Legierung
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Legierung

Sammelbegriff für Gemische, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen, von denen mindestens eine ein Metall ist. Den Hauptbestandteil einer Legierung bezeichnet man als Grundmetall, die Nebenbestandteile als Zusätze. Der bedeutendste Vertreter der kohlenstoffhaltigen Legierungen ist Stahl. Einfacher Carbonstahl enthält beispielsweise etwa 0,5 Prozent Mangan und 0,8 Prozent Kohlenstoff.

Eigenschaften von Legierungen

Eigenschaften wie Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit können bei Legierungen erheblich größer sein als bei irgendeinem einzelnen Metall. Beispielsweise ist gewöhnlicher Stahl (Mischung aus Eisen und Kohlenstoff) fester und härter als Schmiedeeisen (fast reines Eisen). Legierte Stähle, also Mischungen aus Stahl mit Metallen wie Chrom, Mangan,  und Vanadium, sind fester, härter und meist auch korrosionsbeständiger als Eisen oder Stahl. Legierungen mit hohem Schmelzpunkt enthalten u.a. hitzebeständige Metalle wie Wolfram, Cobalt und Nickel. Diese verwendet man beispielsweise als Heizleiter. Im Gegensatz dazu nutzt man Schmelzlegierungen (niedriger Schmelzpunkt) für Heizbäder oder in Schmelzsicherungen. So genannte Federlegierungen besitzen elastische Eigenschaften.
Darüber hinaus gibt es eine Vielfalt spezieller Legierungen für unterschiedliche Anwendungen, wie z.B. Niob-Zinn-Legierungen, die man bei extrem niedrigen Temperaturen als Supraleiter einsetzt.

Herstellung von Legierungen

Früher wurden die meisten Legierungen durch das Mischen von Metallschmelzen hergestellt. Seit einiger Zeit spielt die Pulvermetallurgie eine große Rolle. Bei diesem Verfahren werden trockene Pulver der Ausgangsmaterialien unter hohem Druck verdichtet und dann bis knapp unter den Schmelzpunkt erhitzt. Auf diese Weise lässt sich eine feste, homogene Legierung erzeugen. Mit Hilfe der Pulvermetallurgie kann man u. a. auch keramische Materialien gewinnen. Diese Produkte aus Metall und Kohlenstoff (Carbide), Bor (Boride), Sauerstoff (Oxide), Silicium (Silicide) oder Stickstoff (Nitride) verbinden die Vorteile der Festigkeit bei hohen Temperaturen, der Stabilität und der Oxidationsbeständigkeit der keramischen Verbindung mit der Stoßfestigkeit des Metalls. Eine andere Legierungstechnik wurde von einem Verfahren für die Herstellung von Computerchips abgeleitet. Dabei werden ausgewählte Metalle in einer Vakuumkammer mit Ionenstrahlen (z. B. Kohlenstoff- oder Stickstoffionen) behandelt. So entsteht eine feste, dünne Legierungsschicht auf der Metalloberfläche. Damit lässt sich z. B. aus Titan mit Stickstoffionen eine hochwertige Legierung für prothetische Implantate erzeugen.
Sterlingsilber, Weißgold und Platin-Iridium sind Beispiele für Edelmetallegierungen. Legierungen aus Quecksilber und anderen Metallen (z. B. Silber) werden als Amalgame bezeichnet. Klassische Legierungen sind z.B. Messing (Kupfer plus Zink) und Bronze (Kupfer plus Zinn).

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Eisen ist magnetisch, Edelstahl oft nicht. Wie kommt das?

Der bekannteste ferromagnetische Stoff, Eisen, wirkt als Hauptbestandteil einer austenitischen Legierung nicht ferromagnetisch. Austenitische Gefüge sind Bestandteil vieler nichtrostender Stähle und von Edelstahl-Sorten. 

Eisen kristallisiert bei Zimmertemperatur im kubisch-raumzentrierten Gitter und ist dann magnetisch. Wird Eisen aber legiert, können die hineinlegierten Atome dieses Gitter unmöglich machen. Es entstehen dann "austenitische Legierungen". Ihre Gitter sind überwiegend flächenzentriert. Derartige Legierungen sind häufig bei Edelstahl zu finden. Denn dort müssen über zehn Prozent Chrom ins Eisen legiert werden.

Was im Küchenbereich als Edelstahl bezeichnet wird ist rostfreier Stahl. Hier ist also das Ziel Korrosionsbeständigkeit. Er kann je nach Zusammensetzung magnetisch oder auch nicht sein.

In anderen Technikbereichen werden z.B. Edelstähle legiert nach den Kriterien "Härte" oder umgekehrt "Elastizität". Ob das Ergebnis ferromagnetisch ist oder nicht, spielt für die Hersteller und den technischen Einsatz zumeist keine Rolle. Überprüft man den Ferromagnetismus, indem man schaut, ob ein Magnet am Stahl haftet, hat man entsprechend zufällige Ergebnisse. Als Eigenschaft des betreffenden Stahls werden sie vom Hersteller meistens gar nicht vermerkt.