Rostfreier Stahl ist ein beliebtes metallisches Material, das in vielen Bereichen eingesetzt wird. CNC-Prototyping. Es gibt verschiedene Arten: austenitisch, martensitisch, ferritisch und andere. Jede von ihnen bietet einzigartige Eigenschaften wie Korrosionsbest?ndigkeit und hohe Festigkeit. Die Kenntnis der verschiedenen Typen und ihrer Unterschiede ist entscheidend für die Wahl des richtigen Typs für verschiedene Anwendungen.

Mikrostruktur von Stahl

Eisen ist das Grundelement von Stahl. In seinem festen Zustand weist Eisen zwei Kristallstrukturen auf. Die eine ist die kubisch-raumzentrierte Struktur (BCC), die in zwei Temperaturbereichen existiert. Sie wird als α-Eisen bezeichnet, wenn sie unter 912 °C vorliegt, und als δ-Fe, wenn sie über 1394 °C liegt. Die andere ist die kubisch-fl?chenzentrierte Struktur (FCC), die zwischen 912 °C und 1394 °C vorkommt und als γ-Fe bezeichnet wird.

Kohlenstoff ist ein weiteres wichtiges Element in Stahl und spielt eine entscheidende Rolle für dessen Mikrostruktur und Eigenschaften. Im Allgemeinen nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt die Festigkeit des Stahls zu, w?hrend seine Plastizit?t abnimmt. Kohlenstoff kommt im Stahl haupts?chlich in zwei Formen vor: zum einen in Eisen gel?st, das eine feste L?sung bildet, und zum anderen als Eisenkarbid, bekannt als Zementit (FE3C), das hart und spr?de ist.

Wenn sich Kohlenstoff in δ-Fe aufl?st, wird es Ferrit genannt und beh?lt die kubisch-raumzentrierte Struktur bei. Wenn sich Kohlenstoff in γ-Fe aufl?st, wird es Austenit genannt und beh?lt die kubisch-fl?chenzentrierte Struktur.

Was ist austenitischer rostfreier Stahl?

Bei Raumtemperatur existiert Austenit nicht unabh?ngig, und der Austenit-Phasenbereich ist klein. Durch die Zugabe bestimmter metallischer Elemente zum Stahl kann der Austenit-Phasenbereich jedoch erweitert werden, wodurch der Austenit bei Raumtemperatur stabil wird und eine austenitische Stahllegierung entsteht.

Austenitischer rostfreier Stahl ist eine Legierung, die durch Hinzufügen von 17%-25% Chrom und 8%-25% Nickel zu Kohlenstoffstahl entsteht. Sehen wir uns nun an, was rostfreier Stahl ist. Nichtrostender Stahl ist eine Stahlsorte, die ihre Korrosionsbest?ndigkeit durch die Zugabe von Elementen erh?lt, wobei das typische Merkmal ist, dass sie mindestens 10,5% Chrom enth?lt. Austenitische Stahllegierungen sind eine Kategorie von rostfreiem Stahl.

Warum ist austenitischer rostfreier Stahl korrosionsbest?ndig? Durch den Zusatz von Nickel weist der Stahl bei Raumtemperatur eine austenitische Struktur auf, wodurch die Anzahl der aufgrund von Unterschieden im Mikrogefüge gebildeten Korrosionszellen verringert und die Korrosionsbest?ndigkeit erh?ht wird. Durch den Zusatz von Chrom bildet sich eine dichte Chromoxidschicht auf der Stahloberfl?che, die den Stahl weniger anf?llig für Rost macht. Ein typisches Beispiel für austenitischen SUS ist rostfreier Stahl 18-8das ist eine Legierung mit mindestens 18% Chrom und mindestens 8% Nickel.

Die nachstehende Mindmap zeigt die Güteklassen von nichtrostendem Austenitstahl.

Eigenschaften von rostfreiem austenitischem Stahl

Nicht-magnetisch. Austenitischer rostfreier Stahl ist bei Raumtemperatur unmagnetisch und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen starke magnetische St?rungen auftreten.

Ausgezeichnete Korrosionsbest?ndigkeit. Austenitischer nichtrostender Stahl verfügt über ein abgerundetes Eigenschaftsspektrum, insbesondere über eine hervorragende Best?ndigkeit gegen oxidierende S?uren. Er kann der Korrosion durch Schwefels?ure, Phosphors?ure, Ameisens?ure, Essigs?ure und Harnstoff widerstehen.

Gute Schwei?eignung. Der hohe Nickelgehalt in austenitischem nichtrostendem Stahl tr?gt zur Stabilit?t und Duktilit?t beim Schwei?en bei. Nickel tr?gt dazu bei, die Bildung spr?der Phasen zu verhindern und verbessert die F?higkeit des Werkstoffs, thermische Ausdehnungsspannungen ohne Rissbildung zu absorbieren.

Was ist martensitischer rostfreier Stahl?

Martensit ist eine übers?ttigte feste L?sung von Kohlenstoff in α-Fe. Wenn Stahl auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, um Austenit zu bilden, und dann schnell abgeschreckt wird, entsteht ein sehr hartes kristallines Gefüge, das als Martensit bekannt ist. Die Umwandlung beginnt, wenn der Austenit die Starttemperatur für die martensitische Umwandlung (Ms) erreicht, und dauert an, bis er unter die Umwandlungstemperatur (Mt) f?llt. Im Allgemeinen gilt: Je h?her der Prozentsatz der Umwandlung in Martensit, desto h?her ist die Festigkeit des resultierenden martensitischen Stahls.

Martensitischer nichtrostender Stahl hat eine tetragonale (BCT) Kristallstruktur mit K?rperschwerpunkt. Sein Hauptbestandteil ist Chrom (10,5%-18%), aber diese Art von rostfreiem Stahl enth?lt h?here Mengen an Kohlenstoff, und seine mechanischen Eigenschaften k?nnen durch W?rmebehandlungsverfahren wie Abschrecken und Anlassen angepasst werden. Martensitischer rostfreier Stahl wird in martensitischen Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (0,05-0,25% Kohlenstoff) und martensitischen Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (0,61-1,20% Kohlenstoff) unterteilt. Martensitischer Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bietet eine bessere Korrosionsbest?ndigkeit, w?hrend martensitischer Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt eine h?here Festigkeit aufweist, aber spr?der ist.

Die folgende Mindmap veranschaulicht die wichtigsten Legierungssorten von martensitischem nichtrostendem Stahl.

Eigenschaften von martensitischem rostfreiem Stahl

Magnetismus. Viele Arten von martensitischem Stahl sind magnetisch. Dies ist auf den Eisengehalt zurückzuführen, der der kristallinen Molekularstruktur magnetische Eigenschaften verleiht. Der Magnetismus erleichtert zwar die Klassifizierung des Metalls, erschwert aber das Schwei?en und andere Fertigungsverfahren. Martensitischer Stahl bleibt magnetisch, egal ob im geglühten oder geh?rteten Zustand.

Hohe Festigkeit. Die H?rte h?ngt in erster Linie vom Kohlenstoffgehalt im Martensit ab. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt auch die H?rte zu und erreicht nach dem Abschrecken nahezu den H?chstwert, wenn der Kohlenstoffgehalt etwa 0,6% betr?gt.

Schlechte Korrosionsbest?ndigkeit. Das liegt daran, dass martensitischer nicht rostender Stahl einen geringeren Anteil an Chrom und Nickel enth?lt. Obwohl er korrosionsbest?ndig ist, ist martensitischer Edelstahl in rauen Umgebungen weniger widerstandsf?hig als sein austenitisches Gegenstück.

Einstellbar durch W?rmebehandlung. Durch Abschrecken kann die H?rte erh?ht werden, w?hrend das Anlassen die Spr?digkeit verringert und die Z?higkeit erh?ht. Durch die Steuerung von Temperatur und Dauer der W?rmebehandlung k?nnen die Hersteller die Festigkeit, H?rte und Z?higkeit des Stahls anpassen.

Was ist ferritischer rostfreier Stahl?

Wenn sich Kohlenstoff in δ-Fe aufl?st, nennt man es Ferrit. Es hat eine kubisch-raumzentrierte Struktur. Seine Kohlenstoffl?slichkeit ist sehr gering, nur 0,0008% bei Raumtemperatur, und die maximale Kohlenstoffl?slichkeit betr?gt 0,02% bei 727 °C.

Ferritischer rostfreier Stahl hat eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur (BCC). Er hat einen hohen Chromgehalt, der von 11% bis 27% reicht, enth?lt aber wenig oder kein Nickel und einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (etwa 0,03%).

Die folgende Mindmap veranschaulicht die wichtigsten Legierungssorten von ferritischem nichtrostendem Stahl.

Eigenschaften von ferritischem rostfreiem Stahl

Magnetisch. Unter den Legierungszusammensetzungen ist Chrom (Cr) die Komponente, die den nichtrostenden Stahl magnetisch macht. Im Gegensatz dazu hemmt Nickel (Ni) die Entstehung dieses Magnetismus. Ferritischer nichtrostender Stahl hat Chrom als Hauptlegierungsbestandteil und enth?lt kein Nickel, daher ist er magnetisch.

Gute Korrosionsbest?ndigkeit. Ferritischer rostfreier Stahl enth?lt eine gro?e Menge an Chrom, das eine schützende Oxidschicht auf der Oberfl?che bilden kann, um Korrosion zu verhindern. Seine Korrosionsbest?ndigkeit ist jedoch nicht so gut wie die des austenitischen Edelstahls. Da ferritischer Stahl eine kubisch-raumzentrierte Struktur (BCC) aufweist, ist seine Korrosionsbest?ndigkeit etwas h?her als die FCC-Struktur des austenitischen Stahls.

Schlechte Schwei?barkeit. Ferritische nichtrostende St?hle haben eine h?here W?rmeleitf?higkeit. Das bedeutet, dass sie W?rme effizienter ableiten, und die Aufrechterhaltung der zum Schwei?en erforderlichen W?rme kann eine Herausforderung darstellen. Darüber hinaus weisen ferritische nicht rostende St?hle bei niedrigeren Temperaturen eine geringere Duktilit?t auf, und der Schwei?prozess beinhaltet eine ?rtlich begrenzte Erw?rmung und Abkühlung. Solche Temperaturschwankungen k?nnen zur Verspr?dung der Schwei?verbindung führen und die Z?higkeit verringern.

Vergleich: Austenit vs. Martensit vs. Ferrit

Zum Schluss wollen wir anhand einer Tabelle die Unterschiede zwischen ferritischem, martensitischem und austenitischem nichtrostendem Stahl aufzeigen.