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Einfluss von Legierungselementen bei Stählen
Stahleigenschaften werden durch die Herstellungsverfahren und durch erwünschte unerwünschten Legierungselemente beziehungsweise Begleitelemente beeinflusst. Erwünschte Elemente verleihen dem Stahl bestimmte mechanische und chemische Eigenschaften wie beispielsweise hohe Festigkeit beziehungsweise Zähigkeit, gute Verformungs- und Zerspanungseigenschaften sowie Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Die Begleitelemente können jedoch diese Eigenschaften in unerwünschter Weise verschlechtern.
Einfluss der Legierungselemente auf die mechanischen Eigenschaften
Tabelle: Beeinflussung der Stähle durch Legierungs- und Begleitelemente
| Legierungselement | Auswirkung |
| Aluminium – Al | – wirkt stark desoxidierend und denitrierend – Aluminiumnitriden (hoher Härte) vermindert die Alterungsanfälligkeit erheblich – Verbesserung der Zunderbeständigkeit und Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber interkristalliner Korrosion bei ferritischen Chromstählen |
| Chrom – Cr | – Erhöhung der Zugfestigkeit, Härte Verschleißfestigkeit durch Mischkristallbildung – Erhöhung der Warmfestigkeit durch Sondercarbidbildung, – Erhöhung der Einhärtetiefe und der Zunderbeständigkeit – Verringerung der kritische Abkühlgeschwindigkeit – Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit (ab 12 % Cr) durch die Bildung einer resistenten Chromoxidschicht |
| Kobalt – Co | – Verbesserung der Anlassbeständigkeit – Erhöhung der Härte und Schneidhaltigkeit – Erhöhung der Warmfestigkeit – Verringerung des Kornwachstums bei höheren Temperaturen |
| Kohlenstoff – C | – Erhöhung der Härte und Festigkeit – Verbesserung der Härtbarkeit (erst ab 0,3 % C möglich) – zu hoher Kohlenstoffgehalt setzt die Kaltformbarkeit stark herab – Verringert die Schweiß- und Schmiedbarkeit |
| Mangan – Mn | – Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit – Erhöhung die Durchhärtbarkeit – Verringert die Zerspanbarkeit und Kaltumformbarkeit – Setzt die Graphitausscheidung bei Grauguss herab – bindet Schwefel als Mangansulfid und reduziert bei größeren Konzentrationen die Verformungsfähigkeit senkrecht zur Walzrichtung |
| Molybdän – Mo | – Erhöhung der Warmfestigkeit (gefügestabilisierende Wirkung) – Erhöhung der Zugfestigkeit – Erhöhung die Durchhärtbarkeit (schon bei 0,2 % Mo) und Behinderung der Anlassversprödung – Verringerung der Schmiedbarkeit (bei hohem Mo-Anteil) |
| Nickel – Ni | – Austenitbildner: bei nichtrostenden austenitischen Stählen hervorragenden Zähigkeitseigenschaften (Umformbarkeit) bis zu extrem niedrigen Temperaturen – Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit (besonders geeignet für die Vergütung großer Querschnitte) – Erhöhung die Durchhärtbarkeit – Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit – Verringerung der Wärmedehnung – Erhöhung der Anlassversprödung (daher Nickel meist in Verbindung mit Molybdän anwenden) |
| Phosphor – P | unerwünschtes Begleitelement – Erhöhung der Zug- und Warmfestigkeit – Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit – Verringerung der Kerbschlagzähigkeit (P-Gehalt muss minimiert werden, sonst Kaltsprödigkeit und die Empfindlichkeit gegen Schlagbeanspruchung) – Verringerung der Schweißbarkeit – macht die Schmelze von Stahlguss und Gusseisen dünnflüssiger |
| Schwefel – S | unerwünschtes Begleitelement – Verringerung der Rot- und Heißbruchgefahr bei ausreichendem Mangananteil (binden den Schwefel zu Mangansulfid, welches einen relativ hohen Schmelzpunkt hat) – Verbesserung der Zerspanbarkeit (bei Automatenstählen für kurzbrüchige Späne) – Verringerung der Kerbschlagzähigkeit – Verringerung der Schweißbarkeit |
| Silizium – Si | – Erhöhung der Zugfestigkeit und Dehngrenze – Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit (z.B. Gusshaut bei Grauguss) – Verbesserung der Zunderbeständigkeit bei hitzebeständigen Stählen – Verringert die Zerspanbarkeit und Bruchdehnung – Verringerung der Schweißbarkeit – Einsatz zur Stahlberuhigung (Stahlherstellung), für die Zähigkeit und Alterungsbeständigkeit von Baustählen von Bedeutung |
| Stickstoff – N | – wirkt stabilisierend auf das Austenitgefüge bei austenitischen Stählen – Erhöhung der Festigkeit (feindispersive Nitridausscheidungen) – Erhöhung der Versprödung – Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur – Verringert die Tiefziehfähigkeit – Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber interkristalliner Korrosion (besonders bei unlegierter und niedriglegierten Stählen) |
| Titan – Ti | – wirkt denitrierend, desoxidierend und schwefelbindend – Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit (verringerte Anfälligkeit gegenüber interkristalliner Korrosion) durch feinverteilte Karbide |
| Vanadium – V | – Erhöhung der Dauerfestigkeit und Härte – Erhöhung der Warmfestigkeit – Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften durch feinverteilte Karbide (schon bei 0,1 % V) und Behinderung der Anlassversprödung – Verringerung der Empfindlichkeit gegen Überhitzung |
| Wasserstoff – H | – Erhöhung der Zugfestigkeit – Erhöhung der Alterung durch Versprödung – Verringerung der Kerbschlagzähigkeit – wird in atomarer Form in das Gefüge aufgenommen (z.B. bei der Oberflächenbehandlung) und dort an den Gitterstörstellen zu molekularem Wasserstoff rekombiniert und eingelagert. Die inneren Spannungen im Gefüge werden erhöht und führt zu einer Versprödung des Stahls ohne zusätzliche Festigkeitssteigerung. Die Versprödung führt unweigerlich zur Bildung von Rissen, die sich innen nach außen ausbreiten |
| Wolfram – W | – Erhöhung der Dauerfestigkeit und Härte – Erhöhung der Warmfestigkeit – Verbesserung der Schneidhaltigkeit – Verringerung der Zerspanbarkeit |