Auswirkungen von Elementen in Legierungen auf mechanische Eigenschaften 

Die Zugabe verschiedener Metallelemente zu einer Legierung kann deren mechanische Eigenschaften (wie Festigkeit, Härte, Duktilität, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw.) erheblich beeinflussen.

Im Folgenden werden die Rollen gewöhnlicher Metallelemente in Legierungen und ihre Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften beschrieben:

1. Kohlenstoff (C)

(1).Verwendung: Kommt hauptsächlich in Stahl und Gusseisen vor und bildet mit Eisen Karbide (z. B. Fe3C).

(2).Einfluss:

①.Stärke/Härte: Ein erhöhter Kohlenstoffgehalt erhöht die Härte und Festigkeit erheblich (z. B. bei Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt), übermäßige Mengen können jedoch zu Sprödigkeit führen.

②.Duktilität: Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto geringer sind die Duktilität und Zähigkeit.

③.Schweißbarkeit: Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt hat schlechte Schweißeigenschaften.

2. Chrom (Cr)

(1).Verwendung: Schlüsselelement für Edelstahl (z. B. 304, 316) und Werkzeugstahl.

(2).Einfluss:

①.Korrosionsbeständigkeit: Bildet einen passiven Oxidfilm (Cr2O3) zur Verbesserung der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit.

②.Härte/Stärke: Bildet Karbide mit Kohlenstoff (z. B. Cr23C6), um die Härte und Verschleißfestigkeit zu verbessern.

③.Hochtemperaturleistung: Verbessert die Hochtemperaturfestigkeit (z. B. hitzebeständiger Stahl).

3.Nickel (Ni)

(1).Anwendungen: Edelstahl (wie 304), Hochtemperaturlegierungen (wie Inconel) und korrosionsbeständige Legierungen.

(2).Einfluss:

①.Zähigkeit: Verbessert die Zähigkeit und Duktilität bei niedrigen Temperaturen (z. B. Nickelstahl für Umgebungen mit niedrigen Temperaturen).

②.Korrosionsbeständigkeit: Verbessert die Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen.

③.Austenitstabilisierung: In Edelstahl bildet es zusammen mit Chrom eine austenitische Struktur (z. B. 304-Stahl).

4.Molybdän (Mo)

(1).Anwendungen: hochfester Stahl (z. B. 4140), Edelstahl (z. B. 316) und Hochtemperaturlegierungen.

(2).Einfluss:

①.Festigkeit/Hitzebeständigkeit: Verbessert die Hochtemperaturfestigkeit und Kriechfestigkeit.

②.Korrosionsbeständigkeit: Verbessert die Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungskorrosion (z. B. Edelstahl 316).

③.Kornverfeinerung: Verbessert die Härtbarkeit.

5.Mangan (Mn)

(1).Anwendungen: Kohlenstoffstahl (wie A36), hochfester niedriglegierter Stahl (HSLA) und austenitischer Manganstahl (wie Hadfield-Stahl).

(2).Einfluss:

①.Desoxidation/Entschwefelung: Reduziert die schädliche Wirkung von Schwefel (bildet MnS anstelle von FeS).

②.Härtebarkeit: Verbessert die Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit (z. B. Hochmanganstahl für Baggerschaufeln).

③.Austenitstabilisierung: Teilweiser Nickelersatz in Edelstahl.

6. Silizium (Si)

(1).Verwendung: Federstahl (z. B. 65Mn), Elektrostahl und Aluminiumlegierungen (z. B. 4xxx-Serie).

(2).Einfluss:

①.Festigkeit/Elastizität: Verbessert die Festigkeit und Elastizitätsgrenze von Stahl (z. B. Silizium-Mangan-Federstahl).

②.Desoxidationsmittel: Entfernt Sauerstoff bei der Stahlherstellung.

③.Magnetische Eigenschaften: Verbessert die magnetische Permeabilität von Elektroblech.

7.Aluminium (Al)

(1).Verwendung: Aluminiumlegierungen (z. B. 6061), Hochtemperaturlegierungen (z. B. Fe-Cr-Al) und Desoxidationsmittel.

(2).Einfluss:

①.Leichtgewicht: Reduziert die Dichte (Aluminiumlegierungen sind etwa 2/3 leichter als Stahl).

②.Korrosionsbeständigkeit: Bildet einen Al2O3-Schutzfilm.

③.Kornverfeinerung: Hemmt das Kornwachstum in Stahl.

8.Titan (Ti)

(1).Anwendungen: Titanlegierungen (z. B. Ti-6Al-4V), rostfreie Stähle (z. B. 321) und Hochtemperaturlegierungen.

(2).Einfluss:

①.Verhältnis Stärke/Gewicht: Titanlegierungen weisen eine extrem hohe spezifische Festigkeit auf.

②.Korrosionsbeständigkeit: Beständig gegen Meerwasser- und Chloridkorrosion.

③.Karbidbildung: Fixiert Kohlenstoff im Stahl, um interkristalline Korrosion zu verhindern (z. B. Edelstahl 321).

9.Kupfer (Cu)

(1).Anwendungen: Messing (Cu-Zn), Bronze (Cu-Sn) und ausscheidungshärtende Stähle (z. B. 17-4PH).

(2).Einfluss:

①.Korrosionsbeständigkeit: Verbessert die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit (z. B. witterungsbeständiger Stahl).

②.Elektrische/thermische Leitfähigkeit: Kupferlegierungen haben eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit.

③.Niederschlagsverstärkung: Bildet eine ε-Cu-Phase in Stahl (z. B. 17-4PH-Edelstahl).

10.Vanadium (V)

(1).Anwendungen: Werkzeugstähle (z. B. D2), hochfeste niedriglegierte Stähle (HSLA).

(2).Einfluss:

①.Kornverfeinerung: Bildung von Carbonitriden (z. B. VC) zur Hemmung des Kornwachstums.

②.Festigkeit/Zähigkeit: Verbessern Sie die Festigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Zähigkeit (z. B. HSLA-Stahl).

11.Wolfram (W)

(1).Anwendungen: Schnellarbeitsstahl (z. B. M2), Hartmetall (WC-Co) und Hochtemperaturlegierungen.

(2).Einfluss:

①.Hochtemperaturhärte: Bildung verschleißfester Karbide (z. B. W2C).

②.Rote Härte: Schnellarbeitsstahl behält seine Härte bei hohen Temperaturen.

12.Zink (Zn)

(1).Anwendungen: Verzinkter Stahl (Rostschutz), Messing (Cu-Zn) und Aluminiumlegierungen (z. B. Serie 7xxx).

(2).Einfluss:

①.Opferanodenschutz: Die Zinkschicht schützt die Stahlmatrix.

②.Stärke: Bildet eine Verstärkungsphase in Aluminiumlegierungen (z. B. Zn-Mg-Cu, 7075-Aluminiumlegierung).

Zusammenfassung: Der zentrale Einfluss von Elementen auf mechanische Eigenschaften

Durch die Anpassung des Gehalts und der Kombination dieser Elemente können Legierungen so gestaltet werden, dass sie spezifische Anforderungen erfüllen (z. B. hochfeste Stähle, korrosionsbeständige Legierungen oder Hochtemperaturlegierungen).