Legierungselement
Englisch: alloyant
Ein Werkstoff, der einem Metall (möglicherweise selbst eine Legierung) zugesetzt wird, um dessen Eigenschaften zu verändern.
Legierungselement: der Rohstoff, der verändert, wie sich Metall verhält
Ein Legierungselement ist jeder Werkstoff, der in flüssiges Grundmetall eingebracht wird, um seine mechanischen, chemischen oder thermischen Eigenschaften zu verändern. Kupfer, das Eisen zugesetzt wird, macht Stahl härter. Mangan reduziert Sprödigkeit. Silizium verbessert die Fließfähigkeit beim Gießen. Das Legierungselement löst sich im Grundmetall auf und bildet Mischkristalle oder Ausscheidungsphasen, die die Kornstruktur, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Verarbeitbarkeit verändern.
Legierungselemente fallen in zwei breite Kategorien: bewusste Zugaben und Begleitbestandteile. Bewusste Legierungselemente werden gewogen und in bestimmten Prozentsätzen in die Schmelze eingebracht, manchmal in Form von Vorlegierungen, vorgefertigte Zwischenprodukte mit hohen Konzentrationen des gewünschten Elements. Begleitbestandteile stammen aus recyceltem Schrott oder Erz und müssen je nach Anforderungen toleriert oder entfernt werden. Eine Stahlhütte, die kupferhaltigen Schrott annimmt, akzeptiert Kupfer als unbeabsichtigtes Legierungselement; zu viel Kupfer versprödet den Stahl.
Auswahl und Messung von Legierungselementen
Die Auswahl hängt von der Eigenschaft ab, die angestrebt wird. Nickel und Chrom erhöhen die Korrosionsbeständigkeit in nichtrostenden Sorten. Molybdän und Vanadium steigern Härte und Hitzebeständigkeit bei hohen Temperaturen. Bor, in Bruchteilen eines Prozents zugegeben, erhärtet durch Kornverfeinerung. Titan und Aluminium entziehen Sauerstoff und Stickstoff aus der Schmelze. Kosten, Verfügbarkeit und Schmelztemperatur begrenzen die Auswahl. Eine Gießerei kann ein anderes Kobalt-Legierungselement einsetzen als eine Stahlhütte, weil Gießerei-Temperaturen und Verweilzeiten unterschiedlich sind.
Der Gehalt an Legierungselementen wird als Prozentsatz nach Masse im Endprodukt angegeben. Eine Spezifikation kann 17 bis 19 Prozent Chrom und 8 bis 10 Prozent Nickel in 304er Edelstahl vorsehen. Die tatsächliche Charge-Berechnung muss Oxidationsverluste berücksichtigen, die je nach Element und Verfahren unterschiedlich sind; der Chromverlust beim Stahlschmelzen kann über 20 Prozent betragen. Deshalb geben Metallurgen mehr Legierungselement zu, als die endgültige Spezifikation erfordert, und verlassen sich auf Analysen, um die Ergebnisse zu bestätigen.
Der Begriff Legierungselement ist älter und weniger verbreitet als Legierungszusatz, was heute der Standard in der Fachliteratur und in Lehrbüchern ist. In Gießereien und Hütten werden beide Begriffe verwendet, allerdings mit älteren, eher europäischen Konnotationen. Keiner der Begriffe bezieht sich auf das Grundmetall selbst, obwohl ein Grundmetall in einer Legierung zum Legierungselement werden kann, wenn es zu einer anderen hinzugefügt wird; Nickel zum Beispiel ist das Grundmetall von Ni-Cu-Legierungen, aber ein Legierungselement, wenn es zu Stahl hinzugegeben wird.