legering

Legering er stof med metalliske egenskaber, sammensat af to eller flere grundstoffer, hvoraf mindst et er et metal. Visse vigtige legeringer har trivialnavne som bronze (kobber og tin), messing (kobber og zink) og stål (jern og kulstof). De fleste legeringer betegnes dog ved deres handelsnavne, ved deres procentuelle sammensætning eller blot ved deres vigtigste bestanddel. En sølvske består fx af ca. 93 % sølv og 7 % kobber, og en aluminiumdåse af 99 % aluminium og 1 % mangan.

En legering har normalt større hårdhed og styrke end det rene metal, idet selv små tilsætninger kan have en overraskende effekt. Smedejern ændres til hærdbart stål ved legering med 0,6 % kulstof, og austenitisk rustfrit stål får sin flydespænding forøget med 50 % ved legering med 0,4 % kvælstof. Parallelt med ændringen i de mekaniske egenskaber og i massefylden ændres de kemiske, elektriske og termiske egenskaber. Rent kobber, som er en god leder for strøm og varme, mister betydeligt ved at blive legeret. Allerede 0,01 % fosfor i kobber sænker den elektriske ledningsevne 15 %. Legeringsstoffer, som i små mængder på uheldig måde ændrer legeringens egenskaber, kaldes urenheder.

Binære legeringer består af to grundstoffer, ternære af tre og kvaternære af fire. Messing er binær, typemetal ternær (bly, antimon og tin) og rødgods kvaternær (kobber, zink, tin og bly). Mange legeringer indeholder endnu flere grundstoffer; således findes der i rustfrit stål seks: jern, chrom, nikkel, kulstof, mangan og silicium. Legeringer fremstilles ved blanding af komponenterne, i reglen ved smeltning, men pulvermetallurgi og elektrolytisk udfældning er andre metoder. Ved fremstilling i en digel nedsmeltes den højestsmeltende komponent først, hvorpå de andre stoffer tilsættes. Ofte lettes legeringsdannelsen ved anvendelse af forlegeringer.

Legeringer kortlægges vha. tilstandsdiagrammer, der afbilder de optrædende faser i ligevægt ved 1 atm tryk. Nogle få grundstoffer (kobber og nikkel, guld og sølv) kan blandes i ethvert forhold og derved danne homogene, enfasede legeringer. Forudsætningerne for fuldstændig blandbarhed er, 1) at de to grundstoffer har samme krystalstruktur, 2) at atomdiametrene afviger mindre end 15 % fra hinanden, og 3) at de står nær hinanden i det periodiske system. Jo større afvigelse fra disse regler, jo vanskeligere bliver det at opnå enfasede legeringer. I stedet begynder der at optræde nye faser og kemiske forbindelser. I kobber-zink-tilstandsdiagrammet optræder der således fem forskellige faste faser, og jern-kulstof-diagrammet har tre faste faser og en kemisk forbindelse, cementit Fe₃C. Mange diagrammer indeholder et eutektikum, hvor to komponenter mødes i en veldefineret legering med lavere smeltepunkt end nogen af komponenterne. Et eksempel på en heterogen legering er sterlingsølv, der er en legering af sølv og kobber. De to metaller er meget lidt opløselige i hinanden i fast tilstand, og deres normalt anvendte legeringer består af de to krystallinske metaller tæt sammenblandede.

I smykker og mønter kan man variere legeringen for at opnå vekslende lødighed, farve og slidstyrke. 18 kt. guldsmykker kan være grøngule, hvis guldet er legeret med sølv, men røde, hvis legeret med kobber. Sølvbestik får en varmere rød nuance og større hårdhed og slidstyrke ved legering med kobber.

Intermetalliske forbindelser er karakteristiske ved at have veldefinerede krystalstrukturer, som adskiller sig fra komponenternes. Fx danner kobber og zink inden for et interval på 48-50 % zink den intermetalliske forbindelse β-messing med omtrentlig sammensætning CuZn. I daglig tale skelnes der ikke skarpt mellem begreberne intermetallisk forbindelse og legering.