten Kohlenstoffstahl bildet gelöstes Chrom einen dichten Chromoxidfilm, der weitere Korrosionsangriffe behindert.
Kupfer
Kupfer ist eines der häufigsten verwendeten Legierungselemente. Bei Stahl wird Kupfer um 0,1 bis 0,4 % in das Material gelöst, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Kupfer ist auch für seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bekannt. Seine Kupferoxide wirken ähnlich wie die Chromoxide.
Mangan
In legierten Stählen wird Mangan typischerweise in Kombination mit Schwefel und Phosphor verwendet. Mangan trägt dazu bei, die Sprödigkeit zu reduzieren und verbessert die Schmiedbarkeit, Zugfestigkeit und Verschleißfestigkeit. Mangan reagiert mit Schwefel, sodass Mangansulfide entstehen. Mangansulfide erleichtern den mechanischen Fertigungsprozeß und sorgen für kurzbrechende Späne. Mangan wird auch für eine bessere Härtbarkeit zugesetzt, da es zu günstigeren Abschreckraten im Härteprozess führt. Überschüssiger Sauerstoff kann in geschmolzenem Stahl mit Mangan entfernt werden.
Nickel
Austenitische Edelstähle sind vor allem für ihren hohen Gehalt an Nickel und Chrom bekannt. Es wird verwendet, um die Festigkeit, Härte, Schlagzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Nickellegierte Stähle kommen oft in Kombination mit Chrom vor.
Titan
Titan wird als stabilisierendes Element in Edelstählen eingesetzt. Es bindet Kohlenstoff in inerten Partikeln und verbessert so die Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Da Titan ein seltenes Element ist, ist dieses Legierungselement besonders teuer.
