Legierungselemente

Die in der Literatur beschriebenen Auswirkungen von Legierungselementen auf die Eigenschaften des Stahls sind im Zusammenhang mit Klingen differenziert zu betrachten. Es ist besondere Vorsicht mit den Begriffen Schneidhaltigkeit und Schneidleistung geboten. Diese wird stark durch den Schneidwinkel und die Größe der vorhandenen Karbide beeinflusst. Es gelten daher für Stanzen- oder Drehstähle ganz andere Gesetzmäßigkeiten, als für Schneiwerkzeuge.

Eine derartige Differenzierung muss ebenfalls für die Schweißbarkeit von Stählen getroffen werden. Unter einem gut schweißbaren Stahl versteht man allgemein, dass dieser beim Schweißen keine schädlichen Gefügeumwandlungen und daraus resultierende Folgeschäden, wie z.B. Spannungsrisse, starkes Kornwachstum, etc. erfährt. Die normale Schweißung kann daher nicht mit der Feuerschweißung verglichen werden, da hierbei keine lokalen Erwärmungen und Umwandlungen stattfinden.

Chrom (Cr)
Chrom setzt die, für die Martensitbildung erforderliche, Abkühlgeschwindigkeit herab, wodurch Härt- und Vergütbarkeit steigen. Chrom verengt das Gamma-Gebiet. Zugleich sinkt die Schweißbarkeit, feuerschweißbar sind diese Stähle nur bis ca. 1% Cr. Ab ca. 12% Chrom gelten Stähle als rostfrei. Chromhaltige Stähle ätzen hell, sind jedoch nur bedingt für Damaszenerstahl verwendbar.

Kohlenstoff (C)
Kohlenstoff ist wohl das wichtigste Legierungselement des Stahls. Er ist maßgeblich an der Härtbarkeit von Stählen beteiligt. Seine Einfluss auf den Stahl wird im Bereich der Grundlagen erläutert.

Mangan (Mn)
Mangan erweitert das Gamma-Gebiet stark, die Schweißbarkeit wird erhöht. Ebenso wird die zur Härtung erforderliche Abkühlgeschwindigkeit stark herabgesetzt, wodurch eine Einhärttiefe steigt, kleinere Querschnitte härten an der Luft. Bei höheren Mangangehalten, ab ca. 12% Mn, handelt es sich um austenitische Stähle. Stähle mit mittleren Mangangehalten (zwischen 4% und 10%) härten martensitisch, selbst bei langsamen Abkühlgeschwindigkeiten. Bedingt durch die schwere Bearbeitbarkeit werden derartige Stähle so gut wie nicht hergestellt. Mangan wirkt desoxidierend und stark schwefelbindend. Manganhaltige Stähle ätzen dunkel.

Molybdän (Mo)
Molybdän senkt die kritische Abkühlgeschwindigkeit und fördert die Feinkornbildung, wodurch die Schweißbarkeit erhöht wird. Das Gamma-Gebiet wird jedoch eingeengt. Die Schmiedbarkeit sinkt mit zunehmendem Mo-Gehalt. Molybdän ist ein starker Karbidbilder, erhöht die Festigkeit und die Streckgrenze. Molybdän wird häufig in Schnellarbeitsstählen zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit eingesetzt.

Stickstoff (N)
Stickstoff bildet Nitride, durch die beim Nitrieren eine hohe Oberflächenhärte erreicht wird. Stickstoffatome können Kohlenstoffatome im Stahl ersetzen, sind jedoch etwas kleiner als diese, was eine geringere Verspannung der martensitischen Primärzelle zur Folge hat. Stickstoff erhöht die Alterungsempfindlichkeit -durch Ausscheidungsvorgänge- und die Blausprödigkeit.

Titan (Ti)
Titan ist ein starker Desoxidator, wirkt aber auch stark denitrierend und sulfidbildend, es ist ein starker Karbidbilder. Das Gamma Gebiet wird stark eingeengt. Titan hat kornverfeinernde Eigenschaften, neigt bei höheren Gehalten jedoch zu Seigerung und Zeilenbildung.

Vanadium (V)
Durch Vanadium wird das Gamma-Gebiet eingeengt, zugleich ist Vanadium ein starker Karbidbilder, kann aber auch das das Primärkorn verfeinern. Ist Vanadin in kleinen Mengen vorhanden, so liegt es Subsitutionselement vor, was eine verfeinernde Wirkung auf das Primärkorn hat. Durch ungünstige Wärmeführung oder höhere Mengen Vanadiums entstehen Vanadiumkarbide. Diese binden sehr viel Kohlenstoff, so dass das übrige Gefüge mitunter nicht mehr härtet. Die sehr großen Vanadiumkarbide (50-70 Ám) weisen eine hohe Festigkeit (ca. 2800 HV) auf, erhöhen die Verschleiß- und Warmfestigkeit, wodurch sie oft in Schnellarbeitsstählen eingesetzt werden.

Wolfram (W)
Wolframlegierte Stähle sind bei hohem Wolframgehalt oft rotbrüchig und neigen zur Zunderbildung. Sie lassen sich bei entsprechender Vorsicht feuerschweißen. Wolfram ist ein äußerst starker Karbidbilder sehr harter und kleiner Karbide, behindert das Kornwachstum und erhöht die Zähigkeit. Die Warmfestigkeit wird ebenfalls positiv beeinflusst. Wolframlegierte Stähle finden im Warm- und Schnellarbeitsbereich Verwendung.

Stahlschädlinge

Arsen (As)
Arsen fördert die Seigerung stark, deren Beseitigung durch Glühen äußerst schwer ist. Zähigkeit, Schweißbarkeit und Anlaßsprödigkeit werden ungünstig beeinflusst. Arsen schnürt das Gamma-Gebiet ab, setzt jedoch auch den Schmelzpunkt herab, weshalb arsenlegierte Stähle bei Feuerschweißungen als "Stahllot" eingesetzt wurden. Arsen treibt den Kohlenstoff von sich weg.

Phosphor (P)
Phosphorlegierte Stähle neigen zur Primärseigerung und, bedingt durch die starke Abschnürung des Gamma-Gebiet, zur Sekundärseigerung. Bedingt durch die niedrige Diffusionsgeschwindigkeit lassen sich Seigerungen sowohl im alpha-, als auch gamma-Mischkristall nur schwer beseitigen. Phosphor erhöht die Anlaßsprödigkeit, die Kaltbrüchigkeit, die Rotbruchanfälligkeit sowie die Sprödbruchneigung.

Sauerstoff (O)
Sauerstoff verringert die Kerbschlagzähigkeit, erhöht die Alterungssprödigekeit. Dringt Sauerstoff beim Schmieden in den Stahl ein, so zeigt dieser Rotbrüchigkeit.

Schwefel (S)
Schwefel führt zu äußerst starken Seigerungen und fördert die Rotbrüchigkeit. Durch Zugabe von Mangan wird Schwefel zu Mangansulfid gebunden. Schwefel im Feuer diffundiert in die Stahloberfläche und erschwert, bzw. verhindert so durch lokale Teilschmelzen bei Schweißtemperatur die Feuerschweißung. Automatenstähle werden manchmal mit Schwefel (bis zu 0.4%) angereichert, da Schwefel die Zerspanbarkeit durch einen kurzbrechenden Span günstig beeinflußt.

Silizium (Si)
Silizium gelangt bei der Herstellung in den Stahl. Ab 0,4%Si werden Stähle als Siliziumstähle bezeichnet. Silizium wirkt desoxidierent und fördert die Graphitausscheidung. Es verengt das Gamma-Gebiet und erhöht die Elastizitätsgrenze, weshalb Silizium in Federstählen zum Einsatz kommt.



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