In diesem ausführlichen Kurstext erfährst du alles über legierte Stähle, ihre Eigenschaften, Kennzeichnungen und Anwendungen. Besonders für das Ingenieursstudium und die Weiterbildung zum Techniker ist dieses Wissen essenziell. Wir betrachten sowohl niedriglegierte als auch hochlegierte Stähle und erklären, wie die jeweiligen Legierungselemente das Material beeinflussen.
Was ist legierter Stahl?
Definition
Legierte Stähle sind Stähle, denen gezielt bestimmte chemische Elemente zugesetzt werden, um ihre mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften zu verbessern. Der Gesamtgehalt an Legierungselementen kann bis zu 5 % (niedriglegiert) oder über 5 % (hochlegiert) betragen.
Diese gezielte Zusammensetzung sorgt für verbesserte Härte, Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit, wodurch sie in vielen technischen Anwendungen unverzichtbar sind.
Grundlegende Eigenschaften von legierten Stählen
Die gezielte Zugabe von Legierungselementen wie Chrom, Nickel oder Mangan führt zu einer Verbesserung der Materialeigenschaften. Wichtige Merkmale sind:
✅ Geringe Wärmeleitfähigkeit:
Das bedeutet, dass sich diese Stähle langsamer erwärmen und abkühlen als unlegierte Stähle.
✅ Hohe Zugfestigkeit:
Diese Stähle halten hohen mechanischen Belastungen stand und sind daher ideal für den Maschinen- und Fahrzeugbau.
✅ Höhere Härte und Korrosionsbeständigkeit durch die Zugabe von Legierungselementen wie Chrom, Nickel oder Vanadium.
✅ Verbesserte Hitzebeständigkeit, insbesondere bei hochlegierten Stählen mit hohem Chrom- oder Nickelgehalt.
💡 Merke:
🔹 Niedriglegierte Stähle enthalten insgesamt max. 5 % Legierungselemente.
🔹 Hochlegierte Stähle enthalten mind. 5 % Legierungselemente.
Es gilt:
- Soll ein Stahl besonders hart und verschleißfest sein, so wählt man einen niedriglegierten Stahl.
- Soll ein Stahl besonders zugfest und temperaturbeständig sind, so wählt man einen hochlegierten Stahl.
Legierter Stahl – Kennzeichnung
Die Normung von Stählen erfolgt nach DIN EN 10027-1 und DIN EN 10027-2. Wichtige Merkmale:
🔹 Kein „C“ für Kohlenstoff in der Werkstoffbezeichnung – stattdessen wird der Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent angegeben.
🔹 Legierungselemente werden in absteigender Konzentration aufgelistet – das zuerst genannte Element hat die höchste Konzentration.
🔹 Gleiche Konzentrationen? → Alphabetische Sortierung!
💡 Beispiel für eine Werkstoffkennzeichnung:
42CrMo4
➡️ 0,42 % Kohlenstoff
➡️ Chrom (Cr) als Hauptlegierungselement
➡️ Molybdän (Mo) als zweites Element
Sortierung der Legierungselemente
Die Reihenfolge der Legierungssymbole und der danach folgenden Konzentrationsangaben zu den Legierungsgehalten erfolgt in beiden Fällen in absteigender Konzentration.
Als Betrachter weiß man dann sofort, dass das zuerst genannte Element auch gleich das Hauptlegierungselement ist.
Ist der Gehalt zweier Legierungselemente identisch, so wird alphabetisch sortiert.
Der Vorteil dieser Kennzeichnung liegt besonders darin, dass man auf einen Blick direkt aussagen zu den Legierungselementen treffen kann. Somit ist der Werkstoff eindeutig zu bezeichnen.
Werkstoffkennzeichnung – niedriglegierter Stahl
In der nachfolgenden Abbildung siehst du die Vorgehensweise bei der Kennzeichnung von legierten Stählen.
Legierter Stahl – Faktoren der Legierungsgehalte
Je nach Legierungselement wird bei der Angabe des Gehalts ein anderer Multiplikationsfaktor gewählt. Auf die Angabe des Kohlenstoffgehalts, der immer mit dem Wert 100 multipliziert angegeben wurde, können wir uns jetzt nicht mehr verlassen.
Legierungselemente mit dem Faktor 1/4
Alle Legierungselemente dieser Gruppe werden bei der Angabe mit dem Faktor 
multipliziert. Danach hat man ausgehend von dem Wert der Werkstoffkennzeichnung die Prozentuale Angabe des Legierungselements.
- Cr = Chrom
- Co = Kobalt
- Mn = Mangan
- Ni = Nickel
- Si = Silicium
- W = Wolfram
In Fachkreisen hat sich ein Merksatz etabliert, der dir wohlmöglich hilft:
Chrom (Cr) konnte (Co) man (Mn) nicht (Ni) sicher (SI) wahrnehmen (W).
Legierungselemente mit dem Faktor 1/10
Alle Legierungselemente dieser Gruppe werden bei der Angabe mit dem Faktor 
multipliziert. Danach hat man ausgehend von dem Wert der Werkstoffkennzeichnung die Prozentuale Angabe des Legierungselements.
- Al = Aluminium
- Be = Berrylium
- Cu = Kupfer
- Mo = Molybdän
- Nb = Niob
- Ta = Tantal
- Ti = Titan
- V = Vanadium
- Pb = Blei
- Zr = Zirkonium
In Fachkreisen hat sich ein Merksatz etabliert, der dir wohlmöglich hilft:
Alle (Al) Berliner (Be) Zitronen (Zr) Kuchenstücke (Cu) mobilisieren (Mo) neben (Nb) Tanten (Ta) und Buben (Bu) auch plumpe (Pb) Verwandte (V). Oder anteilig: AlCuMoTaTiV.
Legierungselemente mit dem Faktor 1/100
Alle Legierungselemente dieser Gruppe werden bei der Angabe mit dem Faktor 
multipliziert. Danach hat man ausgehend von dem Wert der Werkstoffkennzeichnung die Prozentuale Angabe des Legierungselements.
- P = Phosphor
- S = Schwefel
- N = Stickstoff
- C = Kohlenstoff
- Ce = Cer
In Fachkreisen hat sich ein Merksatz etabliert, der dir wohlmöglich hilft:
Peter (P) singt (S) nur (N) chinesisches (C) Cello (Ce)
++ Videoclip – Legierter Stahl ++
In diesem Videoclip geben wir dir einen umfangreichen Überblick zur Beschreibung von Legierten Stählen.
Anwendungsbereiche von legierten Stählen
Die legierten Stähle werden aufgrund ihrer anpassbaren Eigenschaften durch Legierungselemente besonders gerne eingesetzt.
Dank ihrer vielseitigen Eigenschaften kommen diese Stähle in zahlreichen Industrien zum Einsatz:
✅ Maschinenbau:
👉 Wellen, Zahnräder, Kugellager – überall dort, wo hohe Festigkeit und Verschleißbeständigkeit gefordert sind.
✅ Bauindustrie:
👉 Stahlträger und Bewehrungsstahl profitieren von der Korrosionsbeständigkeit und hohen Belastbarkeit legierter Stähle.
✅ Energieversorgung:
👉 Bohrrohre in der Gas- und Ölindustrie müssen extremem Druck standhalten – diese Stähle sind hier die beste Wahl.
✅ Schienenverkehr:
👉 Eisenbahnschienen bestehen oft aus Nickel- oder Mangan-legierten Stählen, um härter und widerstandsfähiger gegen Verschleiß zu sein.
✅ Luft- und Raumfahrt:
👉 Hochlegierte Stähle mit Titan und Nickel werden für Triebwerkskomponenten eingesetzt, da sie extremen Temperaturen standhalten müssen.
Mögliche Fragestellungen | Häufig gestellte Fragen (FAQs)
1️⃣ Was ist der Unterschied zwischen legiertem und unlegiertem Stahl?
Unlegierter Stahl besteht fast ausschließlich aus Eisen und Kohlenstoff, während legierter Stahl zusätzliche Metalle wie Chrom, Nickel oder Vanadium enthält, um die Materialeigenschaften gezielt zu verbessern.
2️⃣ Wie erkennt man einen legierten Stahl?
Diese Stähle erkennt man an ihrer Werkstoffnummer oder Normbezeichnung (z. B. 42CrMo4). Zudem weisen sie oft eine höhere Härte, bessere Korrosionsbeständigkeit oder Hitzebeständigkeit auf.
3️⃣ Warum werden Stähle legiert?
Durch Legieren kann man die Eigenschaften des Stahls gezielt anpassen, z. B. ihn härter, rostfreier oder temperaturbeständiger machen.
4️⃣ Was sind typische hochlegierte Stähle?
Ein bekanntes Beispiel ist Edelstahl (z. B. X5CrNi18-10), der durch seinen hohen Chrom- und Nickelanteil besonders korrosionsbeständig ist.
5️⃣ Was sind typische niedriglegierte Stähle?
Niedriglegierte Stähle wie 16MnCr5 werden häufig für Zahnräder und Lager verwendet, da sie eine gute Härte und Verschleißfestigkeit besitzen.
Zusammenfassung
✔ Legierte Stähle enthalten gezielt zugesetzte Metalle, um Eigenschaften wie Härte, Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit zu verbessern.
✔ Sie werden in niedriglegierte (max. 5 % Legierungselemente) und hochlegierte Stähle (mind. 5 % Legierungselemente) unterteilt.
✔ Typische Anwendungen: Maschinenbau, Bauindustrie, Schienenverkehr, Luft- und Raumfahrt.
✔ Die Werkstoffkennzeichnung erfolgt durch eine spezifische Norm, die die enthaltenen Elemente und deren Konzentration beschreibt.
✔ Merksätze helfen dabei, die Legierungselemente und deren Multiplikationsfaktoren zu lernen.
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