{"id":191,"date":"2011-11-21T13:05:19","date_gmt":"2011-11-21T12:05:19","guid":{"rendered":"http:\/\/www.werkstoff-blog.de\/?p=191"},"modified":"2026-04-02T10:06:41","modified_gmt":"2026-04-02T08:06:41","slug":"was-macht-eigentlich-das-legierungselement-chrom-im-stahl","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.werkstoff-service.de\/blog\/was-macht-eigentlich-das-legierungselement-chrom-im-stahl\/","title":{"rendered":"Was macht eigentlich \u2026 das Legierungselement Chrom im Stahl?"},"content":{"rendered":"<p><strong>Chrom<\/strong> ist ein richtiger \u201eTausendsassa\u201c. Das <strong>Legieren mit dem Element Chrom (Cr) hat Auswirkungen auf zahlreiche Stahl Eigenschaften<\/strong>. Durch Erh\u00f6hung des Chromgehaltes erreichen wir bei St\u00e4hlen unter anderem eine:<\/p>\n<ol>\n<li>Erh\u00f6hung der Zugfestigkeit,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Verschlei\u00dfbest\u00e4ndigkeit,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Einh\u00e4rtbarkeit,<\/li>\n<li>Verbesserung der Verg\u00fctbarkeit,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Zunderbest\u00e4ndigkeit,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Warmfestigkeit und der Anlassbest\u00e4ndigkeit,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Korrosionsbest\u00e4ndigkeit,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Randschichth\u00e4rte beim Nitrieren,<\/li>\n<li>Erh\u00f6hung der Druckwasserstoff-Best\u00e4ndigkeit,<\/li>\n<li>Verringerung der W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit und der elektrischen Leitf\u00e4higkeit.<\/li>\n<\/ol>\n<p>Angesichts dieser Liste stellen sich folgende Fragen: Warum f\u00fchrt die Zugabe von Chrom zu all diesen Eigenschafts\u00e4nderungen bei St\u00e4hlen? Haben die zahlreichen Wirkungen des Chroms ebenso zahlreiche Ursachen, oder k\u00f6nnen diese Wirkungen auf einige wenige Eigenschaften des Chroms zur\u00fcckgef\u00fchrt werden? Um diese Fragen beantworten zu k\u00f6nnen, kl\u00e4ren wir zun\u00e4chst, wie ein unlegierter Stahl \u201efunktioniert\u201c.<\/p>\n<p>Unlegierter Stahl besteht aus Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C). Die allermeisten C-Atome verbinden sich mit den Fe-Atomen zu Eisenkarbiden. Form, Gr\u00f6\u00dfe und Anzahl der harten Eisenkarbide im vergleichsweise weichen Fe-Kristallgitter des Stahls bestimmen seine Eigenschaften (<a href=\"https:\/\/www.werkstoff-blog.de\/was-ist-eigentlich-vergueten-von-stahl\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><strong>Verg\u00fcten<\/strong><\/a>). Die harten Eisenkarbide behindern z.B. die Bewegung von&nbsp;<strong><a href=\"https:\/\/www.werkstoff-blog.de\/was-sind-eigentlich-versetzungen\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">Versetzungen<\/a>&nbsp;<\/strong>und sorgen so f\u00fcr hohe Festigkeit.<\/p>\n<p>Die harten Eisenkarbide verbessern zudem die Verschlei\u00dfbest\u00e4ndigkeit des Eisens, das durch Zugabe von (max. 2%) Kohlenstoff zum Stahl wird. Bei hohen Temperaturen ver\u00e4ndern die Eisenkarbide ihre Morphologie, und oberhalb von ca. 720\u00b0C beginnt ihr vollst\u00e4ndiger Zerfall. Das schr\u00e4nkt die Einsatzm\u00f6glichkeiten unlegierter St\u00e4hle bei hohen Temperaturen stark ein.<\/p>\n<div id=\"attachment_1002\" style=\"width: 222px\" class=\"wp-caption alignright\"><img aria-describedby=\"caption-attachment-1002\" loading=\"lazy\" class=\"wp-image-1002 size-full\" src=\"https:\/\/www.werkstoff-blog.de\/wp-content\/uploads\/element-chrom-werkstoff-blog.jpg\" alt=\"Bild: Chrom im Periodensystem - WS Werkstoff Blog \" width=\"212\" height=\"143\"><p id=\"caption-attachment-1002\" class=\"wp-caption-text\">Chrom als Element im Periodensystem: Periode 4, Gruppe 6, Element-Nr.: 24<\/p><\/div>\n<p>In Anwesenheit von Sauerstoff bilden die Eisenatome des Stahls mit dem Sauerstoff Oxide. Das Eisenoxid, das bei niedrigen Temperaturen und in Anwesenheit von Feuchtigkeit entsteht, nennen wir Rost. Das Eisenoxid, das sich bei sehr hohen Temperaturen \u2013 beispielsweise im Schmiedeofen (und damit in Abwesenheit von Wasser) \u2013 bildet, nennen wir Zunder.<\/p>\n<p>Nun kommen wir zur\u00fcck zum Chrom. Wir werden sehen, dass sich die vielf\u00e4ltigen Wirkungen des Elements Chroms auf wenige Eigenschaften des Chroms zur\u00fcckf\u00fchren lassen, wobei einige Eigenschaften mehrfache Wirkung erzielen:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Chrom<\/strong> \u201ekann besser mit Kohlenstoff als Eisen\u201c. Das bedeutet, dass sich Cr- und C-Atome zu Chromkarbiden verbinden, die h\u00e4rter und temperaturbest\u00e4ndiger sind, als die Eisenkarbide. Dies erkl\u00e4rt die oben genannten Punkte 1, 2, 6 und 9. Zum Punkt 9 einige Worte mehr: Ist Stahl bei hohen Temperaturen und Dr\u00fccken wasserstoffhaltigen Medien ausgesetzt, so dringt Wasserstoff in den Stahl ein und verbindet sich mit dem Kohlenstoff des Stahls z.B. zu Methan. Wird dem Stahl aber auf diese Art der Kohlenstoff entzogen, so verliert er die strukturelle Integrit\u00e4t und versagt schlie\u00dflich. Druckwasserstoffbest\u00e4ndigkeit erreicht man, wenn der Kohlenstoff im Stahl durch Elemente abgebunden wird, die starke Bindungen mit Kohlenstoff eingehen. Zu diesen Elementen geh\u00f6rt Chrom.<\/li>\n<li><strong>Chrom<\/strong> \u201ekann besser mit Sauerstoff als Eisen\u201c. Das bedeutet, dass Chrom und Sauerstoff \u201ewiderstandsf\u00e4higere\u201c Verbindungen bilden, als es Eisen und Sauerstoff tun. Dies erkl\u00e4rt die Punkte 5 und 7. Sind mindestens 12% Chrom im Stahl gel\u00f6st, dann bildet sich auf der Bauteiloberfl\u00e4che eine d\u00fcnne, aber f\u00fcr Sauerstoff nahezu undurchdringliche, Chromoxidschicht, die ein Rosten des Stahls verhindert. Rostfreie St\u00e4hle enthalten daher mindestens 12% Chrom. Diese Cr-Atome d\u00fcrfen aber nicht in Form von Chromkarbiden gebunden sein. Da Chrom aber auch mit Kohlenstoff \u201egut kann\u201c, sind \u00fcblicherweise deutlich mehr als 12% Chrom in nichtrostenden St\u00e4hlen enthalten, damit 12% \u201efreie\u201c Cr-Atome verbleiben, nachdem der Kohlenstoff vom Chrom \u201ebedient\u201c wurde.<\/li>\n<li><strong>Chrom<\/strong> \u201ekann sehr gut mit Stickstoff\u201c. Dies erkl\u00e4rt Punkt 8 (und zu Teilen auch die Punkte 2 und 7). Nitrierst\u00e4hle sind h\u00e4ufig chromlegiert mit dem Ziel, dass die Stickstoffatome, die beim Nitrieren in die Oberfl\u00e4che des Stahlbauteils hinein diffundieren, sich u.a. mit Chrom verbinden und auf diese Weise sehr harte Chromnitride bilden.<\/li>\n<li>Befindet sich <strong>Chrom im Stahl<\/strong>, dann behindert es die Bewegung (Diffusion) der C- und Fe-Atome im Fe-Kristallgitter des Stahls. Das geschieht unabh\u00e4ngig davon, ob die Chromatome frei oder gebunden sind. Die Diffusionsprozesse, die bei der W\u00e4rmebehandlung von Stahl ablaufen, bestimmen ganz wesentlich das Gef\u00fcge und damit die Werkstoffeigenschaften, die im Zuge der W\u00e4rmebehandlung entstehen. Wird die Diffusion stark behindert, so entsteht ein Gef\u00fcge, f\u00fcr dessen Bildung Diffusion nicht notwendig ist. Dieses Gef\u00fcge nennen wir Martensit (<a href=\"https:\/\/www.werkstoff-blog.de\/blog2\/dr-ingo-poschmann\/start2\/was-ist-eigentlich-%E2%80%A6-verg%C3%BCten-von-stahl\/#profileContent\">Verg\u00fcten<\/a>). Diese Diffusionsbehinderung erkl\u00e4rt die Punkte 1, 2, 3 und 4.<\/li>\n<li><strong>Chrom<\/strong> behindert aber nicht nur die Beweglichkeit der Fe- und C-Atome, sondern auch die der freien Elektronen des Stahls. Da die Elektronen der Metalle aber ma\u00dfgeblich die elektrische Leitf\u00e4higkeit und die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit bestimmen, ist somit auch Punkt 10 erkl\u00e4rt.<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>Wir k\u00f6nnen zusammenfassen:<\/strong><br>Es ist die hohe Affinit\u00e4t des Chroms zu Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff, mit der sich ein Gro\u00dfteil der Eigenschaften chromlegierter St\u00e4hle erkl\u00e4ren l\u00e4sst. Will man die Verschlei\u00dfbest\u00e4ndigkeit und die Warmfestigkeit von St\u00e4hlen deutlich \u00fcber das Niveau der chromlegierten St\u00e4hle hinaus anheben, so m\u00fcssen Legierungselemente eingesetzt werden, deren Karbide noch h\u00e4rter und noch temperaturbest\u00e4ndiger sind, als die des Chroms. Wolfram, Vanadium, Molybd\u00e4n und Kobalt sind solche Elemente, und sie alle kommen in Schnellarbeitsst\u00e4hlen zum Einsatz.<\/p>\n<p>Was die Behinderung der Diffusion von Elektronen betrifft, so gilt das oben Geschriebene f\u00fcr alle Legierungselemente des Stahls gleicherma\u00dfen, und nicht nur f\u00fcr Chrom. Kaffeebecher werden aus diesem Grunde gern aus austenitischem Stahl (ca. 18% Chrom und ca. 10% Nickel) gefertigt \u2013 nicht nur, weil dieser Stahl nicht rostet, sondern weil die W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit dieses hochlegierten Stahls sehr niedrig ist. Dagegen w\u00e4re ein Kaffeebecher aus Silber (ebenfalls nichtrostend) einfach gemein \u2026<\/p>\n<p>Weitere Informationen zum Element <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Chrom\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\"><strong>Chrom<\/strong> gibt&#8217;s auf <strong>Wikipedia<\/strong><\/a>.<\/p>\n\n\n<p>Wenn Sie mehr zum Thema Chrom im Stahl erfahren m\u00f6chten, oder sich zu anderen Themen der Werkstofftechnik weiterbilden m\u00f6chten, empfehlen wir einfach mal einen Blick auf die Kurse des <strong><a href=\"https:\/\/www.werkstoff-service.de\/trainingcenter\/kurse-und-seminare-buchen\/\">W.S. TrainingCenters<\/a><\/strong> zu werfen. Dort finden Sie zu vielen interessanten Themen die passenden Kurse und Seminare, oder fragen Sie unsere <strong><a rel=\"noreferrer noopener\" href=\"https:\/\/www.werkstoff-service.de\/trainingcenter\/ansprechpartner\/\" target=\"_blank\">TrainingCenter Ansprechpartner<\/a><\/strong> direkt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Chrom ist ein richtiger \u201eTausendsassa\u201c. 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