Legierungselemente in Stahl: Nickel, Chrom, Molybdän, Vanadium

**Legierungselemente und ihre Auswirkungen auf Stahl**

Nickel (Ni)

Nickel war eines der ersten Metalle, das als Legierungselement bei der Herstellung von Spezialstählen verwendet wurde. Erstmals wurde es in den letzten Jahren des 19. Jahrhunderts eingesetzt. Es wurde festgestellt, dass das Hinzufügen von 2-5% Nickel die **Festigkeit** und **Streckgrenze** von Stahl erhöht, ohne die **Zähigkeit** zu verringern.

Nickel ist ein äußerst wichtiges Element bei der Herstellung von rostfreiem Stahl und Stählen, die gegen hohe Temperaturen beständig sind. Diese Stähle sind bei Raumtemperatur austenitisch und unterstützen das Härten nicht. Die Eisen-Nickel-Legierung mit weniger als 10% Kohlenstoff und 36% Nickel hat eine sehr niedrige thermische Ausdehnung zwischen 0° und 100°C und wird als Invar bezeichnet.

Chrom (Cr)

Chrom ist ein weiteres wichtiges Legierungselement, das in Werkzeugstählen, Edelstählen und hitzebeständigen Stählen verwendet wird. Es wird in Mengen von 0,30 bis 30% verwendet, um die **Härte** und **Zugfestigkeit** von Stahl zu erhöhen, die **Härtbarkeit** zu verbessern, Verformungen beim Härten zu verhindern und die **Verschleißfestigkeit** sowie die **Korrosionsbeständigkeit** zu erhöhen.

Chrom-Nickel (Serie 3000)

Stähle der Serie 3000 mit Chrom-Nickel verbessern die Duktilität und Zähigkeit. Die Härtbarkeit ist sehr gut, ebenso die Verschleißfestigkeit, weshalb diese Stähle häufig in Werkzeugen verwendet werden.

Molybdän (Mo) (Serie 4000)

Molybdän ist recht teuer. Es trennt Ferrit und Kohlenstoff, verbessert die Härtbarkeit erheblich und erhöht in Verbindung mit Chrom die Härte bei hohen Temperaturen. Es ist sehr gut für die Ermüdungsbeständigkeit und wird immer zusammen mit Chrom und Nickel verwendet. Die Serien 44xx und 40xx enthalten nur Molybdän und haben einen niedrigen Kohlenstoffgehalt. Sie werden daher für Befestigungselemente verwendet.

Vanadium (V)

Vanadium ist sehr teuer, da es giftig ist. Es ist ein starkes Desoxidationsmittel und verbessert die Härtbarkeit erheblich. Seine Haupteigenschaft ist die Erhöhung der **Zähigkeit**.

Chrom-Vanadium

Chrom-Vanadium wird für die Herstellung von Verbindungselementen, Kurbelwellen, Achsen und Federn mit hoher Zähigkeit verwendet.

**Arten von Edelstählen**

Martensitische Stähle (Serie 400 und 500)

Diese Stähle enthalten 11-18% Chrom. Ihre Festigkeit kann angepasst werden. Sie weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf und können bei hohen Temperaturen verwendet werden. Sie eignen sich für Gussteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit, z. B. in Turbinenschaufeln und chirurgischen Instrumenten.

Austenitische Stähle (Serie 300)

Diese Stähle sind nicht magnetisch und nicht durch Wärmebehandlung härtbar. Sie enthalten Nickel und Chrom, wobei der Legierungsanteil beider Elemente mindestens 23% beträgt. Sie haben einen höheren Chrom- als Nickelanteil. Aufgrund ihres geringen Kohlenstoffgehalts, der Schweißen und Schmieden ermöglicht, werden sie in der Lebensmittelindustrie für Behälter verwendet. Sie weisen keine allotropen Veränderungen auf.

Ferritische Stähle (Serie 400)

Diese Stähle haben einen hohen Chromanteil (14-27%) und kein Nickel. Sie werden in der Kalt- und Warmumformung, in der chemischen Industrie, in der Architektur und in der Automobilindustrie verwendet.

Ausscheidungshärtende Edelstähle

Diese Stähle enthalten neben Chrom und Nickel zusätzliche Legierungselemente wie Kupfer und Aluminium, die die Ausscheidung von Sekundärphasen begünstigen und die Härte und mechanische Festigkeit des Materials durch eine Alterungswärmebehandlung erhöhen. Diese Materialien bieten eine gute mechanische Festigkeit durch eine Wärmebehandlung bei niedrigerer Temperatur, die auch nach der Herstellung des Teils angewendet werden kann. Die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit und Härte) dieser Legierungen sind denen martensitischer Edelstähle überlegen (ca. 1480 MPa). Da der Chromgehalt höher ist, ist auch die Korrosionsbeständigkeit besser. Ausscheidungshärtende Edelstähle können martensitisch, halbaustenitisch oder austenitisch sein.