Legieren bezeichnet das gezielte Einbringen von einem oder mehreren Legierungselementen in eine metallische Basis (z. B. Fe, Al, Ti), um die Eigenschaften des Werkstoffs kontrolliert zu verändern. Das Ergebnis ist eine Legierung mit definierter chemischer Zusammensetzung, Phasenbalance und Mikrostruktur.

Auf atomarer Ebene beruht Legieren auf der Bildung von Mischkristallen (Substitutions- oder Einlagerungslösungen) und intermetallischen Phasen. Die thermodynamische Triebkraft wird durch Phasendiagramme beschrieben; Diffusionskinetik und Erstarrungsbedingungen bestimmen die reale Mikrostruktur. Typische Ziele sind Festigkeitssteigerung (z. B. durch Ausscheidungshärtung in Al-Cu-Systemen), Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit (z. B. Cr in Stählen), Duktilitätsanpassung oder maßgeschneiderte physikalische Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, Wärmeausdehnung).

Technologisch umfasst Legieren konventionelle Schmelzmetallurgie (Zugabe von Elementen wie Ca, Al oder Cu zur Schmelze), in-situ-Legierung (Bildung der Legierung während der Synthese, z. B. bei Guss oder Additiver Fertigung) sowie mechanisches Legieren (mechanische Energie, z. B. Kugelmahlen, zur Herstellung übersättigter fester Lösungen oder ODS-Legierungen). Begleitelemente und Verunreinigungen müssen dabei streng kontrolliert werden, da sie Ausscheidungskinetik, Korngrenzenchemie und Rissanfälligkeit beeinflussen.

Legierungsanpassung ist ein iterativer Optimierungsprozess, der Werkstoffkonzept, Herstellroute und Einsatzbedingungen koppelt. Moderne Ansätze kombinieren Thermodynamik‑Datenbanken, CALPHAD‑Modellierung und Hochdurchsatz-Experimente, um komplexe, mehrkomponentige Legierungssysteme rational zu entwerfen.