Auch Du hast im Alltag viel mit Legierungen zu tun, obwohl Du es vielleicht noch gar nicht weißt. Die meisten Metallgegenstände, die Du benutzt (Essbesteck, Campingstühle oder auch Kochlöffel), bestehen oft aus einer Legierung. Was aber ist das? Legierungen sind makroskopisch homogene Stoffgemische aus mehreren Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist. Das heisst, wenn Du eine Legierung mit bloßem Auge anschaust, wirst Du keine unterschiedlichen Teile bemerken, da alles gleichmäßig erscheint. Mikroskopisch müssen Legierungen aber nicht homogen sein, sondern können auch heterogen sein und sehr komplexe Strukturen aufweisen.
Trotzdem weist eine Legierung immer noch die metalltypische Bindung auf. Dadurch besitzt eine Legierung immer noch die typischen Eigenschaften von Metallen und ist mikroskopisch ähnlich aufgebaut wie ein reines Metall. Im unteren Bild kannst Du den Aufbau einer mikroskopisch homogenen Legierung schematisch erkennen. Die roten Kugeln, die Du siehst, stellen dabei kleine Kohlenstoffatome dar. Die großen blauen Kugeln repräsentieren Eisenatome. Gemeinsam bilden die beiden Elemente die Legierung Stahl.
Warum brauchen wir Legierungen?
Viele Metalle eignen sich nicht als Werkstoff, wenn sie in reiner Form sind, weil sie zum Beispiel zu weich sind oder zu schnell rosten. So rostet beispielsweise reines Eisen relativ schnell. Aber Edelstahl, welcher hauptsächlich Eisen enthält, rostet kaum. Das liegt daran, dass Edelstahl eine Legierung ist. Oft sind Legierungen härter, fester und korrosionsbeständiger, als die ursprünglichen reinen Metalle, die in ihnen enthalten sind. Korrosionsbeständiger bedeutet dabei, dass ein Material chemisch resistenter ist, also weniger schnell rostet oder verätzt. Aus diesen Gründen werden heutzutage in fast allen technischen Bereichen Legierungen verwendet. Dazu kommt, dass Legierungen auf eine spezifische Anwendung maßgeschneidert werden können, denn die Eigenschaften einer Legierung werden nur durch ihre Zusammensetzung bestimmt.
Beispiel:
Chromstahl ist eine Legierung, die hauptächlich aus Eisen, ca. 12 % Chrom und zu ca. 1 % aus Kohlenstoff besteht. Durch diese Zusammensetzung wird die Legierung fast immer rostfrei und deshalb oft in Industrie aber auch in Küchen eingesetzt. Außerdem lässt sich Chromstahl gut schmieden und walzen, aber schlecht gießen.
Gusseisen ist eine Legierung, die sehr ähnlich aufgebaut ist. Auch sie besteht hauptsächlich aus Eisen und besitzt einen Massenanteil von 2% oder mehr Kohlenstoff. Oft ist auch Gusseisen noch mit Chrom oder Nickel versetzt, um es korrosionsbeständiger zu machen. Gusseisen lässt sich perfekt gießen und schmelzen, aber kaum schmieden da es hart und spröde ist.
Obwohl sich Chromstahl und Gusseisen in ihrer Zusammensetzung nur wenig unterscheiden, sind die Eigenschaften der beiden Materialen und ihre Verarbeitung sehr unterschiedlich. Dieses Beispiel zeigt Dir sehr gut, wie stark Legierungen mithilfe der Zugabe von anderen Elementen maßgeschneidert werden können, damit sie genau die Eigenschaften erfüllen, die ein Werkstoff benötigt.
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Teil 1
Eigenschaften von Metallen: Dichte, Härte, Leitfähigkeit
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Metalle und Legierungen
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wo findet man Legierungen?
Legierungen sind überall zu finden, auch im ganz normalen Alltag. Die meisten Metallgegenstände bestehen aus Legierungen, wie zum Beispiel ein Kochlöffel oder ein Campingstuhl.
Wieso benutzen wir Legierungen anstatt reine Metalle?
Oft sind Legierungen härter, fester und resistenter gegen Rost, als die reinen Formen der Metalle, welche in ihr stecken. Deshalb werden Legierungen wie Duraluminium für den Flugzeugbau oder Chromstahl für Küchenmesser verwendet.
Was ist eine Legierung?
Eine Legierung ist ein homogenes Stoffgemisch aus 2 oder mehreren Elementen, von welchen mindestens eines ein Metall ist. Dabei weist eine Legierung immer noch die typischen Eigenschaften von Metallen auf und somit auch eine metallische Bindung.