Was ist martensitischer Stahl?

Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Hygieneeigenschaften gehören zu den vielen bekannten Eigenschaften von Edelstahl. Die Unterscheidung zwischen den fünf Hauptkategorien von rostfreiem Stahl ergibt sich aus der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung der einzelnen Stähle.

Bildnachweis: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Was ist martensitischer Stahl?

Martensitischer rostfreier Stahl ist aufgrund seiner Haltbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit eine gute Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften von martensitischem Stahl verschaffen ihm Vorteile gegenüber anderen Stahlsorten in verschiedenen industriellen Funktionen.

Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung können Wärme- und Alterungsbehandlungen dazu führen, dass martensitischer Stahl gehärtet und verstärkt wird. Diese Behandlungen machen martensitischen Stahl zu einer idealen Wahl bei der Herstellung von mechanischen Ventilen und Instrumenten, Turbinenteilen, medizinischen Instrumenten und anderen Anwendungen und Produkten.

Zusammensetzung von martensitischem Stahl

Chrom macht in der Regel 11,5-18% der Zusammensetzung von martensitischem Stahl aus, zusammen mit 1,2% Kohlenstoff und Nickel. Während der niedrigere Nickelgehalt ihn im Vergleich zu anderen Arten von rostfreiem Stahl weniger korrosionsbeständig macht, führt der hohe Anteil an Kohlenstoff dazu, dass der Stahl eine besonders robuste Molekularstruktur aufweist.

Mangan, Nickel und Molybdän gehören zu den anderen Legierungselementen in martensitischem Stahl.

Verarbeitung martensitischer Edelstähle

Schnell abkühlende martensitische Stähle

Edelstahl vom Typ 410, 420 und 440A gehören zu den häufigsten martensitischen Stählen. Diese martensitischen nichtrostenden Stähle reagieren auf die Wärmebehandlung ähnlich wie Stahllegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt. Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die maximale Abschreckhärte des nichtrostenden Stahls.

Durch Erhitzen des Stahls auf hohe Temperaturen und anschließendes schnelles Abkühlen wird eine Härtung erreicht. Aufgrund der hohen Härtbarkeit martensitischer Legierungen wird dieser Vorgang oft als „Lufthärtung“ bezeichnet.

Das Material wird in der Regel bei niedrigen Temperaturen wiedererwärmt, um das Gefüge zu entspannen, oder es wird auf etwas höhere Temperaturen erwärmt, um das Material anzulassen (zu erweichen), um Zwischenhärtegrade zu erreichen. Dies ist auf die spröde Struktur des gehärteten martensitischen Materials zurückzuführen.

Das Erhitzen der Legierung bis knapp unter ihre kritische Temperatur führt zu einem Prozessglühen. Im Gegensatz dazu führt eine längere Abkühlung nach dem Erhitzen der Legierung bis knapp über die kritische Temperatur zu einer Vollglühung.

Arten von martensitischem Stahl

Der Kohlenstoffgehalt von martensitischem Stahl bedeutet, dass er wiederum in zwei verschiedene Arten unterteilt werden kann.

Martensitischer Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt

Mit seinem niedrigen Kohlenstoffgehalt zwischen 0.05% bis 0,25% haben martensitische Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ein größeres Potenzial für die Herstellung, bieten eine höhere Korrosionsbeständigkeit und sind im Allgemeinen fester.

Martensitischer Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt

Martensitischer Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt hat normalerweise einen höheren Kohlenstoffgehalt: zwischen 0,61% und 1,50%. Ein höherer Kohlenstoffgehalt macht den Stahl fester, da der Kohlenstoff die Molekularstruktur verstärkt. Da der Stahl spröder ist, lässt er sich nur schwer schweißen oder in andere Formen bringen.

Edelstahl der Sorte 410

Edelstahl der Sorte 410 ist eine martensitische Edelstahlsorte, die als martensitischer Allzweckstahl gilt. Er kann für die Herstellung von Kolben und Ventilen sowie von Befestigungselementen, Federn, Stiften, Besteck, Eisenwaren, Gewehrklammern, Mikrometerteilen, Turbinenschaufeln, Pumpenstangen, Kohlensieben, Muttern und Schrauben, Armaturen, Kugellagern, Laufrädern und Wellen verwendet werden.

Änderungen in der Härte- und Anlaßwärmebehandlung führen zu unterschiedlichen Härtegraden.

Typ 410 wird normalerweise in geglühter Form geliefert, jedoch kann Typ 410 auch mit einer Mindesthärte von RC35 für Dicken unter 0,040″ geliefert werden. Eine kaltgewalzte Version mit einer Mindestzugfestigkeit von 110000 psi ist eine weitere Lieferoption.

Edelstahl des Typs 420

Der rostfreie Stahl des Typs 420 deckt sowohl in seiner gehärteten als auch in seiner angelassenen Form einen ziemlich breiten Härtebereich ab und hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,15% bis 0,45%.

Wärmebehandlung, einschließlich Kaltwalzen mit einer Mindestzugfestigkeit von 120000 psi, bedeutet, dass nichtrostender Stahl des Typs 420 mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten geliefert werden kann, um bestimmte Anforderungen an die Härte oder die mechanischen Eigenschaften zu erfüllen

Durch Wärmebehandlungszyklen können verschiedene Härten erzielt werden, was den Typ 420 dort wünschenswert macht, wo anlassbezogene Produkte für bestimmte Anwendungen erforderlich sind. Diese Stahllegierung kann auf RC40-50 gehärtet werden.

Edelstahl des Typs 420 kann für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, darunter Befestigungselemente, Besteck, chirurgische Werkzeuge, Maschinenteile, Schusswaffen, Buchsen und Ventilverkleidungen.

Edelstahl des Typs 440

Trotz seiner eingeschränkten Verformbarkeit im geglühten Zustand ist der Edelstahl des Typs 440A besser härtbar als die Typen 410 und 420.

Da er auf über RC50 härtbar ist, eignet sich diese Edelstahlsorte hervorragend zum Schneiden von Klingen. Aufgrund der hohen Härte dieser Sorte bleiben die Klingen schärfer und länger scharf.

Typische Anwendungen sind:

• Lager
• Besteck
• Chirurgische Instrumente

In Anwendungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit und hohe Härte wichtig sind, wird auch Typ 440A verwendet.

Andere martensitische Güten

Auch weniger verbreitete martensitische Güten mit besonderen Anforderungen an die chemische Zusammensetzung und/oder die mechanischen Eigenschaften als die oben genannten sind auf dem Markt erhältlich. Die am häufigsten genannten martensitischen Stähle sind jedoch die Typen 410, 420 und 440.

Martensitischer Stahl

Martensitischer Stahl hat mehrere Eigenschaften (neben seiner Festigkeit), die ihn von anderen Arten von nichtrostendem Stahl unterscheiden. Martensitische nichtrostende Stähle decken ein breites Anwendungsspektrum ab und werden verwendet, um vergleichsweise milde Korrosionsbedingungen zu bekämpfen oder maximale Steifigkeit und Festigkeit für kaltgeformte Teile zu erreichen.

Da sie viele der gleichen Eigenschaften aufweisen, werden martensitische Stahlsorten in Gruppen zusammengefasst, wenn Hersteller Stahllegierungen spezifizieren.

Schweißbarkeit

Die meisten martensitischen Stahlsorten lassen sich nicht schweißen, da sie typischerweise spröde sind. Beim Vergüten ist es die Sprödigkeit des martensitischen Stahls, die seine Anwendungsmöglichkeiten erhöht.

Beim Vergüten wird das Metall erhitzt und dann abgekühlt, um es schnell zu verfestigen. Martensitische rostfreie Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt werden im Allgemeinen nicht für Schweißanwendungen empfohlen, jedoch kann rostfreier Stahl vom Typ 410 relativ leicht geschweißt werden.

Magnetismus

Die kristallartige Molekularstruktur kann magnetisch sein, wenn Eisen in der martensitischen Stahllegierung vorhanden ist. Viele Arten von martensitischem Stahl sind magnetisch. Dies kann die Sortierung von Metallen erleichtern, aber auch die Verarbeitung und das Schweißen erschweren. Martensitische Stähle sind sowohl im gehärteten als auch im geglühten Zustand magnetisch.

Formbarkeit

Die Fähigkeit eines Metalls, in verschiedene Formen gebracht zu werden, ohne zu brechen oder zu reißen, wird als Formbarkeit bezeichnet. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Verformbarkeit von martensitischem Stahl ab. Formen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind zwar möglich, aber nicht ideal für die Formgebung.

Hohe Festigkeit

Martensitische nichtrostende Stähle werden häufig, wenn auch nicht immer, verwendet, wenn hohe mechanische Eigenschaften erforderlich sind. Ihre Korrosionsbeständigkeit schränkt ihre Anwendung stärker ein als die anderer Legierungen aus der Familie der nichtrostenden Stähle.

Oberflächliche Rostflecken können häufig auf ihren Oberflächen auftreten. Sie können im geglühten Zustand verwendet werden, wenn nur eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit oder Beständigkeit gegen Verzunderung bei höheren Temperaturen erforderlich ist. Die höchste Korrosionsbeständigkeit wird im gehärteten oder angelassenen Zustand erreicht.

Geglühter martensitischer Edelstahl

Da sie die besten Umformungseigenschaften aufweisen, werden die martensitischen Güten gewöhnlich im geglühten Zustand an die Hersteller geliefert. Die Wärmebehandlung zum Härten erfolgt in der Regel im Anschluss an die Umformung.

Im Vergleich zur Serie 300 können die austenitischen nichtrostenden Stähle 410 und 420 auch im kaltverformten Zustand mit relativ geringen Zugfestigkeiten hergestellt werden.

Wie unterscheidet sich martensitischer Stahl von anderen Arten nichtrostender Stähle?

Die verschiedenen Arten nichtrostender Stähle unterscheiden sich durch ihre chemische Struktur und ihre Bestandteile. Diese Faktoren bestimmen das Verhalten des Stahls und seine Anwendungsmöglichkeiten.

Austenitischer Edelstahl

Diese Art von Edelstahl ist sehr korrosionsbeständig und gehört zu den am häufigsten verwendeten Arten von Edelstahl, da er im Vergleich zu anderen Edelstahlarten einen hohen Chromgehalt aufweist. Diese Stähle enthalten auch Stickstoff, Mangan und Nickel.

Austenitischer Stahl ist schweißbar (im Gegensatz zu martensitischem Stahl), formbar und in der Regel nicht magnetisch. Er ist nicht wärmebehandelbar – er kann nur durch Kaltbearbeitung gehärtet werden.

Ferritischer Edelstahl

Ferritischer Stahl hat einen hohen Chrom- und einen niedrigen Kohlenstoffgehalt. Das bedeutet, dass ferritischer Stahl nicht so fest ist wie martensitischer Stahl (aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts), aber er ist sehr korrosionsbeständig und magnetisch.

Ferritische Stähle, die am häufigsten für Küchengeräte, den Bau von Industriemaschinen und in der Automobilindustrie verwendet werden, sind ebenfalls nicht wärmebehandelbar. Sie werden fast ausschließlich im geglühten Zustand verarbeitet.

Ausscheidungsgehärteter (PH) Edelstahl

PH-Edelstahl wird durch Zugabe von Kupfer, Molybdän, Aluminium und Titan hergestellt, entweder einzeln oder in beliebiger Kombination. Diese Metalle können drei- bis viermal stärker sein als austenitischer Stahl und haben eine relativ geringe Zähigkeit.

Dank seiner einzigartigen Mischung aus Festigkeit und guter Formbarkeit wird PH-Stahl in der Regel in der Öl- und Gas-, Luft- und Raumfahrt- sowie in der Nuklearindustrie verwendet.

Gehärteter martensitischer Edelstahl

Martensitischer Stahl wird nach der Wärmebehandlung fester und härter, was zu seinen Hauptvorteilen zählt. Beim Erhitzen und schnellen Abkühlen werden die Atome tetragonal zentriert, eine verzerrte Position, die den Stahl härter und fester macht. Zum Härten von martensitischem Stahl können zahlreiche Verfahren angewandt werden.

Altershärten

Durch Erhitzen wird der Stahl gehärtet, um Ausscheidungen zu bilden, die die Bewegung von Fehlern in der Molekularstruktur des Stahls verhindern. Der Einschluss dieser Defekte macht das Metall härter und fester. Nach dem Erhitzen wird der Stahl stundenlang bei erhöhter Temperatur gelagert, bis der Prozess, der oft zur Erhöhung der Festigkeit des martensitischen Stahls eingesetzt wird, abgeschlossen ist.

Glühen

Beim Glühen wird der Stahl erhitzt, um seine Molekularstruktur homogener zu machen und Spannungen abzubauen. Das Ergebnis ist weicherer Stahl, der sich leichter bearbeiten lässt.

Vergüten

Beim Vergüten wird Stahl durch Erhitzen, schnelles Abkühlen und erneutes Erhitzen gehärtet. Das Metall ist nach dem ersten Erhitzen und Abkühlen hart, aber sehr spröde, aber das zweite Erhitzen soll den Stahl wieder auf eine Temperatur bringen, bei der er verformbar ist.

Zusammenfassung

Es gibt mehrere Arten und Sorten von rostfreiem Stahl, die sich in fünf Hauptkategorien einteilen lassen. Die vielen besonderen Eigenschaften von rostfreiem Stahl machen ihn zu einem idealen Werkstoff für eine breite Palette von Anwendungen. Martensitischer rostfreier Stahl ist ein vielseitiger Stahl, der in verschiedenen Industriezweigen Verwendung findet.

Martensitischer rostfreier Stahl reagiert sehr gut auf verschiedene Formen der Wärmebehandlung, die Härte, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöhen können. Die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von martensitischem Edelstahl sind ideal für Anwendungen in der Schifffahrt, der Industrie und der Medizin, während seine Vielseitigkeit ihn zur Lösung einer Reihe von Problemen machen kann.

Diese Informationen wurden aus Materialien entnommen, überprüft und angepasst, die von Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

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