Einteilung

In vielen technischen Bereichen werden hohe Ansprüche an die verwendeten Werkstoffe gestellt, wie bspw. in der Luftfahrttechnik. So existieren in Brennkammern von Triebwerken teilweise Temperaturen von über 2000 °C. Die dort verwendeten Werkstoffe müssen also nicht nur hohen mechanischen Belastungen sondern auch thermischen Beanspruchungen standhalten.

Einfache Metalle werden diesen Ansprüchen oft nicht gerecht. Aus diesem Grund werden in der Regel mehrere Metalle zusammen eingeschmolzen, um nach dem Erstarren teilweise völlig neue Eigenschaften zu erhalten. Man bezeichnet solche Gemische aus zwei oder mehreren Metallen auch als Legierungen. Um dabei gezielt Einfluss auf die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu nehmen, sind vertiefte Kenntnisse über die Legierungsbildung von Metallen nötig. Die Grundlagen der Legierungsbildung sollen deshalb in diesem und in den nächsten Kapiteln vermittelt werden. Aufgrund der Komplexität werden dabei ausschließlich Zweistofflegierungen betrachtet, d.h. Legierungen die lediglich aus zwei verschiedenen Stoffen bestehen (auch als binäre Systeme bezeichnet).

In der Regel werden Legierungen durch gemeinsames Einschmelzen und anschließendes Erstarren erhalten. Hierzu wird im flüssigen Zustand einem Basisstoff A eine bestimmte Menge eines Legierungselementes B hinzulegiert. Im Flüssigen Zustand sind die Atome der beteiligten Stoffe dabei nur schwach aneinander gebunden. Die Stoffe lassen sich im flüssigen Zustand deshalb relativ gut durchmischen. Ausnahme hiervon bildet bspw. das Stoffgemisch Eisen und Blei. Aufgrund der großen Dichte von Blei wird sich dieses im flüssigen Zustand am Boden ansammeln, während sich eine darüber liegende Schicht aus Eisen bildet.

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Abbildung: Schematische Darstellung der Komponenten einer Legierung

Der Normallfall wird jedoch sein, dass die unterschiedlichen Stoffkomponenten einer Legierung im flüssigen Zustand vollkommen ineinander löslich sind. Beim Erstarren kann diese Löslichkeit dann entweder vollständig erhalten bleiben (Mischkristalllegierung) oder auch vollständig verloren gehen (Kristallgemischlegierung). Auch Teillöslichkeiten der Stoffe können beim Erstarren auftreten (Gemisch aus Mischkristallen). Je nach Löslichkeit der beiden Komponenten A und B im festen Zustand können Legierungen somit in drei unterschiedliche Typen eingeteilt werden.

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Abbildung: Einteilung der Legierungstypen