Wat is martensitisch staal?

Corrosiebestendigheid, hoge sterkte, hittebestendigheid en hygiënische eigenschappen behoren tot de vele bekende attributen van roestvast staal. Het onderscheid tussen de vijf hoofdcategorieën van roestvrij staal komt voort uit de verschillende chemische samenstelling van elk.

Image Credit: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Wat is martensitisch staal?

Martensitisch roestvrij staal is een goede keuze voor een verscheidenheid van toepassingen vanwege de duurzaamheid, sterkte en corrosiebestendigheid. De samenstelling en eigenschappen van martensitisch staal geven het voordelen ten opzichte van andere staalsoorten in diverse industriële functies.

Door zijn chemische samenstelling kunnen warmte- en verouderingsbehandelingen leiden tot martensitisch staal dat wordt gehard en versterkt. Deze behandelingen maken martensitisch staal een ideale optie bij de vervaardiging van mechanische kleppen en instrumenten, turbinedelen, medische instrumenten, en andere toepassingen en producten.

Samenstelling van martensitisch staal

Chromium is gewoonlijk goed voor 11,5-18% van de samenstelling van martensitisch staal, samen met 1,2% koolstof en nikkel. Terwijl het lagere nikkelgehalte het minder corrosiebestendig maakt in vergelijking met andere soorten roestvrij staal, resulteert het hoge percentage koolstof in het staal met een moleculaire structuur die bijzonder robuust is.

Mangaan, nikkel, en molybdeen behoren tot de andere legeringselementen in martensitisch staal.

Martensitische roestvast staal verwerking

Rapid Cooling Martensitic Steel

Type 410 roestvrij staal, 420 roestvrij staal, en 440A roestvrij staal behoren tot de meest voorkomende soorten van martensitische staalsoorten. Dit martensitic roestvrij staal reageert op thermische behandeling veel zoals legeringen van het hoge koolstofstaal. Het koolstofgehalte bepaalt de maximale uitgebluste hardheid van het roestvast staal.

Het verhitten van het staal tot hoge temperaturen, die vervolgens worden gevolgd door een snel afkoelingsproces, resulteert in verharding. De hoge hardbaarheid van martensitische legeringen betekent dat dit vaak “luchtharden” wordt genoemd.

Het materiaal wordt gewoonlijk opnieuw verhit bij lage temperaturen om de microstructuur te spanningsreliëferen, of het wordt opnieuw verhit tot iets hogere temperaturen om het materiaal te temperen (zachter te maken) om tussenliggende hardheidsniveaus te bereiken. Dit is te wijten aan de brosse structuur van het geharde martensitische materiaal.

Het verwarmen van de legering tot net onder de kritische temperatuur resulteert in procesgloeien. Daarentegen resulteert een langere afkoeling na verhitting van de legering tot net boven de kritische temperatuur in volledig uitgloeien.

Typen martensitisch staal

Het koolstofgehalte van martensitisch staal betekent dat het op zijn beurt verder kan worden onderverdeeld in twee verschillende typen.

Laag koolstofhoudend martensitisch staal

Met zijn lage koolstofgehalte van tussen 0.05% tot 0,25%, de koolstofarme versies van martensitisch staal hebben een groter potentieel voor fabricage, bieden een hogere weerstand tegen corrosie, en zijn over het algemeen sterker.

High Carbon Martensitic Steel

High Carbon martensitisch staal heeft meestal een hoger koolstofgehalte: tussen 0,61% en 1,50%. Een hoger koolstofgehalte maakt het staal sterker omdat koolstof de moleculaire structuur versterkt. Het is moeilijk om het staal te lassen of gemakkelijk in andere vormen te vormen omdat het brosser is.

Type 410 roestvrij staal

Type 410 roestvrij staal is een martensitische roestvrij staalsoort die wordt beschouwd als een martensitische voor algemeen gebruik. Het kan worden gebruikt voor de productie van zuigers en kleppen, maar ook voor bevestigingsmiddelen, veren, pennen, bestek, ijzerwaren, pistoolklemmen, micrometerdelen, turbineschoepen, pompstangen, kolenzeven, moeren en bouten, fittingen, kogellagers, waaiers en assen.

Veranderingen in het verharden en het aanmaken de warmtebehandelingen zullen verschillende niveaus van hardheid geven.

Type 410 wordt gewoonlijk geleverd in ontharde vorm, nochtans, kan Type 410 ook met een minimumhardheid van RC35 voor maten minder dan 0.040 ” worden geleverd. Een koudgewalste versie met een minimum treksterkte van 110000 psi is een andere leveringsoptie.

Type 420 Roestvrij staal

Het omvatten van een vrij brede waaier van hardheidsniveaus in zowel zijn geharde als aangemaakte vormen, heeft het Type 420 roestvrij staal een koolstofwaaier van 0.15% tot 0.45% koolstofinhoud.

Het warmte behandelen, met inbegrip van het koudwalsen met een minimumtreksterkte van 120000 psi, betekent Type 420 roestvrij staal kan op diverse koolstofniveaus worden verstrekt om aan specifieke hardheids of mechanische eigenschapseisen te voldoen

Verschillende hardheden kunnen via thermische behandelingscycli worden verkregen, die Type 420 wenselijk maken waar de aangemaakte producten voor specifieke toepassingen noodzakelijk zijn. Deze staallegering is hardbaar tussen RC40-50.

Type 420 roestvrij staal kan in een verscheidenheid van toepassingen worden gebruikt met inbegrip van bevestigingsmiddelen, bestek, chirurgische hulpmiddelen, machinedelen, vuurwapens, bussen, en klepsierstukken.

Type 440 roestvrij staal

Hoewel het beperkte vervormbaarheid in de gegloeide voorwaarde heeft, heeft het Type 440A roestvrij staal een groter verhardingsvermogen dan Type 410 of Type 420.

Beardend aan meer dan RC50, is deze rang van roestvrij staal uiterst geschikt voor het blanking in bladtoepassingen. De bladen zullen scherper en voor langer toe te schrijven aan de hoge hardheid van deze rang blijven.

Typische toepassingen omvatten:

• Lagers
• Snijgerei
• Chirurgische instrumenten

In toepassingen waar de corrosieweerstand en de hoge hardheid belangrijk zijn, wordt Type 440A ook gebruikt.

Andere martensitische kwaliteiten

Er zijn ook minder gangbare martensitische kwaliteiten op de markt met speciale eisen aan de chemische samenstelling en/of mechanische eigenschappen dan de hierboven genoemde. Nochtans, zijn de martensitische staalsoorten waarnaar het vaakst wordt verwezen Types 410, 420, en 440.

Karakteristieken van Martensitic Steel

Martensitic staal heeft veelvoudige eigenschappen (naast zijn sterkte) die het van andere types van roestvrij staal onderscheiden. Een brede waaier van toepassingen bestrijkend, worden de rangen van martensitisch roestvrij staal gebruikt voor het bestrijden van vergelijkenderwijs milde corrosieve voorwaarden of het creëren van maximumstijfheid en sterkte voor koud-gevormde delen.

Omdat zij veel van dezelfde kenmerken delen, worden de martensitic staalsoorten gegroepeerd wanneer de fabrikanten staallegeringen specificeren.

Lasbaarheid

De meeste vormen van martensitisch staal reageren niet gunstig op lassen aangezien zij typisch bros zijn. Wanneer afgeschrikt en ontlaten, is het de brosheid van martensitisch staal dat zijn toepassingen verhoogt.

Het afschrikken en het aanmaken proces impliceert het verwarmen van het metaal en dan het koelen om het snel op zijn plaats te zetten. Hoog koolstof martensitic roestvrij staal wordt over het algemeen niet geadviseerd voor gelaste toepassingen, nochtans, kan het Type 410 roestvrij met vrij gemakkelijk worden gelast.

Magnetisme

De kristalachtige moleculaire structuur kan magnetisch zijn als er ijzer in de martensitic staallegering aanwezig is. Veel soorten martensitisch staal zijn magnetisch. Dit kan metalen gemakkelijker te sorteren maken, maar het kan fabricage- en lasprocessen bemoeilijken. Martensitische staalsoorten zijn magnetisch in zowel de geharde als de gegloeide toestand.

Vormbaarheid

De mogelijkheid van een metaal om in verschillende vormen te worden gemaakt zonder te breken of te barsten wordt zijn vervormbaarheid genoemd. Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, neemt de vervormbaarheid van martensitisch staal af. Hoewel mogelijk, zijn vormen met laag koolstofgehalte niet ideaal om te vormen.

Hoge sterkte

Martensitische roestvaste staalsoorten worden vaak, maar niet altijd, gebruikt wanneer hoge mechanische eigenschappen nodig zijn. Hun graad van corrosieweerstand beperkt hun toepassing meer dan andere legeringen in de familie van het roestvrij staal.

Oppervlakkige roestvlekken kunnen vaak op hun oppervlak verschijnen. Zij kunnen in gegloeide toestand worden gebruikt wanneer slechts een beperkte corrosieweerstand of weerstand tegen afbrokkeling bij verhoogde temperatuur is vereist. Hun hoogste corrosieweerstand wordt bereikt in de geharde of getemperde toestand.

Nealed Martensitic Stainless Steel

Aangezien zij de beste vervormingseigenschappen verschaffen, worden de martensitische soorten gewoonlijk in de gegloeide toestand aan fabrikanten geleverd. Hardende warmtebehandeling over het algemeen volgt vormen operaties.

In vergelijking met de 300-serie, kan austenitische roestvast staalsoorten 410 en 420 ook worden bereikt in de koudvervormde toestand op relatief lage treksterkte levels.

Hoe is martensitisch staal anders dan andere soorten roestvrij staal?

De verschillende soorten roestvrij staal verschillen in hun chemische structuur en componenten. Deze factoren bepalen het gedrag van het staal en de mogelijke toepassingen.

Austenitisch roestvrij staal

Dit type roestvrij staal is zeer goed bestand tegen corrosie en is een van de meest gebruikte soorten roestvrij staal omdat het een hoog chroomgehalte bezit in vergelijking met andere soorten roestvrij staal. Deze staalsoorten zijn ook samengesteld uit stikstof, mangaan en nikkel.

Austenitisch staal is lasbaar (in tegenstelling tot martensitisch staal), vervormbaar, en meestal niet-magnetisch. Het is niet warmtebehandelbaar – het kan alleen worden gehard door koud werk.

Ferritisch roestvrij staal

Ferritisch staal heeft een hoog chroomgehalte en een laag koolstofgehalte. Dit betekent dat ferritisch staal niet zo sterk is als martensitisch staal (als gevolg van het lage koolstofgehalte), maar het is zeer corrosiebestendig en magnetisch.

Het meest gebruikt in keukengerei, voor de bouw van industriële machines, en in de auto-industrie, ferritische staalsoorten zijn ook niet warmtebehandelbaar. Ze worden bijna uitsluitend verwerkt in de gegloeide toestand.

Precipitaties gehard (PH) roestvrij staal

PH roestvrij staal wordt gemaakt door toevoeging van koper, molybdeen, aluminium, en titanium, hetzij door zichzelf of in een combinatie. Deze metalen kunnen drie of vier keer sterker zijn dan austenitisch staal en hebben een relatief lage taaiheid.

Dankzij zijn unieke mix van sterkte en goede vervormbaarheid, wordt PH-staal typisch gebruikt in de olie- en gas-, ruimtevaart-, en nucleaire industrie.

gehard martensitisch roestvrij staal

Martensitisch staal wordt sterker en harder na een warmtebehandeling, wat een van zijn belangrijkste voordelen is. Bij verhitting en snelle afkoeling worden de atomen een zogenaamde body-centered tetragonal, een vervormde positie die het staal harder en sterker maakt. Talrijke processen kunnen worden toegepast om martensitisch staal te harden.

Age Harden

Door het staal te verhitten om precipitaten te vormen die de beweging van defecten in de moleculaire structuur van het staal verhinderen, wordt het staal gehard. Het insluiten van deze defecten maakt het metaal harder en sterker. Na verhitting wordt het dan urenlang bij een verhoogde temperatuur opgeslagen tot het proces, dat vaak wordt gebruikt om de sterkte van het martensitische staal te verhogen, is voltooid.

Gloeien

Gloeien houdt in dat staal wordt verhit om de moleculaire structuur van het staal homogener te maken en spanningen weg te nemen. Dit resulteert in zachter staal dat gemakkelijker te bewerken is.

Kuiken en Temperen

Kuiken en Temperen is een proces dat staal verhardt door het te verhitten, snel af te koelen, en dan het metaal opnieuw te verhitten. Het metaal is hard maar zeer bros na de eerste verhitting en afkoeling, maar de tweede verhitting is bedoeld om het staal terug te brengen naar een temperatuur waarbij het vervormbaar is.

Samenvatting

Er zijn verschillende soorten en kwaliteiten roestvrij staal die in vijf hoofdcategorieën passen. De vele onderscheidende kenmerken van roestvrij staal maken het ideaal voor een breed scala van verschillende toepassingen. Martensitic roestvrij staal is veelzijdig staal dat vele praktische toepassingen in diverse industrieën heeft.

Martensitic roestvrij staal is zeer ontvankelijk voor meerdere vormen van warmtebehandeling die de hardheid, sterkte en corrosiebestendigheid kan verhogen. Martensitische roestvrij staal sterkte en corrosiebestendigheid zijn ideaal voor mariene, industriële en medische toepassingen, terwijl de veelzijdigheid kan maken het de oplossing voor een aantal problemen.

Deze informatie is afkomstig, beoordeeld en aangepast van materialen die door Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Voor meer informatie over deze bron kunt u terecht bij Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

Citaties