Stahl ist im Wesentlichen Eisen und Kohlenstoff legiert mit bestimmten zusätzlichen Elementen. Der Prozess des Legierens wird verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Stahl zu verändern und seine Eigenschaften gegenüber Kohlenstoffstahl zu verbessern oder sie anzupassen, um die Anforderungen einer bestimmten Anwendung zu erfüllen.
Vorteile von Stahllegierungsmitteln:
Unterschiedliche Legierungselemente beeinflussen jeweils die Eigenschaften von Stahl. Einige der Eigenschaften, die durch Legieren verbessert werden können, sind:
- Stabilisierender Austenit : Elemente wie Nickel , Mangan , Kobalt und Kupfer erhöhen den Temperaturbereich, in dem Austenit vorliegt.
- Stabilisierungsferrit : Chrom , Wolfram , Molybdän , Vanadium, Aluminium und Silizium können die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit herabsetzen. Dies führt zu einer Erhöhung der Menge an Carbiden in dem Stahl und verringert den Temperaturbereich, in dem Austenit existiert.
- Karbidumformung : Viele Nebenmetalle, darunter Chrom , Wolfram, Molybdän, Titan , Niob, Tantal und Zirkon, bilden starke Karbide, die - im Stahl - Härte und Festigkeit erhöhen. Solche Stähle werden häufig zur Herstellung von Schnellarbeitsstahl und Warmarbeitsstahl verwendet.
- Graphitisierung : Silizium, Nickel, Kobalt und Aluminium können die Stabilität von Carbiden in Stahl herabsetzen , was deren Abbau und die Bildung von freiem Graphit begünstigt.
- Verringerung der eutektoiden Konzentration : Titan, Molybdän, Wolfram, Silizium, Chrom und Nickel senken die eutektoide Kohlenstoffkonzentration.
- Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit : Aluminium, Silizium und Chrom bilden schützende Oxidschichten auf der Stahloberfläche und schützen so das Metall in bestimmten Umgebungen vor weiterer Verschlechterung.
Gebräuchliche Stahllegierungen:
Nachfolgend finden Sie eine Liste der gebräuchlichen Legierungselemente und deren Auswirkung auf Stahl (Standardinhalt in Klammern):
- Aluminium (0,95-1,30%): Ein Desoxidationsmittel. Wird verwendet, um das Wachstum von Austenitkörnern zu begrenzen.
- Bor (0,001-0,003%): Ein Härtbarkeitsmittel, das die Verformbarkeit und Bearbeitbarkeit verbessert. Bor wird zu vollständig getötetem Stahl hinzugefügt und muss nur in sehr kleinen Mengen zugegeben werden, um eine Härtungswirkung zu erzielen. Zusätze von Bor sind am wirksamsten in Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.
- Chrom (0,5-18%): Eine Schlüsselkomponente von Edelstählen. Bei über 12 Prozent Gehalt verbessert Chrom die Korrosionsbeständigkeit signifikant. Das Metall verbessert auch die Härtbarkeit, die Festigkeit, das Ansprechen auf die Wärmebehandlung und die Verschleißfestigkeit.
- Kobalt : Verbessert die Festigkeit bei hohen Temperaturen und magnetischer Permeabilität.
- Kupfer (0,1-0,4%): Am häufigsten als Reststoff in Stählen zu finden, wird Kupfer hinzugefügt, um ausscheidungshärtende Eigenschaften zu erzeugen und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
- Blei : Obwohl praktisch unlöslich in flüssigem oder festem Stahl, wird Blei manchmal Kohlenstoffstählen durch mechanisches Dispergieren während des Gießens zugesetzt, um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern.
- Mangan (0,25-13%): Erhöht die Festigkeit bei hohen Temperaturen durch Eliminierung der Bildung von Eisensulfiden. Mangan verbessert auch die Härtbarkeit, Duktilität und Verschleißfestigkeit. Wie Nickel ist Mangan ein Austenit bildendes Element und kann in der AISI 200-Serie von austenitischen rostfreien Stählen als Ersatz für Nickel verwendet werden.
- Molybdän (0,2-5,0%): Molybdän (0,2-5,0%) wird in kleinen Mengen in nichtrostenden Stählen gefunden und erhöht die Härtbarkeit und Festigkeit, besonders bei hohen Temperaturen. Chrom wird häufig in austenitischen Chrom-Nickel-Stählen verwendet. Molybdän schützt vor Lochkorrosion durch Chloride und Schwefelchemikalien.
- Nickel (2-20%): Ein weiteres für nichtrostende Stähle kritisches Legierungselement ist Nickel mit einem Gehalt von mehr als 8% an rostfreiem Stahl mit hohem Chromgehalt. Nickel erhöht die Festigkeit, Schlagzähigkeit und Zähigkeit und verbessert gleichzeitig die Beständigkeit gegenüber Oxidation und Korrosion. Es erhöht auch die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, wenn es in kleinen Mengen zugegeben wird.
- Niob : Hat den Vorteil, Kohlenstoff durch Bildung von harten Karbiden zu stabilisieren und wird daher häufig in Hochtemperaturstählen gefunden. In kleinen Mengen kann Niob die Streckgrenze und in geringerem Maße auch die Zugfestigkeit von Stählen signifikant erhöhen sowie eine mäßige Ausscheidung, die den Effekt verstärkt.
- Stickstoff : Erhöht die austenitische Stabilität von nichtrostenden Stählen und verbessert die Streckgrenze in solchen Stählen.
- Phosphor: Phosphor wird oft mit Schwefel versetzt, um die Bearbeitbarkeit in niedrig legierten Stählen zu verbessern. Es fügt auch Stärke hinzu und erhöht Korrosionsbeständigkeit.
- Selen : Erhöht die Bearbeitbarkeit.
- Silizium (0,2-2,0%): Dieses Metalloid verbessert die Festigkeit, Elastizität, Säurebeständigkeit und führt zu größeren Korngrößen, was zu einer größeren magnetischen Permeabilität führt. Da Silizium in einem Desoxidationsmittel bei der Herstellung von Stahl verwendet wird , wird es fast immer in einigen Prozent in allen Stahlsorten gefunden.
- Schwefel (0,08-0,15%): In kleinen Mengen hinzugefügt, verbessert Schwefel die maschinelle Bearbeitbarkeit, ohne dass es zu heißer Kürze kommt. Mit der Zugabe von Mangan wird die Heißheit aufgrund der Tatsache, dass Mangansulfid einen höheren Schmelzpunkt als Eisensulfid hat, weiter verringert.
- Titan : Verbessert sowohl die Festigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit und begrenzt die Austenitkorngröße. Bei einem Gehalt an Titan von 0,25-0,60% verbindet sich Kohlenstoff mit dem Titan, wodurch Chrom an den Korngrenzen verbleiben und der Oxidation widerstehen kann.
- Wolfram : Produziert stabile Carbide und verfeinert die Korngröße, um die Härte zu erhöhen, besonders bei hohen Temperaturen.
- Vanadium (0,15%): Wie Titan und Niob kann Vanadium stabile Karbide erzeugen, die die Festigkeit bei hohen Temperaturen erhöhen. Durch Förderung einer feinen Kornstruktur kann die Duktilität beibehalten werden.
- Zirkonium (0,1%): Erhöht die Festigkeit und begrenzt die Korngrößen. Die Festigkeit kann bei sehr niedrigen Temperaturen (unter dem Gefrierpunkt) deutlich erhöht werden. Stahl, die Zirkonium mit einem Gehalt von bis zu etwa 0,1% enthalten, haben kleinere Korngrößen und widerstehen einem Bruch.
Quellen: SubsTech. Substanzen und Technologie. Einfluss von Legierungselementen auf Stahleigenschaften. (www.substech.com) Chase Legierungen. Effekte von Legierungselementen in Stahl. (www.chasealloys.co.uk)
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