Wissenschaft

Erfahren Sie mehr über die gängigen Stahllegierungsmittel

Stahl besteht im Wesentlichen aus Eisen und Kohlenstoff, die mit bestimmten zusätzlichen Elementen legiert sind. Das Legierungsverfahren wird verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Stahl zu ändern und seine Eigenschaften gegenüber Kohlenstoffstahl zu verbessern oder um sie an die Anforderungen einer bestimmten Anwendung anzupassen.

Während des Legierungsprozesses werden Metalle kombiniert, um neue Strukturen zu schaffen, die eine höhere Festigkeit, weniger Korrosion oder andere Eigenschaften bieten. Edelstahl ist ein Beispiel für legierten Stahl, der die Zugabe von Chrom enthält.

 

Vorteile von Stahllegierungsmitteln

Unterschiedliche Legierungselemente – oder Additive – wirken sich jeweils unterschiedlich auf die Eigenschaften von Stahl aus. Einige der Eigenschaften, die durch Legieren verbessert werden können, umfassen:

  • Stabilisierender Austenit : Elemente wie Nickel, Mangan, Kobalt und Kupfer erhöhen den Temperaturbereich, in dem Austenit vorhanden ist.
  • Stabilisierender Ferrit : Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Aluminium und Silizium können dazu beitragen, die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit zu verringern. Dies führt zu einer Erhöhung der Anzahl von Carbiden im Stahl und verringert den Temperaturbereich, in dem Austenit vorhanden ist.
  • Carbidbildung : Viele Nebenmetalle, einschließlich Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, Niob, Tantal und Zirkonium, erzeugen starke Carbide, die – in Stahl – die 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 verringern und deren Abbau und die Bildung von freiem Graphit fördern.

Bei Anwendungen, bei denen eine Verringerung der Eutektoidkonzentration erforderlich ist, werden Titan, Molybdän, Wolfram, Silizium, Chrom und Nickel zugesetzt. Diese Elemente senken alle die eutektoide Kohlenstoffkonzentration im Stahl.

Viele Stahlanwendungen erfordern eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit. Um dieses Ergebnis zu erzielen, werden Aluminium, Silizium und Chrom legiert. Sie bilden eine schützende Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahls und schützen so das Metall in bestimmten Umgebungen vor einer weiteren Verschlechterung.

 

Gemeinsame Stahllegierungsmittel

Nachfolgend finden Sie eine Liste häufig verwendeter Legierungselemente und deren Auswirkungen auf Stahl (Standardgehalt in Klammern):

    • Aluminium (0,95-1,30%): Ein Desoxidationsmittel. Wird verwendet, um das Wachstum von Austenitkörnern zu begrenzen.
    • Bor (0,001-0,003%): Ein Härtungsmittel, das die Verformbarkeit und Bearbeitbarkeit verbessert. Bor wird vollständig abgetötetem Stahl zugesetzt und muss nur in sehr geringen Mengen zugesetzt werden, um eine härtende Wirkung zu erzielen. Zugaben von Bor sind bei kohlenstoffarmen Stählen am effektivsten.
    • Chrom (0,5-18%): Ein Schlüsselbestandteil von rostfreien Stählen. Mit einem Gehalt von über 12 Prozent verbessert Chrom die Korrosionsbeständigkeit erheblich. Das Metall verbessert auch die Härtbarkeit, Festigkeit, Reaktion auf Wärmebehandlung und Verschleißfestigkeit.
    • Kobalt: Verbessert die Festigkeit bei hohen Temperaturen und die magnetische Permeabilität.
    • Kupfer (0,1-0,4%): Am häufigsten als Restmittel in Stählen gefunden, wird Kupfer auch zugesetzt, um ausscheidungshärtende Eigenschaften zu erzielen und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
    • Blei: Obwohl es in flüssigem oder festem Stahl praktisch unlöslich ist, wird Blei manchmal durch mechanisches Dispergieren während des Gießens Blei zugesetzt, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern.

 

    • Mangan (0,25-13%): Erhöht die Festigkeit bei hohen Temperaturen, indem die Bildung von Eisensulfiden beseitigt wird. Mangan verbessert auch die Härtbarkeit, Duktilität und Verschleißfestigkeit. Mangan ist wie Nickel ein austenitbildendes Element und kann in der AISI 200-Serie austenitischer rostfreier Stähle als Ersatz für Nickel verwendet werden.
    • Molybdän (0,2-5,0%): Molybdän kommt in geringen Mengen in rostfreien Stählen vor und erhöht die Härtbarkeit und Festigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen. Molybdän wird häufig in austenitischen Chrom-Nickel-Stählen verwendet und schützt vor Lochfraß durch Chloride und Schwefelchemikalien.
    • Nickel (2-20%): Ein weiteres für rostfreie Stähle kritisches Legierungselement ist Nickel mit einem Gehalt von über 8% bei rostfreiem Stahl mit hohem Chromgehalt. Nickel erhöht die Festigkeit, Schlagfestigkeit und Zähigkeit und verbessert gleichzeitig die Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion. Es erhöht auch die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, wenn es in kleinen Mengen zugesetzt wird.
    • Niob: Hat den Vorteil, Kohlenstoff durch Bildung von Hartcarbiden zu stabilisieren und kommt häufig in Hochtemperaturstählen vor. In kleinen Mengen kann Niob die Streckgrenze und in geringerem Maße die Zugfestigkeit von Stählen erheblich erhöhen sowie eine mäßige Ausfällung aufweisen, die die Wirkung verstärkt.

 

    • Stickstoff: Erhöht die austenitische Stabilität von rostfreien Stählen und verbessert die Streckgrenze in solchen Stählen.
    • Phosphor: Phosphor wird häufig mit Schwefel versetzt, um die Bearbeitbarkeit in niedriglegierten Stählen zu verbessern. Es erhöht auch die Festigkeit und erhöht die Korrosionsbeständigkeit.
    • Selen: Erhöht die Bearbeitbarkeit.
    • Silizium (0,2-2,0%): Dieses Metalloid verbessert die Festigkeit, Elastizität und 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. kommt es in allen Stahlsorten fast immer in einem gewissen Prozentsatz vor.
    • Schwefel (0,08-0,15%): Schwefel wird in kleinen Mengen zugesetzt und verbessert die Bearbeitbarkeit, ohne dass es zu einer heißen Kürze kommt. Durch die Zugabe von Mangan wird die heiße Kurzheit weiter verringert, da Mangansulfid einen höheren Schmelzpunkt als Eisensulfid aufweist.
    • Titan: Verbessert sowohl die Festigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitiger Begrenzung der Austenitkorngröße. Bei einem Titangehalt von 0,25 bis 0,60 Prozent verbindet sich Kohlenstoff mit dem Titan, wodurch Chrom an den Korngrenzen verbleibt und der Oxidation widersteht.

 

  • Wolfram: Produziert stabile Karbide und verfeinert die Korngröße, um die Härte insbesondere bei hohen Temperaturen zu erhöhen.
  • Vanadium (0,15%): Wie Titan und Niob kann Vanadium stabile Carbide produzieren, die die Festigkeit bei hohen Temperaturen erhöhen. Durch die Förderung einer feinkörnigen Struktur kann die Duktilität erhalten bleiben.
  • Zirkonium (0,1%): Erhöht die Festigkeit und begrenzt die Korngrößen. Die Festigkeit kann bei sehr niedrigen Temperaturen (unter dem Gefrierpunkt) merklich erhöht werden. Stähle, die Zirkonium mit einem Gehalt von bis zu etwa 0,1% enthalten, haben kleinere Korngrößen und sind bruchsicher.

Similar Posts

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.