Stahl ist nicht gleich Stahl. Je nach Legierung unterscheidet er sich in der spezifischen Härte, Duktilität, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Ermüdungsfestigkeit und anderen Merkmalen. In diesem Artikel möchten wir Ihnen ein Überblick über die verschiedenen Legierungselemente geben, die dem jeweiligen Stahl seine entsprechenden Eigenschaften verleihen.
Was ist Stahl?
Stahl ist ein Werkstoff, der größtenteils aus Eisen besteht. Je nach Legierungselementen und Kohlenstoffgehalt wird Stahlunterschieden in:
- unlegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt C < 0,2 %
- niedriglegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt C > 0,2 % mit Legierungselementen unter 5 %
- hoch-legierter Stahl mit Legierungselementen über 5 %.
Je nach Verarbeitungszweck unterscheidet sich Stahl in seiner Festigkeit, Elastizität, chemischen Beständigkeit und weitern Faktoren. Ziel ist es, dass der Werkstoff, je nach Verwendung, optimal verarbeitet, geformt und gehärtet werden kann. Dabei lässt sich Stahl warm oder kalt umformen, er kann also geschmiedet, gebogen, gewalzt und gezogen werden.
Was sind Legierungselemente?
Als Legierungselemente werden chemische Elemente bezeichnet, die einem Metall hinzugefügt (legiert) werden. Ziel ist es, dessen Werkstoffeigenschaften auf die gewünschte Weise zu verbessern. Dabei haben verschiedene Elemente oft eine ähnliche, allerdings unterschiedlich starke Wirkung auf das Basismetall. Die Legierungselemente beeinflussen sich auch untereinander, was die Zusammensetzung für die gewünschte Eigenschaftsänderungen zusätzlich erschwert.
Wichtig zu beachten ist, dass das Vorhandensein der Legierungselemente im Stahl nur die Voraussetzung für die gewünschten Eigenschaften bringt. Diese wird aber erst durch die Verarbeitung und Wärmebehandlung erzielt. Grundsätzlich ist zu unterscheiden, ob die Legierungselemente Karbid-, Austenit- oder Ferritbildner sind, also zu welchem Zweck sie dem Stahl zugeführt werden. Die einzelnen Legierungselemente verleihen dem Basismetall, je nach Anteil in %, bestimmte spezifische Eigenschaften. Dabei wirken einige Legierungselemente gegensätzlich. Die richtige Mischung ist also entscheidend, um die optimale Wirkung zu erzielen.
Die wichtigsten Legierungselemente im Überblick
Im Folgenden finden Sie eine Übersicht häufig genutzter Legierungselemente und deren Einflüsse auf das Basismetall.
KOHLENSTOFF (C)
Schmelzpunkt 3540°C
Kohlenstoff ist das wichtigste Legierungselement im Stahl und unentbehrlich.
Wirkung des Kohlenstoffgehaltgehaltes: |
|
---|---|
+ Härte |
- Schweißeignung |
+ Härtbarkeit |
- Tiefziehfähigkeit |
+ Zugfestigkeit |
- Bearbeitbarkeit |
+ Streckgrenze |
- Zähigkeit |
+ Verschleißwiderstand |
- Dehnung |
Neben Kohlenstoff enthält jeder unlegierte Stahl Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel, welcher bei der Stahlherstellung unbeabsichtigt hinzukommt. Durch bewussten Zusatz von weiteren Legierungselementen wie Mangan und Silizium wird die besondere Wirkung erzielt. Erst dann wird der Stahl zu einem legierten Werkzeugstahl. Der Korrosionswiderstand gegenüber Wasser und Säuren wird durch Kohlenstoff nicht beeinflusst.
CHROM (Cr)
Schmelzpunkt 1920°C
Chrom bildet harte Karbide, wodurch die Verschleißfestigkeit und Schnitthaltigkeit erheblich vergrößert wird. Gleichzeitig stimuliert es in hohem Maße die Durchhärtung. Durch Chrom wird Stahl Öl- bzw. Lufthärtbar. Die Zugfestigkeit steigt pro 1% Chrom um 80-100 N/mm2. Die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit werden verringert.
Ab einem Mindestgehalt von 13% wird Stahl korrosionsbeständig. Chrom ist ferner notwendig um größere Abmessungen bis zum Kern vergüten zu können.
VANADIUM (V)
Schmelzpunkt 1726°C
Vanadium ist ebenfalls ein starker Karbidbilder. Vanadium bindet Stickstoff und hat einen verfeinernden Einfluss auf die Kristalle. Stahl hat dadurch eine feinkörnige Gussstruktur. Durch die harten Karbide erhöht sich die Warmfestigkeit, der Verschleißwiderstand und die Anlassbeständigkeit. Vanadium wird daher Warmarbeitsstahl, Schnellarbeitsstählen und hochwarmfesten Stählen hinzulegiert. Bei Federstählen erhöht sich die Elastizitätsgrenze. Vanadium macht den Stahl unempfindlich gegen Schläge und Überhitzung.
WOLFRAM (W)
Schmelzpunkt 3380°C
Wolfram bildet sehr schneidkräftige, harte Karbide und verursacht zugleich eine hohe Warmhärte. Die Zugfestigkeit, Streckgrenze, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit werden durch Wolfram erhöht. Wolfram wird daher oft bei Warmarbeitsstählen und Schnellarbeitsstählen verwendet. Bei wolframlegiertem Stahl vermag Molybdän bis zu einem gewissen Grad Wolfram zu ersetzen. Die Wärmeleitfähigkeit wird dadurch größer, was eine geringere Empfindlichkeit für starke Temperaturschwankungen bewirkt (sog. thermische Ermüdung).
MOLYBDÄN (Mo)
Schmelzpunkt 2622°C
Molybdän wird meist zusammen mit anderen Legierungselementen verwendet. Es wirkt wie Chrom, jedoch intensiver. In Verbindung mit Chrom entsteht eine höhere Warmhärte. Zum Beispiel die Werkstoffe 1.2343 und 1.2344. Molybdän verbessert durch Herabsetzen der Abkühlgeschwindigkeit die Härtbarkeit. Es fordert die Feinkornbildung und verringert die Anlasssprödigkeit bei Chrom- Nickel-Stählen. In Verbindung mit Chrom und Nickel erhöht sich die Zugfestigkeit. Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit und senkt die Lochfraß-Anfälligkeit.
MANGAN (Mn)
Schmelzpunkt 1221°C
Mangan desoxydiert. Es bindet Schwefel als Mangan-Sulfide und verringert dadurch den ungünstigen Einfluss des Eisen-Sulfides. In geringen Mengen ist es in allen Stahlsorten vorhanden um das Gießen, Walzen und Schmieden zu erleichtern. Zum Legierungselement wird es erst bei über 0,5%. Dann erhöht es die Durchhärtung, die Festigkeit und die Streckgrenze. Es wirkt sich ferner günstig auf die Schweißbarkeit aus. Bei bereits geringen Mengen Mangan wird die Abkühlgeschwindigkeit vermindert. Ab 1% Mangan können Stähle in Öl gehärtet werden.
NICKEL (Ni)
Schmelzpunkt 1453°C
Nickel macht Kaltarbeitsstahlsorten zäher und ist in Maschinenbaustählen in Verbindung mit Chrom und Molybdän enthalten, um die Festigkeitseigenschaften zu verbessern. Es erhöht die Kerbzähigkeit und die Streckgrenze. Nickel wird auch in Einsatz- und Vergütungsstählen verwendet. Stähle mit hohem Nickelgehalt sind austenitisch und setzen die Temperatur der Gamma-Alpha-Umwandlung stark herab. Nickellegierte Stähle werden wegen Ihrer guten Festigkeitseigenschaften meist als Baustähle verwendet.
Silicium (Si)
Schmelzpunkt 1414°C
Silicium ist ebenfalls in allen Stahlsorten vorhanden, um das Verarbeiten im Stahlwerk zu erleichtern. Ebenso wie Mangan gilt es erst bei über 0,5% als Legierungselement. Es hat einen günstigen Einfluss auf die Elastizität, die Dichte und auf die Biegefestigkeit. Ebenso wird die Verschleißfestigkeit, die Zunderbeständigkeit sowie die Säurebeständigkeit erhöht.
Es erhöht die Streckgrenze und verbessert die Durchhärteeigenschaften. Als Baustahlqualitäten werden derartige Legierungen auf ca. 45Hrc vergütet und als Blattfederstähle verwendet.
KOBALT (Co)
Schmelzpunkt 1492°C
Kobalt wird als Legierungselement nur in Verbindung mit anderen Elementen wie Chrom und Wolfram verwendet. Es erhöht die Warmhärte und
die Verschleißfestigkeit bei Schnellarbeitsstählen. Kobalt bildet keine Karbide und hemmt das Kornwachstum bei höheren Temperaturen.
Es wird als Legierungsbasis für hochwertige Dauermagnetstähle und in Hartmetall benutzt. Kobalt ist in festem Zustand in allen Verhältnissen in Eisen löslich und bildet ebenso wie Nickel keine Karbide. Bei 12% Chromstählen wird durch Kobalt eine Leistungssteigerung erreicht.
Haben Sie noch Fragen?
Das war eine Zusammenfassung der wichtigsten Legierungselemente, die bei der Stahlproduktion verwendet werden. Wir hoffen, wir konnten Ihnen mit diesem Beitrag einen guten Überblick zu den entsprechenden Eigenschaften geben. Sollten Sie auf der Suche nach dem passenden Stahl für Ihr Projekt sein, beraten wir Sie gerne.
Unser Präzisionsstahl
Hochwertiger Werkzeugstahl
1.2510/ 1.2842
100MnCrW4/ 90MnCrV8
KALTARBEITSSTAHL DIN 17350 EN-ISO4957 Extra reines und gleichmäßiges Kerngefüge.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2842 | 0,90 | 0,20 | 1,90 | 0,40 | 0,10 | ||||
1.2510 | 0,95 | 0,20 | 1,20 | 0,60 | 0,60 | 0,10 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 775N/mm² (230HB max.) | Farbcode für 1.2510 Grün | Erzielbare Härte: Hrc 61-63 |
1.2379
X155CrVMo12-1
Hochlegierter, Verschleissfester, Zäher, Ledeburitischer, Sekundärhärtbarer Kaltarbeitsstahl Extra reines und gleichmäßiges Kerngefüge. Daher äußerst verzugsarm.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2379 | 1,55 | 0,30 | 0,30 | 12,00 | 0,18 | 0,70 | 0,18 | 0,80 | |
1.2990 | 1,00 | 0,95 | 0,45 | 8.20 | 1,50 | 1,70 | |||
1.2601 | 1,60 | 0,30 | 0,30 | 12,00 | 0,18 | 0,60 | 0,50 | 0,30 | |
1.2080 | 2,10 | 12,00 | |||||||
1.2436 | 2,10 | 12,00 | 0,70 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 830N/mm² (250HB max.) | Farbcode für 1.2379 Gelb | Erzielbare Härte: Hrc 61-63 |
1.1730
1.2312
40 CrMnMoS 8-6
Vergüteter Kunstoffformenstahl VERGÜTET auf 1100N/mm²L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2312 | 0,40 | 0,40 | 1,50 | 1,90 | 0,20 | 0,10 | |||
1.2311 | 0,35 | 0,35 | 1,40 | 2,00 | 0,20 | ||||
1.7225 | 0,40 | 0,35 | 0,60 | 1,00 | 0,20 | ||||
1.2738 | 0,40 | 0,30 | 1,50 | 1,90 | 1,00 | 0,20 |
Anlieferzustand: Vergütet ca. 1050N/mm² | Farbcode für 1.2312 Lila | Wird meist im Anlieferungszustand verwendet |
1.2767
45NiCrMo16
KALTARBEITSSTAHL DIN 17350 EN-ISO4957 Extra reines und gleichmäßiges Kerngefüge. Daher äußerst verzugsarm.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | |
1.2767 | 0,45 | 0,25 | 0,40 | 1,40 | 4,00 | 0,30 | |||
1.2764 | 0,22 | 0,25 | 0,30 | 1,30 | 4,00 | 0,20 | |||
1.2718 | 0,55 | 0,30 | 0,50 | 1,00 | 3,00 | 0,30 | |||
1.2721 | 0,52 | 0,30 | 0,50 | 1,00 | 3,10 | 0,20 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 835 N/mm² (260HB max.) | Farbcode für 1.2767 Braun | Erzielbare Härte: Hrc 54 - 58 |
1.2083
X42Cr13
Chromlegierter, verschleißfester, korrosionsbeständiger Kunststoffformenstahl Extra reines und gleichmäßiges Kerngefüge.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2083 | 0,40 | 0,40 | 0,30 | 14,00 | 0,30 | 0,03 | |||
1.2099 | 0,05 | 0,20 | 0,90 | 12,50 | 0,12 |
1.2343
X38CrMoV5-1
WARMARBEITSSTAHL Extra hoher Reinheitsgrad für hohe thermische und mechanische Ansprüche.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2343 | 0,38 | 1,10 | 0,40 | 5,00 | 1,20 | 0,40 | |||
1.2344 | 0,40 | 1,10 | 0,40 | 5,20 | 1,30 | 1,00 | |||
1.2714 | 0,40 | 1,10 | 0,40 | 5,20 | 1,30 | 1,00 | |||
1.2718/21 | 0,40 | 1,10 | 0,40 | 5,20 | 1,30 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 790N/mm² (235HB max.) | Farbcode für 1.2343 Schwarz | Erzielbare Härte: Hrc 52- 54 |
1.2085
X33CrS16
Hoch-chromlegierter, vorvergüteter verschleißfester, korrosionsbeständiger Kunststoffformenstahl Extra reines und gleichmäßiges Kerngefüge.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2085 | 0,35 | 0,30 | 0,90 | 16,00 | 0,50 | 0,09 | |||
1.2316 | 0,35 | 16,00 | 1,00 | 0,09 |
Anlieferzustand: vorvergütet 1100N/mm² (320HB max.) | Farbcode für 1.2085 Orange | Erzielbare Härte: Hrc 48 |
1.2162
21MnCr5
KUNSTSTOFFFORMENSTAHL Cr-Mn-legierter Hochleistungs-EinsatzstahlL% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2162 | 0,21 | 0,25 | 1,20 | 1,20 | |||||
1.7131 | 0,17 | 0,30 | 1,20 | 0,90 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 745N/mm² (220HB max.) | Farbcode für 1.2162 Blau | Erzielbare Härte: Hrc 61-63 |
1.3247 HSS
HS6-5-2 (M2)
Gebräuchlichster konventionell hergestellter, mittellegierter Schnellarbeitsstahl. Universell einsetzbar für Werkzeuge aller Art.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.3343 | 0,90 | 4,30 | 5,00 | 6,40 | 1,90 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 840N/mm² (260HB max.) | Farbcode für 1.3343 SilberBlau | Erzielbare Härte: Hrc 64 - 65 |
1.3247 HSS
HS2-10-1-8 (M42)
Hoch-Kobaltlegierter Schnellarbeitsstahl. Sehr verschleißfest. Bester konventionell hergestellter HSS-Stahl. Bestens für ein- und mehrschneidige Werkzeuge und Verschleißplatten geeignet.L% | C | Si | Mn | Cr | Co | Mo | W | V | S |
1.3247 | 1,10 | 0,45 | 0,40 | 4,20 | 8,20 | 10,0 | 1,50 | 1,20 | 0,03 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 900 N/mm² (280 HB max.) | Farbcode für 1.3247 SilberRot | Erzielbare Härte: Hrc 67 |
B-PM23
ST 52-3
1.2210
1.2990
X100CrMoV8-1-1
Neu entwickelter Hochlegierter, Äußerst zäher- und verschleißfester ledeburitscher Kaltarbeitsstahl. Extra reines und homogenes und gleichmäßiges Mikrogefüge. Mit verbesserter Karbidstruktur.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.2990 | 1,00 | 0,95 | 0,45 | 8,20 | 1,50 | 1,70 | |||
1.2379 | 1,55 | 0,30 | 0,30 | 12,00 | 0,18 | 0,70 | 0,18 | 0,80 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 830N/mm² (250HB max.) | Farbcode für 1.2990 Blau Schwarz | Erzielbare Härte: Hrc 61-63 |
1.4112
X90CrMoV18
Neu entwickelter martensitischer nichtrostender Werkzeugstahl mit hohem Verschleißwiderstand. Extra reines und homogenes und gleichmäßiges Mikrogefüge.L% | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | W | V | S |
1.4112 | 0,95 | 1,00 | 1,0 | 18,00 | 1,20 | 0,12 |
Anlieferzustand: weichgeglüht 925 N/mm² (265 HB max.) | Farbcode für 1.4112 Rosa | Erzielbare Härte: Hrc 59 |