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Metallarten: Eigenschaften, Anwendungen und Verwendung

Metallarten: Eigenschaften, Anwendungen und Verwendung
Arten von Metallen: Eigenschaften, Anwendungen und Verwendungszwecke
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Metallarten: Leitfaden zu Eigenschaften, Anwendungen und industriellen Verwendungszwecken

Die Kenntnis der verfügbaren Metallarten ist der erste Schritt zu fundierten Materialentscheidungen bei Schweiß-, Bearbeitungs- und Konstruktionsarbeiten. Von Stahlträgern, die Wolkenkratzer stützen, bis hin zu biokompatiblen Titanplatten – Metalle bilden das Gefüge unserer modernen Welt, oft unbemerkt. Hier finden Sie eine einfache Erklärung der verschiedenen Metallarten, einen Vergleich ihrer messbaren Eigenschaften und eine Tabelle mit den jeweiligen Anwendungsbereichen.

⚡ Kurzübersicht

Gesamtmetallische Elemente 94
% des Periodensystems ~ 75%
Meistproduziertes Metall Stahl – 1.326 Milliarden Tonnen im Jahr 2024
Am häufigsten in der Erdkruste Aluminium — 8.2 Gew.-%
Nur flüssige Metalle bei Raumtemperatur Quecksilber (Schmelzpunkt −³8.8 °C) und Gallium (29.8 °C)



Was ist Metall? Definition und Atomstruktur

Was ist Metall – Definition und Atomstruktur

Per Definition ist ein Metall ein chemisches Element, das leicht ionisiert und positive Ionen (Kationen) bildet, zwischen denen metallische Bindungen entstehen. Diese chemischen Bindungen erzeugen ein „Meer“ frei beweglicher Elektronen, die sich ständig durch die gesamte Kristallstruktur bewegen. Dies erklärt die Eigenschaften aller Metalle: hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Verformbarkeit, Duktilität und, nach dem Polieren, Glanz.

Die gemeinsame Nutzung von Elektronen ermöglicht es, dass ein Kupferdraht Strom leitet und ein Stahlträger sich vor ihm biegt, anstatt zu brechen. Die delokalisierten Elektronen in Metallen erlauben es einer Atomlage, unter Belastung übereinander zu gleiten, ohne dass Bindungen brechen. Dies ist beispielsweise bei Keramik oder Glas der Fall, die brechen, anstatt sich zu biegen. Diese delokalisierten Elektronen verleihen Metallen ihre Duktilität, wenn sie zu dünnen Drähten gezogen oder zu Blechen gehämmert werden – ihre Verformbarkeit.

Wer schon einmal versucht hat, Metall auf einer Abkantpresse zu biegen, hat die Metallbindung in der Praxis erlebt.

Im Allgemeinen wird das Periodensystem im linken Mittelteil hauptsächlich von Metallen dominiert. Die Übergangsmetalle der d-Block-Gruppe wie Eisen, Kupfer, Nickel, Titan und Chrom spielen dabei eine zentrale Rolle in der industriellen Produktion. Alkalimetalle wie Lithium und Natrium sowie Erdalkalimetalle wie Magnesium und Calcium befinden sich ganz links, sind aber so reaktiv, dass sie in ihrem natürlichen Zustand für strukturelle Anwendungen ungeeignet sind. Insgesamt lassen sich 94 der etwa 118 bekannten Elemente als Metalle identifizieren.

Zwei dieser 94 metallischen Elemente sind bei normaler Raumtemperatur flüssig: Quecksilber und Gallium.

Flüssigkeiten bei Raumtemperatur sind im Periodensystem eher ungewöhnlich, da sie zu einer Gruppe von Aggregatzuständen gehören, die im Allgemeinen durch die Stärke des Elements im festen Zustand charakterisiert sind.

Für die praktische Konstruktion lassen sich Metalle in drei große Gruppen einteilen:

  • Les métaux ferreux – Ferronickel, Argent ferreux… Contiennet du fer. (z. B. acier, fonte, fer…)
  • Metalle, die nicht aus Eisen sind – benötigen den Inhalt von Eisen (Aluminium, Rame, Titan, Zink)
  • Legierungen – Die künstlich hergestellten Mischungen aus zwei oder mehr Elementen, mindestens einem metallischen (Messing, Bronze, Inconel)

Angenommen, jeder Abschnitt der folgenden Liste stellt eine Gruppe von Metallen vor, die einzeln eingehend untersucht wird, dann werden die messbaren Eigenschaften jeder Gruppe verglichen und aufgezeigt, für welche Anwendungen die jeweilige Metallgruppe wirklich gut geeignet ist.



Wichtige Eigenschaften von Metallen, die die industrielle Auswahl bestimmen

Wichtige Eigenschaften von Metallen, die die industrielle Auswahl bestimmen

Die Wahl des richtigen Metalls für ein Projekt hängt nie nur von einer einzigen Kennzahl ab. Ein Verarbeiter berücksichtigt das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, die Leitfähigkeit, die Korrosionseigenschaften im realen Einsatzumfeld sowie Budget und Bearbeitbarkeit. Sechs typische Konstruktionsmetalle werden in der folgenden Tabelle anhand der wichtigsten Parameter verglichen.


Eigenschaft Stahl (1018) Aluminium (6061-T6) Kupfer (C11000) Titan (Ti-6Al-4V) Zink Nickel (200)
Dichte (g / cm³) 7.87 2.70 8.96 4.4³ 7.13 8.89
Schmelzpunkt (° C) 1,510 660 1,085 1,668 420 1,455
Zugfestigkeit (MPa) 440 310 220 950 37 462
Elektrische Leitfähigkeit (%IACS) 12 43 100 3 27 25
Bearbeitbarkeitsbewertung 65% 50% 70% 22% 80% 30%

Hauptquelle: ASM International Materials Database; Engineering Toolbox

Die Zugfestigkeit gibt an, wie viel Zugkraft ein Metall aushält, bevor es bricht. In dieser Kategorie ist Titan mit 950 MPa unübertroffen. Daher gehört Titan zu den weltweit führenden Anwendern, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo es für Fahrwerke und Turbinenschaufeln verwendet wird. Am anderen Ende der Skala steht Zink mit einer Zugfestigkeit von nur 37 MPa. Es wird daher für Beschichtungen und Druckgussgehäuse, aber nicht für tragende Konstruktionen eingesetzt.

Die elektrische Leitfähigkeit wird als Prozentsatz des IACS-Standards (International Annealed Copper Standard) gemessen. 100 % entsprechen reinem Kupfer. Aluminium erreicht einen IACS-Wert von 43 % und ist damit zwar kein optimaler elektrischer Leiter, aber leicht genug, um für Hochspannungsleitungen an Freileitungen gute Ergebnisse zu erzielen – und das bei nur einem Drittel des Gewichts pro Volumeneinheit von Kupfer. Titan liegt mit lediglich 3 % am unteren Ende der Skala und ist daher für Leitungen ungeeignet, aber ideal für Körper- und Kopfimplantate, wo elektrische Leitfähigkeit schädlich wäre.

Die Korrosionsbeständigkeit beruht auf der Fähigkeit des Metalls, eine schützende Oxidschicht zu bilden. Die Fähigkeit von Aluminium, eine natürlich metallhemmende Siliziumoxidschicht (AlO) zu bilden, ist bemerkenswert – eine so dicke und schützende Schicht künstlich herzustellen, ist äußerst schwierig. Edelstahl benötigt mindestens 10.5 % Chrom im Grundmetall, damit sich eine Chromoxidschicht bilden kann. Unbehandelter, unlegierter Kohlenstoffstahl, der nur Spuren des Elements enthält, das Edelstahl seine hohe Korrosionsbeständigkeit verleiht, korrodiert in feuchter und salzhaltiger Atmosphäre schnell, sofern er nicht lackiert, verzinkt oder anderweitig geschützt wird.

📐 Technischer Hinweis – Wärmeleitfähigkeit und Laserparameter
Aluminium hat eine Wärmeleitfähigkeit von nur 205 W/mK, Stahl hingegen nur 50 W/mK. Ein ungefähres Verhältnis von 4:1 scheint beim Laserschneiden von Aluminium eine praktische Einschränkung darzustellen. Bei gleichem Strahlquerschnitt erfordert die höhere Leistungsdichte zur Fokussierung der Laserenergie auch höhere Schnittgeschwindigkeiten, um Wärmestau und seitliche Wärmeausbreitung mit der typischen Rille zu vermeiden. Schneidet der Bediener fünf oder sechs Teile aus unterschiedlichen Materialien, muss die Maschine bei jedem Werkstückwechsel hinsichtlich Laserleistung, Schnittgeschwindigkeit und Hilfsgasdruck neu kalibriert werden.

Welche Metalle sind magnetisch?

Magnete ziehen verschiedene Metalle auf drei unterschiedliche Arten an. Ferromagnetische Materialien ziehen Magnete extrem stark an und sind die einzigen Metalle, die selbst zu Permanentmagneten werden können. Nur diese Metalle können Werkstücke während der Bearbeitung in Magnetspannfuttern halten. Diamagnetische Materialien wie Gold und Kupfer stoßen ein Magnetfeld praktisch ab – dies lässt sich nur mit Laborgeräten feststellen. Paramagnetische Materialien wie Aluminium oder Titan weisen eine sehr schwache magnetische Anziehungskraft auf, die mit bloßem Auge kaum spürbar ist. In der Industrie gilt die Faustregel: Wenn ein Metall an einem Magneten haftet, enthält es Eisen, Nickel oder Kobalt.

„Alle Metalle sind ein Kompromiss. Hohe Festigkeit, geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und niedriger Preis vereinen sich selten in einer einzigen Legierung. Die Aufgabe des Maschinenbauingenieurs besteht darin, herauszufinden, welche zwei oder drei Eigenschaften für den Kunden am wichtigsten sind und sich mit den übrigen zufriedenzugeben.“
— Werkstofftechnisches Prinzip, paraphrasiert nach den Richtlinien von ASM International



Eisenmetalle: Stahl, Gusseisen und Eisenlegierungen

Eisenmetalle: Stahl, Gusseisen und Eisenlegierungen

Über 90 Prozent der weltweiten Metalle sind Eisenmetalle – sie basieren auf Eisen. Im Jahr 2024 wurden über 632 Millionen Tonnen Rohstahl produziert, eine gewaltige Menge, die alle anderen Metalle zusammen übertrifft. Dafür gibt es einen guten Grund: Eisen ist reichlich vorhanden, und die Infrastruktur zur Umwandlung von Erz in Metall ist vorhanden. Die physikalischen Eigenschaften von Stahl lassen sich durch Zusätze wie Kohlenstoff und Legierungselemente in einem enormen Umfang verändern.

Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahl wird nach seinem Kohlenstoffgehalt klassifiziert:

  • Baustahl (<0.25 % C) – schweißbar, formbar, bearbeitbar. AISI 1018 ist die Standard-Allzwecksorte für Halterungen, Befestigungselemente und Bauteile. Zugfestigkeit ca. 440 MPa.
  • Mittelkohlenstoff (0.25–0.60 % C) – Fester, härter, verwendet für Achsen, Zahnräder und Gleise im Automobilbereich. AISI 1045 hat eine typische Zugfestigkeit von ca. 585 MPa.
  • Hochkohlenstoffhaltig (0.60–2.0 % C) – Sehr hart, verwendet für Schneidwerkzeuge, Federn und Draht. Durch Wärmebehandlung auf extrem hohe Härte erzielbar, jedoch mit einem sehr spröden Gefüge und stark schlechter Schweißbarkeit.

Edelstahl

Edelstahl muss mindestens 10.5 % Chrom enthalten, um als rostfrei zu gelten. Das Chrom bildet eine unsichtbare Oxidschicht auf der Oberfläche, die eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit verleiht. Drei Sorten werden in den meisten industriellen Anwendungen eingesetzt:

  • 304 (18 % Cr / 8 % Ni) – Der weltweit am häufigsten verwendete Edelstahl. Er findet Anwendung in der Lebensmittelindustrie, bei Küchenspülen, architektonischen Zierelementen und chemischen Prozessbehältern. Im geglühten Zustand ist er nicht magnetisch.
  • 316 (16 % Cr / 10 % Ni / 2 % Mo) – Der Molybdänzusatz sorgt für ausgezeichnete Beständigkeit gegen Lochfraß durch Chloride. Geeignet für Schiffsausrüstung, pharmazeutische Anlagen und Küstenarchitektur. Kostet ca. 20–30 % mehr als 304.
  • 430 (17% Cr, kein Nickel) – Eine ferritische Sorte, die magnetisch ist, günstiger als 304 und geeignet für dekorative Paneele, Geräteverkleidungen und Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen.

Bei Projekten, die das Laserschneiden von Edelstahl beinhalten , weisen sowohl 317 als auch 316 beim Laserschneiden mit einem Faserlaser bei entsprechender Leistung und Gaseinstellung ein sauberes Schnittprofil auf – 316 benötigt jedoch aufgrund seines höheren Molybdängehalts etwas mehr Leistung.

Alloy Steel

Legierte Stähle verwenden Kombinationen von Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel usw., um funktionelle Eigenschaften zu erzielen:

  • Die Legierung 4140 (Cr-Mo) zeichnet sich durch hervorragende Zähigkeit und Dauerfestigkeit aus und wird daher häufig für Bohrgestänge in der Öl- und Gasindustrie, Achswellen und hochbelastete Verbindungselemente verwendet.
  • Die Legierung 4340 (Ni-Cr-Mo) ist eine in der Luft- und Raumfahrt verwendete Legierung mit sehr hoher Festigkeit in der Tiefe, die für Fahrwerke, Kraftübertragungszahnräder und Hochleistungswerkzeuge eingesetzt wird.

Gusseisen Kochgeschirr

  • Grauguss (3–4 % C) ist extrem spröde, absorbiert und dämpft aber Schwingungen sehr gut. Dadurch ist er der ideale Basiswerkstoff für Werkzeugmaschinen und Motorblöcke. Graphitlamellen im Mikrogefüge wandeln Schwingungsenergie in Wärme um.
  • Sphäroguss (Gusseisen mit Kugelgraphit) enthält Graphit in Form von Kugeln anstelle von Lamellen, was die Schlagfestigkeit und Duktilität erheblich verbessert. Er wird für Rohrverbindungsstücke, Kurbelwellen und hochbelastbare Zahnräder verwendet.
  • Weißes Gusseisen ist sehr hart und verschleißfest. Es wurde früher zur Herstellung abriebfester Auskleidungen für Kugelmühlen und Schlammpumpen verwendet.

Das historisch bedeutsame, weißglühende Schmiedeeisen für Tore, Geländer und Ketten wurde durch die billigeren und besser bearbeitbaren Baustähle ersetzt. Moderne „Schmiedeeisen“-Produkte bestehen meist aus Baustahl, der so geformt ist, dass er Schmiedeeisen ähnelt.

Eisentyp Zusammensetzung Zugfestigkeit (MPa) Schmelzbereich (°C) Schlüsselanwendung
Weichstahl (1018) 0.18% C. 440 1,505-1,530 Strukturelle Elemente, Einbauten
Mittlerer Kohlenstoffgehalt (1045) 0.45% C. 585 1,500-1,520 Zahnräder, Achsen
SS 304 18Cr / 8Ni 515 1,400-1,450 Lebensmittelausrüstung, Architektur
SS 316 16Cr / 10Ni / 2Mo 515 1,375-1,400 Marine, Chemie, Pharmazie
Legierter Stahl (4140) Cr-Mo + 0.40 % C 655 1,415-1,450 Bohrgestänge, hochbelastete Wellen
Grauguss 3–4 % C, Graphitflocken 150-400 1,140-1,260 Maschinengestelle, Motorblöcke

Welche Metallarten rosten?

Rosten ist eine chemische Reaktion: Eisen reagiert mit Sauerstoff und Feuchtigkeit und bildet eine Rostschicht (Eisen(II)-oxid, FeO), die zu Schwachstellen und Abblättern bei altem Stahl führt. Alle Eisenmetalle sind anfällig, da Eisen in ihrer Struktur zumindest teilweise enthalten ist. Unlegierter Kohlenstoffstahl rostet am schnellsten bei Salznebel oder hoher Luftfeuchtigkeit. Auch legierte Stähle wie 4140 sind rostanfällig, wenn sie nicht geschmiert, lackiert oder anderweitig geschützt werden.

Bei Edelstahl bildet Chromoxid die Schutzschicht gegen Rost, weshalb die Legierung eher als „rostbeständig“ denn als „rostfrei“ gilt. Insbesondere Edelstahl der Güteklasse 304 kann in chloridhaltigen Umgebungen (Meerwasser, Streusalz, Salzlösungen) oberhalb von etwa 50 °C Lochfraßkorrosion erleiden. Daher wird in den Spezifikationen für Schiffs- und Chemieanlagen die Verwendung von Edelstahl 316 vorgeschrieben, dessen Molybdängehalt von 2 % diesen Angriff verhindert.

Die meisten anderen Metalle, die keine Eisenmetalle sind, sind nicht magnetisch und rosten nicht, da sie kein Eisen enthalten. Sie unterliegen jedoch anderen Korrosionsformen: Aluminium bildet ein weißes, pulverförmiges Aluminiumoxid, und Kupfer erzeugt den attraktiven grünen Patina-Effekt, der an alten Dächern und Statuen zu finden ist. Diese Oxidschichten sind tatsächlich beständig gegen weitere Korrosion – im Gegensatz zu dem schuppigen Eisenoxid, das umso lästiger wird, je mehr man versucht, es in Schach zu halten.

⚠️ Mythos widerlegt: „Edelstahl rostet nie“
Das ist möglich. Ein Lebensmittelverarbeitungsbetrieb verwendete Edelstahl der Güteklasse 304 für ein Salzwasser-Solesystem. Innerhalb von zwei Jahren trat Lochfraß an den Schweißnähten auf, wo Magnesium und Kohlenstoff der Schwachstelle in der Chromoxidschicht nachgaben. Der Wechsel zu 316L löste das Problem – 2 % Molybdän sorgen für die Salzbeständigkeit, die 304 nicht aufweist. Wählen Sie den Edelstahl immer passend zu den örtlichen Gegebenheiten.



Nichteisenmetalle: Aluminium, Kupfer, Titan und darüber hinaus

Nichteisenmetalle: Aluminium, Kupfer, Titan und darüber hinaus

Nichteisenmetalle enthalten kein Eisen und oxidieren daher nicht auf dieselbe Weise, da dieser Prozess die Anwesenheit von Eisen voraussetzt. Sie sind häufig nicht magnetisch und korrosionsbeständiger als Eisenmetalle, leitfähiger, leichter – aber auch teurer und erfordern mitunter andere Herstellungsverfahren.

Aluminium

Aluminium ist mit 8.2 % der Erdkruste das am häufigsten vorkommende natürliche Element und steht damit nach Sauerstoff an zweiter Stelle. Trotzdem war es bis zur Entdeckung des Hall-Héroult-Verfahrens im Jahr 1886 teurer als Gold. Heute ist es nach Stahl das zweithäufigste Metall: Es zeichnet sich durch seine geringe Dichte (2.70 g/cm³), Korrosionsbeständigkeit und gute Bearbeitbarkeit aus.

📐 Technischer Hinweis – Kurzübersicht zu Al 6061-T6
Die Zugfestigkeit von Aluminium 6061 beträgt 310 MPa, die Streckgrenze 278 MPa und die Dichte 2.70 g/cm³. Bei einer empfohlenen Schnittgeschwindigkeit von 200–400 SFM mit Hartmetallwerkzeugen liegt die Zerspanbarkeit dieser Legierung bei 50 %. Sie wird in 60,000 jährlich in den USA betriebenen Maschinen eingesetzt.

Die Aluminiumlegierung 7075 ist hochfest und dennoch leicht. Ihre Zugfestigkeit von 570 MPa liegt im Bereich von mittelgekohltem Stahl. Leider ist sie sehr schweißbeständig und teurer als die Legierung 6061.

Da Aluminium nahezu 90 % der Wellenlänge eines CO2-Lasers reflektiert, erfordert das Laserschweißen von Aluminiumlegierungen eine sorgfältige Kontrolle der Wärmereflexion und -leitung.

Kupfer und Kupferlegierungen

Kupfer (C11000) definiert 100 % IACS als Maß für seine Leitfähigkeit. Es dient als fester Referenzwert für elektrische Leitungen, Stromschienen und Wärmetauscher. Das Problem liegt in seiner geringen Festigkeit – mit einer Zugfestigkeit von nur 220 MPa kann es keine strukturellen Belastungen tragen.

  • Die erste kommerziell genutzte Kupferlegierung, Messing; legiert mit dem anderen Metallelement (Zink), ist sie deutlich härter als Kupfer, von Natur aus korrosionsbeständig und leicht zu bearbeiten – verwendet für Beschläge, Blasinstrumente, dekorative Beschläge und Munitionshülsen.
  • Eine Legierung aus Kupfer und Zinn, Bronze; bietet im Vergleich zu Messing eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Salzwasserumgebungen; traditionelle Anwendungsgebiete sind unter anderem Schiffsschrauben, Lager und Schiffsbeschläge.

Die Laserbearbeitung von Kupfer – seine Spiegelung macht die Bearbeitung mit einem Laser so anspruchsvoll. Aufgrund des hohen Reflexionsgrades eignen sich Faserlaser mit einer Wellenlänge um 1,070 nm deutlich besser als CO₂-Laser. Lesen Sie mehr über das Schneiden von Kupfer mit einem Laser.

Titan

Ti-6AL-4V; die herausragende Titanlegierung: 950 MPa Zugfestigkeit bei 4.43 g/cm² – das repräsentativste Beispiel für mittelfeste Stähle, bei 44 % geringerem Gewicht. Weltweit vertraut man auf Titan aufgrund dieses Vorteils in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und im Hochleistungsmotorsport.

Ein Kostenfaktor, der im Marketing nicht berücksichtigt wird: Titan ist 25- bis 100-mal teurer pro Kilogramm (je nach Form und Güte) als Edelstahl und weist zudem eine Verarbeitbarkeitsrate von nur 22 % auf. Daher ist die Bauteilfertigung mit Titan finanziell aufwendig. Wenn Gewichtseinsparungen oder die Möglichkeit der routinemäßigen Fertigung des Bauteils den Einsatz von Titan rechtfertigen, ist dieser gerechtfertigt. In allen anderen Fällen sind Edelstahl oder Aluminium die bessere und kostengünstigere Wahl.

Andere Nichteisenmetalle

  • Zink findet in einigen Anwendungsbereichen Verwendung; am häufigsten beim Verzinken, dem Aufbringen einer Zinkschicht auf Stahl oder Eisen zum Schutz vor Korrosion. Der zweithäufigste Anwendungsbereich ist der Druckguss von Türgriffen und Zierteilen für Kraftfahrzeuge.
  • Nickel findet Verwendung in Superlegierungen (Inconel, Hastelloy), die in Gasturbinen und Strahltriebwerken bei Temperaturen über 700 °C zum Einsatz kommen; und kann auch als Beschichtung bei der Galvanisierung und in Batterien verwendet werden.
  • Zinn ist Bestandteil von Lötlegierungen für Elektronikprodukte, wobei die Verzinnung bei Konservendosen und Bronzekonstruktionen weit verbreitet ist.
  • Blei ist an rund 80 % der weltweiten Batterieproduktion beteiligt und findet auch Anwendung in der Strahlenabschirmung und als Vorschaltgerät; die Nachfrage danach leidet jedoch unter regulatorischen Beschränkungen hinsichtlich der Toxizität.
  • Edelmetalle (Gold, Silber, Platin) fanden ihren Platz in Schmuck, Schaltkreisen (Golddrahtbonden), Katalysatoren (Palladium und Platin) und im Anlagebereich;

Metall Dichte (g / cm³) Schmelzpunkt (° C) Leitfähigkeit (%IACS) Kostenstufe
Aluminium (6061) 2.70 660 43 $$
Aluminium (7075) 2.81 635 33 $ $ $
Kupfer (C11000) 8.96 1,085 100 $ $ $
Messing (C26000) 8.53 955 28 $$
Bronze (C93200) 8.93 1,000 12 $ $ $
Titan (Ti-6Al-4V) 4.43 1,668 3 $ $ $ $ $
Zink 7.13 420 27 $
Nickel (200) 8.89 1,455 25 $ $ $ $



Metalllegierungen: Wie die Kombination von Elementen die Leistung verbessert

Eine Legierung ist ein Gemisch aus einem metallischen Element und einem oder mehreren anderen Elementen, metallisch oder nichtmetallisch. Ziel ist es, Eigenschaften zu erzielen, die mit den einzelnen Bestandteilen allein nicht erreichbar wären. Stahl ist eine Legierung: Eisen und Kohlenstoff. Bronze ist eine Legierung: Kupfer und Zinn. Die gesamte moderne Wirtschaft basiert auf der Herstellung und Verarbeitung von Legierungen anstelle von reinen Metallen, da reine Metalle die Anforderungen an Festigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und Elastizitätsmodul in der Praxis in der Regel nicht erfüllen.

Legieren funktioniert durch „Störung auf atomarer Ebene“. Eingelagerte Fremdatome verzerren die regelmäßige Anordnung der Kristallgitter und behindern so die Diffusion von Versetzungen – jenen Defekten, die die Verformung von Metallen ermöglichen. Andernfalls werden bewegliche Versetzungen freigesetzt, und flexible Metalle werden zu starren, härteren Werkstoffen.

Legierungsfamilie Unedles Metall Wichtige Legierungselemente Flaggschiff-Qualität Herausragende Immobilie
Kohlenstoffstahl Eisen Kohlenstoff (0.05–2.0 %) AISI 1045 Kostengünstige Stärke
Edelstahl Eisen Cr, Ni, Mo Edelstahl 316L Korrosionsbeständigkeit
Aluminiumlegierungen (2xxx–7xxx) Aluminium Cu, Mg, Si, Zn Al 7075-T6 Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
Kupferlegierungen Kupfer Zn (Messing), Sn (Bronze) C36000 (Automatenmessing) Bearbeitbarkeit
Nickel-Superlegierungen Nickel Cr, Fe, Nb, Mo Inconel 718 Hält Temperaturen von über 700 °C stand.

💡 Auswahlmethode: Anpassung an den Fehlermodus

Welcher Ausfallmechanismus ist bei dem betreffenden Bauteil am häufigsten? Wählen Sie die Legierungskategorie, die diesem Mechanismus entgegenwirkt. Bei Korrosionsgefahr eignen sich Edelstähle oder Titanlegierungen. Ermüdungserscheinungen durch zyklische Belastung werden durch Stahl 4340 oder Inconel behoben. Gewichtsprobleme lassen sich mit Aluminium 7075 oder Titan 6Al-4V lösen, da diese Legierungen bei geringem Gewicht höchste Festigkeit aufweisen. Diese eine Frage – „Was ist die häufigste Ursache für den Ausfall dieses Bauteils?“ – filtert automatisch über 80 % der Kandidaten heraus, noch bevor Sie die Materialdatenbank konsultieren.

Szenario: Ein Fertigungsbetrieb, der von Baustahl auf Edelstahl 316L für die Lebensmittelverarbeitung umstellt, muss seinen Schweißdraht (316L-Zusatzwerkstoff) wechseln, das Schutzgas auf Argon mit 2 % Kohlenmonoxid umstellen und die Schnittgeschwindigkeit um etwa 30 % reduzieren. Die Wahl der Minerallegierung bestimmt jeden nachfolgenden Fertigungsschritt – Werkzeuge, Vorrichtungen, Schweißeinstellungen sowie Schleif- und Polierprozesse. Die Materialwahl ist niemals ein unabhängiger Prozess.

Neben der Einteilung in Eisen- und Nichteisenmetalle ist es sinnvoll, Metalle in Basismetalle (leicht oxidierbar, z. B. Zink, Eisen, Zinn, Aluminium), Edelmetalle (oxidationsbeständig, z. B. Gold, Platin, Palladium) oder Gruppen des Periodensystems einzuteilen. Einige dieser Gruppen – Übergangsmetalle (d-Block), Erdalkalimetalle und Lanthanoide – sind als separate Kategorien verfügbar.



Wie Sie das richtige Metall für Ihr Projekt auswählen

Wie Sie das richtige Metall für Ihr Projekt auswählen

Fehler bei der Metallauswahl sind die häufigste Ursache für Fertigungsfehler und in der Regel irreparabel – einmal verschweißt, lässt sich die Verbindung nicht mehr lösen. Die folgende Matrix vergleicht zehn gängige Metalle anhand von sechs Parametern auf einer Skala von 1 (schlecht) bis 5 (ausgezeichnet).


Metall Zugfestigkeit Gewicht (umgekehrt) Korrosionsbeständig. Bearbeitbarkeit Kostengünstig Schweißbarkeit
Weichstahl (1018) 3 2 1 4 5 5
SS 304 3 2 4 2 3 3
SS 316 3 2 5 2 2 3
Al 6061-T6 2 5 4 4 4 3
von Al 7075 bis 4 5 3 3 3 1
Kupfer 1 2 4 4 2 3
Messing 2 3 4 5 3 2
Ti-6Al-4V 5 4 5 1 1 2
Zink 1 3 3 5 4 1
Nickel 200 3 2 4 2 1 3

Bewertung: 1 = schlecht, 5 = ausgezeichnet. Der Vergleich der Variablen dient lediglich der Orientierung.

Anwendungsspezifische Auswahl

  • Bei der CNC-Bearbeitung gilt Aluminium 6061 als der beste Nichteisenmetallstahl, während Baustahl 1018 die beste Wahl unter den Eisenmetallen zu sein scheint. Hinsichtlich der Bearbeitbarkeit erzielen beide eine Bewertung von 4+ (4+).
  • Laserschneiden eignet sich optimal für Baustahl – er lässt sich am einfachsten schneiden und ist das laserfreundlichste Metall. Da er oxidfrei ist und nicht verbrennt, sind andere Metalle wie Edelstahl (der allerdings einen leistungsstärkeren Laser erfordert), Aluminium (aufgrund der Reflexion am besten mit einem Faserlaser zu bearbeiten) und Titan (bei dem der Laser-„Feldstein“ nur für teure, hochwertige Teile verwendet wird) weniger geeignet. Besuchen Sie die Liste. Materialien, die ein Faserlaser schneiden kann für mehr Auswahl.
  • Für korrosive Umgebungen wurden Edelstahl 316L oder Titan verwendet, wobei jeweils 5 Lochfraßschichten für optimalen Korrosions- und Oxidationsschutz eingesetzt wurden. Titan ist nur dann sinnvoll, wenn die Gewichtsersparnis das 25- bis 100-fache der Materialkosten rechtfertigt.
  • Bei statischen und architektonischen Anwendungen, ob im Wohn- oder Gewerbebau, bietet Kohlenstoffstahl (1018 oder A36) eine Festigkeitsklasse von 3 und eine Kostenklasse von 5.
  • In der Elektronik und Computertechnik wird Kupfer für die 100%ige elektrische Leitfähigkeit nach IACS-Standard und Aluminium (mit höherer Dichte) für leichte Gehäuse und Kühlkörper verwendet.

Welche Metallarten eignen sich zum Laserschneiden?

Mit der richtigen Ausrüstung lassen sich fast alle Metalle mit einem Laser schneiden, allerdings sind unterschiedliche Maschinen erforderlich. Für das Schneiden stark reflektierender Metalle wie Aluminium, Messing oder Kupfer eignen sich Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm. Diese haben keine Probleme mit rückreflektierten Ionen, da CO₂-Laser eine Wellenlänge von 10600 nm aufweisen – die Ionen würden den Resonator nicht beschädigen.

Baustahl ist das weltweit am besten laserschneidbare Metall. Er liefert qualitativ hochwertige Schnitte schneller und kostengünstiger als jedes andere Material. Edelstahl benötigt zum Schneiden 20–30 % mehr Laserleistung als Baustahl gleicher Dicke. Hierbei ist eine Schutzgasabdichtung mit Titan (üblicherweise Argon) erforderlich.

Einen direkten Vergleich von Faser- und CO₂-Lasertechnologien finden Sie im Abschnitt „Vergleich Faserlaser vs. CO₂-Laser“ . Vielleicht interessiert Sie auch, welche Materialien sich mit einem Faserlaser markieren lassen und wie diese mit verschiedenen Metallarten harmonieren. Oder Sie informieren sich über unser Angebot an Lasermarkierungsmaschinen, die sich für die Bearbeitung von Bauteilen aus Stahl, Aluminium, Kupfer und Titan eignen.

💡 Pro Tipp

Lassen Sie vor dem Kauf größerer Metallmengen eine kleine Probebearbeitung/einen Probeschnitt mit Ihren eigenen Maschinen und dem entsprechenden Material durchführen. Datenblätter geben stets nur Nennwerte an – die tatsächlichen Werte hängen stark von der Maschinensteifigkeit, dem Zustand der Werkzeuge und der Materialcharge ab. Langfristig gesehen ist es besser, 15 Minuten in die Bearbeitung einer Probe zu investieren, als eine ganze Produktionsserie verwerfen zu müssen.

Hinweis zur Recyclingfähigkeit: Bis auf wenige Ausnahmen lassen sich alle Metalle unendlich oft mit nur geringfügiger Veränderung ihrer Grundeigenschaften wiederverwerten. Das Recycling von Aluminium benötigt nur 5 % der Energie, die für seine Herstellung aus Bauxit erforderlich ist, und zählt zu den energieeffizientesten Verfahren überhaupt. Stahl ist, gemessen am Gewicht, das weltweit am häufigsten recycelte Material.



Häufig gestellte Fragen

Leitfaden zu Metallarten: Eigenschaften, Anwendungen und industrielle Verwendung

Welche 10 Arten von Metallen gibt es?

Antwort anzeigen

Ein gängiges Klassifizierungsschema unterscheidet zehn Metallarten für die häufige Verwendung in Fertigung und Bauwesen: (1) Kohlenstoffstahl, (2) Edelstahl, (3) legierter Stahl, (4) Gusseisen, (5) Aluminium, (6) Kupfer, (7) Titan, (8) Zink, (9) Nickel und (10) Messing. Diese Kategorisierung ist jedoch nicht systematisch. (Das Periodensystem der Elemente umfasst 94 Metallelemente, und historische sowie wirtschaftlich bedingte Benennungssysteme haben Tausende verschiedener Legierungssorten innerhalb der oben genannten Metallfamilien hervorgebracht; die Society of Automotive Engineers (SAE) beispielsweise führt allein unter dem SAE-Klassifizierungscode „10“ über 400 Stahlsorten auf, und Aluminiumlegierungen werden in die Reihen 1xxx bis 8xxx eingeteilt.) Dennoch kann diese Einteilung in „zehn Arten“ dazu beitragen, die Auswahl an geeigneten Werkstoffen für Konstruktions- und Fertigungsaufgaben einzugrenzen.

Wie viele Metallarten gibt es?

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Das Periodensystem der Elemente enthält 94 Metalle. Sie machen etwa 75 % aller existierenden Elemente aus. Noch mehr, wenn man Legierungen – also künstlich hergestellte Mischungen dieser Elemente – mitzählt.

Allein SAE/AISI listet mehrere hundert Stahlsorten auf, und die Anzahl der Aluminiumlegierungen geht in die Tausende mit ihren 4-stelligen Bezeichnungen von 1xxx bis 8xxx.

Worin unterscheiden sich Legierungen von reinen Metallen?

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Reines Metall ist definiert als das Element selbst (z. B. reines Kupfer, reines Eisen). Legiertes Metall ist eine Kombination aus zwei oder mehr Elementen, wobei mindestens eines der Elemente ein Metall ist. Die Legierung enthält eine Kombination dieser Elemente in metallischer Form. Durch Legieren wird das Kristallgitter verändert, was im Allgemeinen die Festigkeit und Härte erhöht, aber auch die Korrosionsbeständigkeit oder Temperaturtoleranz verbessert. Der Nachteil: Legierungen sind im Allgemeinen schwieriger zu recyceln und verursachen höhere Produktionskosten als die elementare Form.

Welche Metallart rostet nicht?

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Kein Nichteisenmetall rostet im herkömmlichen Sinne, wie man es von Eisen kennt. Aluminium, Kupfer, Titan, Zink, Messing, Bronze, Gold und Silber rosten nicht. Edelstahl bietet zwar Rostschutz durch eine Chromoxidschicht, ist aber nicht völlig rostfrei. Chloride in minderwertigen Sorten wie z. B. 304 können Lochfraß verursachen. Nur Edelstähle und einige Legierungen mit höherem Chromgehalt gehören zu den Eisenmetallen, die rostbeständig sind. Für Anwendungen, die keine Eisenoxidbildung erfordern, sind Nichteisenmetalle daher vorzuziehen.

Welche Metalle können recycelt werden?

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Nahezu alle Metalle können mit minimalem Qualitätsverlust unbegrenzt recycelt werden; Stahl steht weltweit an der Spitze der Materialrecycling-Berechnungen nach Tonnage, während das Aluminiumrecycling im Vergleich zur Primärproduktion eine Energieeinsparung von rund 95 % ermöglicht.

Welche Metallarten eignen sich für den 3D-Druck?

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Die meisten additiven Fertigungsverfahren für Strukturmetalle verwenden Edelstahl (z. B. 316L, 17-4 PH), Titan (z. B. Ti-6Al-4V), Aluminium (z. B. AlSi10Mg), Inconel 718, Kobalt-Chrom-Legierungen und Werkzeugstähle. Diese werden entweder als Draht für das Direktenergieauftragschweißen (DED) oder als feines Pulver für das Pulverbettschmelzen (SLM/DMLS) hergestellt. Titan und Inconel werden im 3D-Druck besonders häufig eingesetzt, da die bekanntermaßen schwierige Bearbeitbarkeit dieser Metalle die Kosten im Vergleich zur subtraktiven Fertigung erheblich erhöht. Durch die Herstellung formschlüssiger, endkonturnaher Bauteile wird der Ausschuss deutlich reduziert.

Sind Metalle im Allgemeinen formbar und dehnbar?

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Die meisten Metalle sind duktil und formbar, da die Atomlagen durch die metallische Bindung gegeneinander gleiten können. Gusseisen und gehärtete hochkohlenstoffhaltige Stähle bilden hier jedoch bemerkenswerte Ausnahmen.



Bereit, mit diesen Metallen zu arbeiten?

Von Baustahl bis Titan – die richtige Maschine macht den Unterschied.



Über diese Materialanalyse

Alle in diesem Leitfaden genannten Metallarten basieren auf veröffentlichten Daten der US Geological Survey, der World Steel Association und der Materialdatenbanken von ASM International. Die hier angeführten Vergleiche der Maschineneigenschaften basieren auf allgemeinen Industriestandards und Güteklassenspezifikationen und nicht auf firmeneigenen Prüfverfahren. Dieser Hersteller von Lasermarkierungs- und -schneidanlagen verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung in der Fertigung von CNC-Lasersystemen in den USA für Werkstücke aus Stahl, Aluminium, Kupfer und Titan und hat die dabei gewonnenen Erkenntnisse in diese Webpublikation einfließen lassen.



Referenzen & Quellen

  1. USGS-Rohstoffübersichten 2025 — US Geological Survey
  2. Weltstahl in Zahlen 2025 — Weltstahlverband
  3. USGS-Statistiken und Informationen zum Thema Aluminium — US Geological Survey
  4. ASM Internationale Materialdatenbank — ASM International
  5. Eigenschaften von technischen Werkstoffen — Werkzeugkasten für Ingenieure
  6. Titan vs. Stahl & Aluminium — ANSI-Blog



Über mein Unternehmen
Zu den Hauptprodukten unseres Unternehmens gehören Partikelpressen, Lebensmittelpressen und Laseranlagen, die alle von Fabriken hergestellt werden, mit denen wir seit vielen Jahren zusammenarbeiten.
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Ich unterstütze sie im Vertrieb und Export, während unser Unternehmen Beschaffungsdienstleistungen in China anbietet, um internationalen Partnern bei der Lösung ihrer Probleme zu helfen. Wenn Sie unsere Unterstützung bei der Beschaffung benötigen, kontaktieren Sie uns bitte.
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