Vanadium

Den Begriff Vanadium kennen Sie möglicherweise bereits. Beispielsweise wenn Sie eine Zange wie in Abb. 1a in Ihrem Werkzeugkasten haben. Auf dieser Zange können wir „Vanadin“ lesen. Es ist die verwandte (aber veraltete) Form vom „Vanadium“, dem Namen des 23. chemischen Elements. Warum ausgerechnet mit diesem Wort das Werkzeug versehen wurde, wird noch geklärt.

                                  Abb. 1 Zange aus Chrom-Vanadium-Stahl                   Abb. 2 Vanadinit auf Muttergestein
Vanadium wurde 1831 von dem Schweden Nils Sefström entdeckt, der ihm den Namen gab, unter dem wir es heute kennen. Übrigens war es der berühmte Chemiker Jacob Berzelius, der den Namen gewählt haben soll, nach Vanadis, dem Beinamen der nordischen Schönheits- und Fruchtbarkeitsgöttin Freyja. Die Anregung war wohl das schöne, farbenprächtige Aussehen zahlreicher Vanadium-Verbindungen. Ein Beispiel dafür sind kräftig blaue Kristalle von Vanadylsulfat einer der gebräuchlichsten Quellen von Vanadium im Labor. Auch Vanadium-Erze sind farbig, was in Abb. 1b zu sehen ist. Die grüne Farbe einiger Smaragde rührt von einer Vanadium-Verunreinigung. Interessanterweise enthalten Manteltiere ungewöhnliche Mengen des Elements und können dadurch ihre Individualität in vielen Farben ausdrücken.
Die Darstellung von Vanadium gelangt erstmal 1869 dem britischen Chemiker Henry E. Roscoe durch Reduktion des Chlorids mit Wasserstoff. Vanadium ist ein stahlgraues, gewöhnlich hartes und sprödes Metall. Reinstes Vanadium lässt sich jedoch leicht dehnen und hämmern. Es ist an der Luft beständig, nur wenige Säuren und das Königswasser greifen es an.
Das Metall ist in kleinen Mengen sehr verbreitet, findet sich chemisch gebunden z. B. in den meisten Bauxiten. Seine Herstellung erfolgt heute aluminothermisch aus Vanadium-Oxid, das aus Erzen oder vanadiumhaltigen Schlacken gewonnen wird. Unter aluminothermischen Verfahren verstehen wir die Umsetzung verschiedener Metalloxide mit Aluminium unter Bildung von reinen Metallen und Aluminiumoxid.
Vanadium gehört zwar zur Gruppe der Nicht-Eisen-(NE)-Metalle, seinen größten Einsatz findet es doch bei Stählen d. h. bei Eisen-Legierungen. Fast 85 % allen Vanadiums gehen in die Veredelung von Stahl. Deswegen wird es zumeist in Form von Ferrovanadium angeboten, das dem Stahl vor dem Vergießen beigemengt wird. Diese Vanadium-Eisen-Legierung enthält etwa 30% Vanadium, viel mehr als das Endprodukt. Im Gegensatz zu reinem Vanadium schmilzt sie leicht, wenn sie dem flüssigen Stahl hinzugefügt wird.
Obwohl ihm die Bekanntheit z. B. von Titan fehlt, wird die Bezeichnung Vanadium (bzw. Vanadin) häufig zur Vermarktung von Werkzeugen verwendet, um für deren Qualität zu werben. Anders als bei Titan kann man aber ziemlich sicher sein, dass diese Werkzeuge tatsächlich aus einem Vanadium-Stahl bestehen.
Damit sind wir wieder beim der anfangs erwähnten Zange, aus einem Chrom-Vanadium-Stahl hergestellt wurde. Dabei handelt es sich um legierte Kaltarbeitsstähle, die 0,2 bis 2,9 % Kohlenstoff besitzen können. Sie sind damit gut härtbar und stellen ausreichend Kohlenstoff für die Karbidbildung zur Verfügung. Durch karbidbildende Elemente wie Vanadium sowie auch Molybdän, Wolfram und Chrom bilden sich sehr harte und thermisch stabile Karbide, die zu einer deutlichen Verbesserung der Verschleißbeständigkeit führen. Als Beispiel nennen wir den Stahl mit dem Kurznamen 90MnCrV8 und der Werkstoffnummer 1.2842. Er enthält 0,9% Kohlenstoff, 2% Mangan, 0,4% Chrom und nur 0,1% Vanadium. Jedoch sogar diese geringe Menge beeinflusst positiv die Eigenschaften des Stahls. Werkzeuge aus den Chrom-Vanadium-Stählen werden geschmiedet, in Öl gehärtet und ihre Oberfläche wird schwarz atramentiert oder brüniert. Ausschlaggebend für die gewünschte Härte und Elastizität ist jedoch vor allem die Vergütung des Stahls durch Härten und anschließendes Anlassen.                                                                                                                        Zu den Stählen die immer Vanadium enthalten gehören Schnellarbeitsstähle, die sich durch ihre besondere Härte und Verschleißbeständigkeit auszeichnen. Und diese Eigenschaften verdanken sie u.a. einigen wenigen Prozent Vanadium in Form seines Karbids. Über Kaltarbeitsstähle und Schnellarbeitsstähle können Sie sich zusätzlich unter unserem Link Werkzeugstähle informieren.
Obwohl mit Schneidwerkzeugen aus Hartmetallen (->Hartmetalle) mit Wolframkarbid mittlerweile eine noch härtere Alternative zur Verfügung steht, haben harte Stähle mit Vanadium weiterhin einen festen Platz in der Technik.<<