1998 LS 8.1 Zusammensetzung schwer

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Zusammensetzung

Legierungsbestandteile, Hauptelement und Legierungselemente

--- Bild/Video/Animation Legierungsherstellung

Legierungen bestehen aus verschiedenen Elementen (siehe PSE) welche zusammengeschmolzen werden, wobei eins davon ein Metall sein muss. Dabei ist das Element mit dem größten Massenanteil das Hauptelement. Das Hauptelement hat normalerweise nicht alle Eigenschaften die wir brauchen, es ist z.B. es bricht leicht oder es ist nicht gut Verformbar. Die Elemente die hinzugefügt werden, nennt man Legierungselemente. Alle Elemente in einer Legierung zusammen sind Legierungsbestandteile.

So gilt für eine Legierung mit der Zusammensetzung Au (Gold): 55 %; Ag (Silber): 29 %; Pd (Palladium): 10 % , Zn (Zink): 1,4 % folgendes:

Hauptelement (größter Massenanteil)	Legierungselement (nicht größter Massenanteil)
Au	Pd, Ag, Zn

Es handelt sich also um eine Goldlegierung mit den Legierungselementen Silber, Palladium und Zink.

Wirkung der Legierungsbestandteile

Die kombination von Legierungsbestandteilen sollen die Eigenschaften der Legierung verbessern.

So wird durch Zugabe von Platin beispielsweise die Chemische Beständigkeit, Härte und Festigkeit erhöht. Andere Elemente beeinflussen den Schmelzintervall, die Wärmeausdehnung, das Fließverhalten beim Gießen, die Verformbarkeit und viele mehr.

Durch klicken auf "Aufklappen" kannst du eine Tabelle mit typischen Eigenschaften bzw. Eigenschaftsänderung dieser Legierungsbestandteile sehen:

Legierungsbestandteil	Elementsymbol	Eigenschaftsänderungen
Gold	Au	Leichte Bearbeitbarkeit, korrosions-, anlauf- und mundbeständig, gute Festigkeit, senkt Oxidation bei hohen Temperaturen, beeinflusst Schmelzintervall und Wärmeausdehnung.
Platin	Pt	Steigert Mundbeständigkeit, Kornfeiner, erhöht Härte und Stabilität, verringert Oxidschicht.
Palladium	Pd	Steigert Korrosions-, Anlauf- und Mundbeständigkeit, erhöht Härte und Festigkeit, Warmfestigkeit, erleichtert Vergüten, erhöht Schmelzintervall.
Silber	Ag	Steigert Härte, verbessert Fließverhalten beim Gießen, verbessert Lötfähigkeit, Oxidbildner, erhöht Wärmeausdehnung.
Kupfer	Cu	Steigert Härte und Festigkeit, bildet dunkelfarbiges Haftoxid, erleichtert Vergütbarkeit, hebt Wärmeausdehnung an, potenzielle Verfärbungen in Keramik.
Zink	Zn	Verbessert mechanische Eigenschaften, senkt Schmelztemperatur, macht Schmelze dünnflüssiger, verbessert Fließfähigkeit.
Zinn	Sn	Verbessert mechanische Eigenschaften, steigert Härte und Festigkeit, verringert Kohlenstoffaufnahme, Haftoxidbildung, erhöht Benetzungsfähigkeit, verschiebt Wärmeausdehnung.
Indium	In	Verbessert mechanische Eigenschaften, senkt Schmelzpunkt, erhöht Fließfähigkeit beim Gießen, verändert Wärmeausdehnung, Haftoxidbildung.
Iridium	Ir	Widerstandsfähiger als Platin, Kornfeinung von Gold-Legierungen, erhöht Warmfestigkeit und Vergütbarkeit, erhöht Schmelzintervall.
Titan	Ti	Verbessert Korrosions- und Anlaufbeständigkeit, Kornfeinung, Haftoxidbildung, bindet Sauerstoff, macht Legierungen fließfähiger.
Eisen	Fe	Haftoxidbildung, steigert Kornfeinung, erhöht Härte und Festigkeit.
Rhodium	Rh	Weißfärbend, feinkörniger, härter, chemisch beständiger, erhöht Fließfähigkeit und Vergütbarkeit.
Gallium	Ga	Senkt Schmelzintervall, verbessert Fließfähigkeit und Formfüllvermögen, dehnt sich beim Erstarren aus, verbessert mechanische Eigenschaften, hält Oxidfilm dünn.
Tantal	Ta	Extrem hoher Schmelzpunkt, Kornfeinung, Härtesteigerung, reduziert Schmelzintervall, macht Legierungen fließfähiger.
Ruthenium	Ru	Hoher Schmelzpunkt, Kornfeinung, stark härtender Effekt, verbessert Kriechfestigkeit, vermindert Spannungsrisse.
Mangan	Mn	Kornfeinung, steigert Festigkeit, erhöht Duktilität in Kombination mit Zink, Haftoxidbildung, bindet Sauerstoff und Schwefel.
Chrom	Cr	Unverzichtbar für Korrosionsbeständigkeit bei kobalt- und nickelhaltigen Legierungen, Schutz durch Chromoxide.
Kobalt	Co	Basismetall für Modellgusslegierungen, muss durch Chrom und Molybdän passiviert werden, Spuren von Nickel möglich.
Nickel	Ni	Basismetall für günstige Dentallegierungen, hohes Allergiepotenzial, Schleifstaub ist krebserregend.
Molybdän	Mo	Verbessert mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit in Kobalt- und Nickelbasis-Legierungen, essenziell für Menschen.

Die Zusammensetzung von Legierungen werden in Massenanteil angegeben.

Massenanteil in Legierungen

Definition

Der Massenanteil in Legierungen wird ähnlich wie in anderen Mischungen als das Verhältnis der Masse einer einzelnen Komponente zur Gesamtmasse der Legierung definiert. In der Metallurgie und Materialwissenschaft ist es üblich, den Massenanteil als Prozentsatz anzugeben. Die Berechnung des Massenanteils \( w_i \) einer Komponente \( i \) erfolgt durch die Formel:

\[ w_i = \frac{{\text{Masse der Komponente } i}}{{\text{Gesamtmasse der Legierung}}} \times 100 \]

Beispiel

Als Beispiel nehmen wir eine Bronzelegierung, die aus 8 Gramm Zinn und 92 Gramm Kupfer besteht. Der Massenanteil von Zinn \( w_{\text{Zinn}} \) und Kupfer \( w_{\text{Kupfer}} \) wird wie folgt berechnet:

\[ w_{\text{Zinn}} = \frac{{8 \, \text{g}}}{{8 \, \text{g} + 92 \, \text{g}}} \times 100 = \frac{{8 \, \text{g}}}{{100 \, \text{g}}} \times 100 = 8\% \] \[ w_{\text{Kupfer}} = \frac{{92 \, \text{g}}}{{100 \, \text{g}}} \times 100 = 92\% \]

Besonderheiten

Es ist wichtig zu beachten, dass der Massenanteil alleine nicht alle Eigenschaften einer Legierung beschreibt. Zwei Legierungen mit dem gleichen Massenanteil der Komponenten können sich in ihren mechanischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden. Diese Unterschiede hängen von verschiedenen Faktoren wie der Kristallstruktur, Herstellungsmethode und Wärmebehandlung ab.

Masse

m=F/a

Gewicht(skraft)

relative Größe, F=m*a; F=m*g; Beispiel Astronaut

Volumen

Den Raum den ein Körper einnimmt. Länge, Fläche, Raum

Allgemein m,m^2, m^3 -,-,l

Zahntechnik mm, mm^2, mm^3 -,-,ml

Massenanteil / Volumenanteil in %

Massenanteil = Masse des Legierungsbestandteil in g / Gesamtmasse in g

Au 55 % = Verhältnis 55/100 sind Gold

Berechnung mit dem Dreisatz