Legering är ett material med metalliska egenskaper som består av två eller flera grundämnen, varav minst ett är en metall. Stål är en legering av järn och kol, brons en legering av koppar och tenn och mässing en legering av koppar och zink. Syftet är nästan alltid att få bättre egenskaper än den rena metallen har på egen hand: högre hårdhet, mer styrka eller bättre motståndskraft mot korrosion.
Ordet kommer av verbet legera, som i sin tur går tillbaka på latinets ligare, “binda ihop” eller “förena”. Rena metaller används sällan i konstruktioner. I praktiken är det legeringar som bär upp nästan allt från broar och bilar till smycken och mynt.
Vad betyder legering och vilka liknande ord finns?
En legering är alltså en metallblandning. Den består av en baskomponent, till exempel aluminium, bly, järn, koppar eller tenn, som man tillsätter ett eller flera legeringsämnen till. Legeringsämnena kan vara både metaller och icke-metaller. Kol i stål är ett exempel på en icke-metall som gör stor skillnad.
Synonymer till legering är bland annat:
- metallblandning och metallegering
- sammansmältning och blandning
- förening
- amalgamering och amalgam, när kvicksilver ingår i blandningen
På engelska heter legering alloy. Ordet böjs en legering, legeringen, legeringar, legeringarna, och det ingår i många sammansättningar som kopparlegering, guldlegering, aluminiumlegering och nickellegering.
Varför legerar man metaller?
Rena metaller är ofta för mjuka och saknar den styrka som behövs i verkliga tillämpningar. När man legerar ändras metallens struktur, och ofta räcker små mängder tillsatsämnen för att legeringens egenskaper ska förändras kraftigt. Det man vanligtvis vill åstadkomma är att:
- göra materialet hårdare och ge det högre hållfasthet
- öka korrosionsbeständigheten
- förbättra gjutbarheten eller anpassa materialet till en viss tillverkningsprocess
- påverka elektriska och magnetiska egenskaper
- sänka smältpunkten, till exempel för lödning
Det klassiska exemplet är rostfritt stål. Där tillförs krom till en järn-nickellegering, vilket minskar korrosionsangreppen vid vatten- och luftkontakt. Aluminium är ett annat: ren metall är mjuk, men med små mängder av andra metaller får aluminium en hållfasthet som kan jämföras med stålets.
Hur framställs en legering?
Det vanligaste sättet är att smälta ihop komponenterna. Metallerna blandas i smält form och stelnar sedan till ett enhetligt material där atomerna från de olika ämnena ligger jämnt fördelade. Därför kan en legering också betraktas som en fast lösning.
Legeringar framställs även på andra sätt:
- Pressning och sintring av pulverformiga ämnen, alltså det som kallas pulvermetallurgi.
- Mekanisk bearbetning, där materialen blandas utan att smältas helt.
Sammansmältning är ändå standardmetoden i stålverk, gjuterier och hos smältverk som tillverkar koppar- och aluminiumlegeringar.
Vanliga legeringar och vad de består av
Antalet legeringar är i princip obegränsat. Bara kopparlegeringarna är fler än 400. Tabellen visar några av de vanligaste:
| Legering | Består av | Typisk egenskap |
|---|---|---|
| Stål | Järn och kol | Stark och seg, grunden för verkstadsindustrin |
| Rostfritt stål | Järn, krom och ofta nickel | Hög korrosionsbeständighet |
| Brons | Koppar och tenn | Hårdare än koppar och lättare att smälta |
| Mässing | Koppar och zink | Lätt att bearbeta, guldaktig färg |
| Lödtenn | Tenn och bly | Låg smältpunkt |
| Amalgam | Kvicksilver och en annan metall | Fast eller flytande beroende på halten |
| Smyckeguld | Guld och koppar (ofta silver) | Hårdare än rent guld |
Brons är en av människans äldsta legeringar och har använts i tusentals år, och mässing är i dag en av de mest använda kopparlegeringarna i industrin.
Hur påverkar sammansättningen legeringens egenskaper?
Systemet tenn och bly visar tydligt vad som händer när halterna varieras. Tekniskt rent bly smälter vid 327 °C och tekniskt rent tenn vid 234 °C. Blandar man dem sjunker smältpunkten, ända tills en viss blandning ger den lägsta smälttemperaturen. Den kallas den eutektiska blandningen.
| Tenn % | Bly % | Smälttemperatur |
|---|---|---|
| 100 | 0 | 234 °C |
| 80 | 20 | 207 °C |
| 63 | 37 | 183 °C |
| 50 | 50 | 212 °C |
| 30 | 70 | 258 °C |
| 0 | 100 | 327 °C |
Vid 63 procent tenn och 37 procent bly smälter legeringen redan vid 183 °C, lägre än båda de rena metallerna. Det är därför den blandningen länge var standard för lödtenn.
Legeringar i vardagen
Utöver industrins konstruktionsmaterial möter de flesta legeringar dagligen, ofta utan att tänka på det.
Guld och silver i smycken
Rent guld är för mjukt för de flesta smycken. 18 karat guld innehåller 75 procent finguld, och resten är vanligen koppar och silver. Mer koppar ger rödguld, och byter man ut koppar mot silver går färgen mot gult och gulgrönt. Sterlingsilver innehåller 92,5 procent rent silver och resten koppar.
Mynt
Ren metall är ofta för mjuk eller för dyr för mynt. Många svenska mynt från 1900-talet består av kopparnickel med 75 procent koppar och 25 procent nickel, medan moderna 1- och 2-kronor har en kärna av stål med kopparplätering.
Så betecknas aluminiumlegeringar
Enligt Europanormen betecknas aluminiumlegeringar med fyra siffror, där den första anger huvudlegeringsämnet. En etta betyder renaluminium, en tvåa en kopparlegering och en trea en manganlegering. I verkstäder talar man därför om en “3xxx-legering”. Gjutaluminium anges i stället med fem siffror och är oftast legerat med kisel.
Vanliga missförstånd
- Mässing är inte koppar och tenn. Det är brons. Mässing är koppar och zink.
- Rostfritt stål kan rosta. Det är mer korrekt att kalla det rosttrögt, eftersom kromskiktet minskar men inte helt hindrar korrosion.
- En legering är inte alltid bara metaller. Det räcker att minst ett av grundämnena är en metall, och kol i stål är det tydligaste exemplet.