Legierter Stahl: Zusammensetzung, Typen und Anwendungen

Stahl ist ein weit verbreitetes und vielseitiges Material mit Anwendungen in der Bauindustrie, Fertigung, im Maschinenbau und vielen weiteren Bereichen. In diesem Artikel beleuchten wir legierte Stähle. Stähle lassen sich grob in vier Kategorien einteilen: Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, Werkzeugstahl und Legierungsstahl. Technisch gesehen ist jeder Stahl eine Legierung, da er durch die Kombination von Eisen mit Kohlenstoff entsteht. Um jedoch offiziell als „Legierungsstahl“ zu gelten, muss er zusätzlich zu diesen beiden Elementen ein oder mehrere weitere Legierungselemente enthalten. Der Grund für die Herstellung von Legierungsstählen liegt in der Verbesserung der mechanischen oder physikalischen Eigenschaften des Metalls – wie Festigkeit, Bearbeitbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit.

Einteilung in hoch- und niedriglegierte Stähle

Stähle werden üblicherweise in zwei Hauptkategorien unterteilt: hochlegiert und niedriglegiert. Allgemein gilt: Niedriglegierte Stähle enthalten bis zu 8 % Legierungselemente, alles darüber fällt in die Kategorie der hochlegierten Stähle.

Häufige Legierungselemente von Stahl

Die folgende Liste ist nicht erschöpfend, zeigt aber die gängigsten Elemente, die zur Legierung von Stahl verwendet werden. Schätzungen zufolge wurden etwa 75 % aller Stahllegierungen allein in den letzten 20 Jahren entwickelt – die Forschung schreitet stetig voran. Viele Legierungen erfordern eine Wärmebehandlung, um ihre gewünschten Eigenschaften voll zu entfalten. Zwar vermittelt diese Liste einen Eindruck davon, welche Eigenschaften durch verschiedene Legierungselemente beeinflusst werden können, doch die meisten Legierungen enthalten zwei oder mehr Elemente, um einen spezifischen gewünschten Effekt zu erzielen. Ein typisches Beispiel ist die 4100er-Serie von Chrom-Molybdän-Legierungen, die breit eingesetzt wird – von Bauprojekten bis hin zu militärischer Ausrüstung.

Aluminium

Aluminium wird in relativ geringen Mengen zugesetzt und ergibt ein robustes, leichtes Metall mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit. Je nach Anteil kann dies jedoch auf Kosten erhöhter Sprödigkeit und schlechterer Schlagzähigkeit gehen.

Chrom

Ein kleiner Chromanteil erhöht Härte und Zähigkeit, allerdings mit gewissem Verlust an Duktilität. Höhere Chromgehalte steigern die Korrosionsbeständigkeit erheblich; rostfreier Stahl ist die bekannteste Legierung dieser Kategorie mit einem Chromgehalt von ca. 11 % oder mehr.

Kobalt

Kobaltlegierungen weisen erhöhte Härte und eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen Warmgasskorrosion (Skalieren) bei hohen Temperaturen auf, was sie zu einem beliebten Werkzeugstahl macht.

Silizium

Silizium wird in geringen Mengen (etwa 3 %) eingesetzt, um die Festigkeit leicht zu erhöhen, den Magnetismus zu steigern und als hochwirksames Entoxidationsmittel zu wirken. Dies macht solche Stähle nützlich für elektrische Anwendungen wie Transformatoren, Motoren und Generatoren.

Mangan

Mangan verbessert sowohl Duktilität als auch Härte, verringert Sprödigkeit und erhöht Verschleiß- und Schlagfestigkeit erheblich. Diese Legierungen sind die ideale Wahl für Anwendungen mit Hämmern oder dort, wo das Metall unter Spannung steht.

Nickel

Ein weiteres Entoxidationsmittel: Nickel erhöht in höheren Anteilen die Korrosionsbeständigkeit stark. Es verbessert zudem Festigkeit und Härte, ohne – anders als einige andere Legierungen – die Duktilität zu beeinträchtigen.

Wolfram

Neben erhöhter Festigkeit und Härte werden Wolframlegierungen vor allem wegen ihrer beeindruckenden Hitzebeständigkeit geschätzt – ihr Schmelzpunkt liegt höher als der der meisten Stähle. Die Fähigkeit, Zähigkeit bei hohen Temperaturen beizubehalten, macht sie ideal für Hochgeschwindigkeitswerkzeuge und Maschinenteile wie Bohrköpfe und Schneidklingen.

Vanadium

Vanadiumlegierungen sind eine hervorragende Allround-Wahl mit gesteigerter Zugfestigkeit, Zähigkeit, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Sie werden häufig mit Chrom legiert, um ein bearbeitbares Maß an Umformbarkeit zu erhalten.

Anwendungen und Einsatzbereiche von Legierungsstählen

Legierungsstähle finden grenzenlose Verwendung in einer Vielzahl von Branchen.

In der Bauindustrie werden sie für eine breite Palette von Produkten eingesetzt: Träger, Stäbe, Rohre, Bleche, Stangen, Balken und vieles mehr. Großinfrastrukturprojekte wie Brücken, Autobahnschutzplanken, Strommasten und Schienenwege bestehen primär aus Stahlsorten. Rostfreier Stahl und andere Legierungsstähle kommen bei Armaturen und Befestigungen wie Schrauben, Halterungen und Fassungen zum Einsatz – die Liste ist nahezu endlos.

Stahllegierungen begegnen uns fast überall, manchmal an unerwarteten Orten: So ist Titan-Stahl kürzlich zu einer modischen Wahl in der Schmuckindustrie geworden. Weitere Produkte mit Stahllegierungen umfassen Haushaltsgeräte, Kochgeschirr, Haushaltswaren, Lebensmittelbehälter, Medizintechnik, Automobile, Luft- und Raumfahrtprodukte, Beleuchtung – von der Büroklammer bis zum neuesten iPhone!