Die Legierung macht den Stahl – wichtige Legierungselemente im Überblick 

Neben Kohlenstoff enthält jeder unlegierte Stahl Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel, welcher bei der Stahlherstellung unbeabsichtigt hinzukommt. Durch bewussten Zusatz von weiteren Legierungselementen wie Mangan und Silizium wird die besondere Wirkung erzielt. Erst dann wird der Stahl zu einem legierten Werkzeugstahl. Der Korrosionswiderstand gegenüber Wasser und Säuren wird durch Kohlenstoff nicht beeinflusst.

CHROM (Cr)  
Schmelzpunkt 1920°C  

Chrom bildet harte Karbide, wodurch die Verschleißfestigkeit und Schnitthaltigkeit erheblich vergrößert wird. Gleichzeitig stimuliert es in hohem Maße die Durchhärtung. Durch Chrom wird Stahl Öl- bzw. Lufthärtbar. Die Zugfestigkeit steigt pro 1% Chrom um 80-100 N/mm2. Die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit werden verringert.  
Ab einem Mindestgehalt von 13% wird Stahl korrosionsbeständig. Chrom ist ferner notwendig um größere Abmessungen bis zum Kern vergüten zu können. 

VANADIUM (V)  
Schmelzpunkt 1726°C  

Vanadium ist ebenfalls ein starker Karbidbilder. Vanadium bindet Stickstoff und hat einen verfeinernden Einfluss auf die Kristalle. Stahl hat dadurch eine feinkörnige Gussstruktur. Durch die harten Karbide erhöht sich die Warmfestigkeit, der Verschleißwiderstand und die Anlassbeständigkeit. Vanadium wird daher Warmarbeitsstahl, Schnellarbeitsstählen und hochwarmfesten Stählen hinzulegiert. Bei Federstählen erhöht sich die Elastizitätsgrenze. Vanadium macht den Stahl unempfindlich gegen Schläge und Überhitzung. 

WOLFRAM (W)   
Schmelzpunkt 3380°C  

Wolfram bildet sehr schneidkräftige, harte Karbide und verursacht zugleich eine hohe Warmhärte. Die Zugfestigkeit, Streckgrenze, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit werden durch Wolfram erhöht. Wolfram wird daher oft bei Warmarbeitsstählen und Schnellarbeitsstählen verwendet. Bei wolframlegiertem Stahl vermag Molybdän bis zu einem gewissen Grad Wolfram zu ersetzen. Die Wärmeleitfähigkeit wird dadurch größer, was eine geringere Empfindlichkeit für starke Temperaturschwankungen bewirkt (sog. thermische Ermüdung).

MOLYBDÄN (Mo) 
Schmelzpunkt 2622°C  

Molybdän wird meist zusammen mit anderen Legierungselementen verwendet. Es wirkt wie Chrom, jedoch intensiver. In Verbindung mit Chrom entsteht eine höhere Warmhärte. Zum Beispiel die Werkstoffe 1.2343 und 1.2344.  Molybdän verbessert durch Herabsetzen der Abkühlgeschwindigkeit die Härtbarkeit. Es fordert die Feinkornbildung und verringert die Anlasssprödigkeit bei Chrom- Nickel-Stählen. In Verbindung mit Chrom und Nickel erhöht sich die Zugfestigkeit. Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit und senkt die Lochfraß-Anfälligkeit. 

MANGAN (Mn)  
Schmelzpunkt 1221°C  

Mangan desoxydiert. Es bindet Schwefel als Mangan-Sulfide und verringert dadurch den ungünstigen Einfluss des Eisen-Sulfides. In geringen Mengen ist es in allen Stahlsorten vorhanden um das Gießen, Walzen und Schmieden zu erleichtern. Zum Legierungselement wird es erst bei über 0,5%. Dann erhöht es die Durchhärtung, die Festigkeit und die Streckgrenze. Es wirkt sich ferner günstig auf die Schweißbarkeit aus. Bei bereits geringen Mengen Mangan wird die Abkühlgeschwindigkeit vermindert. Ab 1% Mangan können Stähle in Öl gehärtet werden.  

NICKEL (Ni)  
Schmelzpunkt 1453°C  

Nickel macht Kaltarbeitsstahlsorten zäher und ist in Maschinenbaustählen in Verbindung mit Chrom und Molybdän enthalten, um die Festigkeitseigenschaften zu verbessern. Es erhöht die Kerbzähigkeit und die Streckgrenze. Nickel wird auch in Einsatz- und Vergütungsstählen verwendet. Stähle mit hohem Nickelgehalt sind austenitisch und setzen die Temperatur der Gamma-Alpha-Umwandlung stark herab. Nickellegierte Stähle werden wegen Ihrer guten Festigkeitseigenschaften meist als Baustähle verwendet.  

Silicium (Si)  
Schmelzpunkt 1414°C  

Silicium ist ebenfalls in allen Stahlsorten vorhanden, um das Verarbeiten im Stahlwerk zu erleichtern. Ebenso wie Mangan gilt es erst bei über 0,5% als Legierungselement. Es hat einen günstigen Einfluss auf die Elastizität, die Dichte und auf die Biegefestigkeit. Ebenso wird die Verschleißfestigkeit, die Zunderbeständigkeit sowie die Säurebeständigkeit erhöht. 
Es erhöht die Streckgrenze und verbessert die Durchhärteeigenschaften. Als Baustahlqualitäten werden derartige Legierungen auf ca. 45Hrc vergütet und als Blattfederstähle verwendet.  

KOBALT (Co)  
Schmelzpunkt 1492°C  

Kobalt wird als Legierungselement nur in Verbindung mit anderen Elementen wie Chrom und Wolfram verwendet. Es erhöht die Warmhärte und 
die Verschleißfestigkeit bei Schnellarbeitsstählen. Kobalt bildet keine Karbide und hemmt das Kornwachstum bei höheren Temperaturen. 
Es wird als Legierungsbasis für hochwertige Dauermagnetstähle und in Hartmetall benutzt. Kobalt ist in festem Zustand in allen Verhältnissen in Eisen löslich und bildet ebenso wie Nickel keine Karbide. Bei 12% Chromstählen wird durch Kobalt eine Leistungssteigerung erreicht.