Was ist martensitischer rostfreier Stahl? Zusammensetzung, Güten und Hauptanwendungen

In der weiten Welt der Materialwissenschaft gibt es eine Stahlsorte, die für ihre außergewöhnliche Härte und Schärfe geschätzt wird und die bei der Herstellung von hochwertigem Besteck und medizinischen Instrumenten weit verbreitet ist. Aber haben Sie sich jemals gefragt, was ihm diese einzigartigen Eigenschaften verleiht? Dieses bemerkenswerte Material, das sowohl Korrosion als auch extremer Abnutzung widerstehen kann, wollen wir im Folgenden näher beleuchten: martensitischer rostfreier Stahl.

Was ist martensitischer rostfreier Stahl?

Martensitischer rostfreier Stahl ist eine Stahlsorte, die sich durch Wärmebehandlung gehärtet. Im Gegensatz zum bekannten austenitischen nichtrostenden Stahl sind die wichtigsten Merkmale des martensitischen nichtrostenden Stahls seine hohe Härte, hohe Festigkeitund magnetische Eigenschaften. Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften, die auf seine spezifische Kristallstruktur zurückzuführen ist, ermöglicht es ihm, bei Anwendungen, die eine hohe Verschleiß- und Druckbeständigkeit erfordern, außergewöhnlich gut zu funktionieren.

Geschichte

Die Geschichte des martensitischen rostfreien Stahls geht auf den Beginn des 20. Jahrhunderts zurück. Im Jahr 1912 entdeckte der britische Metallurge Harry Brearley war auf der Suche nach einem korrosionsbeständigen Material für Gewehrläufe, als er entdeckte, dass Eisenlegierungen mit mehr als 12% Chrom an der Luft nicht leicht rosten. Seine weiteren Forschungen zeigten, dass er durch die Zugabe von Kohlenstoff zum Stahl und eine Wärmebehandlung ein Material schaffen konnte, das nicht nur korrosionsbeständig war, sondern auch eine hohe Härte und Festigkeit aufwies. Diese Erfindung legte den Grundstein für moderne Bestecke, chirurgische Instrumente und andere Industriezweige und läutete eine neue Ära des martensitischen Edelstahls ein.

Zusammensetzung

Die Leistung von martensitischem rostfreiem Stahl wird durch seine einzigartige chemische Zusammensetzung bestimmt. Zu seinen Hauptbestandteilen gehören:

• Chrom (Cr): Typischerweise von 12% bis 18%Dies ist die Hauptursache für die Korrosionsbeständigkeit des rostfreien Stahls.
• Kohlenstoff (C): Dies ist das Schlüsselelement für martensitischen rostfreien Stahl, dessen Gehalt typischerweise zwischen 0,1% bis über 1,0%. Es ist der hohe Kohlenstoffgehalt, der es dem Material ermöglicht, durch Wärmebehandlung eine harte Martensitphase zu bilden.
• Andere Elemente: Es kann auch geringe Mengen an Mangan (Mn) und Silizium (Si) um seine mechanischen und Verarbeitungseigenschaften zu verbessern.

Mikrostruktur

Martensitischer rostfreier Stahl hat seinen Namen von seiner einzigartigen martensitisches Gefüge. Bei dieser Struktur handelt es sich um eine Nicht-Gleichgewichtskristallstruktur, die sich in der Regel bildet, wenn der Stahl von einer hohen Temperatur (der Austenitphase) schnell abgekühlt (abgeschreckt) wird. Während dieser raschen Abkühlung haben die Kohlenstoffatome nicht genug Zeit, um nach außen zu diffundieren, und werden im Eisen-Kristallgitter "gefangen", wodurch sich eine spezielle Körperzentriert tetragonal (BCT) Gefüge. Es ist diese hochbelastete BCT-Struktur, die dem martensitischen nichtrostenden Stahl seine unvergleichliche Härte und Festigkeit verleiht.

Klassen

Die martensitischen nichtrostenden Stähle werden in erster Linie nach ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer Leistungsfähigkeit eingeteilt. Hier sind einige der gängigsten und repräsentativsten Sorten aufgeführt:

• Typ 420: Es handelt sich um einen martensitischen rostfreien Stahl für allgemeine Zwecke mit guten Poliereigenschaften und guter Korrosionsbeständigkeit. Er kann nach dem Vergüten eine sehr hohe Härte erreichen und behält dabei eine bessere Zähigkeit als Sorten mit einem höheren Kohlenstoffgehalt. Der Typ 420 ist ideal für die Herstellung von Tafelmessern, chirurgischen Klingen und Scheren.
• Typ 440C: Der Typ 440C ist ein "Star" unter den martensitischen nichtrostenden Stählen, bekannt für seine extrem hohe Härte und Festigkeit. Er enthält einen höheren Anteil an Kohlenstoff, wodurch er nach der Wärmebehandlung einen der höchsten Härtegrade aller nichtrostenden Stähle erreicht. Dies macht ihn zum bevorzugten Werkstoff für hochwertiges Besteck, Lager und Ventilkomponenten.

Eigenschaften und Vorteile

Martensitischer nichtrostender Stahl zeichnet sich unter den verschiedenen Kategorien nichtrostender Stähle durch seine einzigartigen Eigenschaften aus. Zu seinen wichtigsten Vorteilen und Eigenschaften gehören:

• Außergewöhnliche Härte und Festigkeit: Dies ist die wichtigste Eigenschaft des martensitischen nichtrostenden Stahls. Durch eine geeignete Wärmebehandlung (Abschrecken und Anlassen) kann er eine extrem hohe Härte erreichen, die weit über der des austenitischen Edelstahls liegt. Dadurch eignet er sich für die Herstellung von scharfen und dauerhaften Schneidwerkzeugen und mechanischen Komponenten.
• Hervorragende Abriebfestigkeit: Die hohe Härte schlägt sich direkt in einer hervorragenden Verschleißfestigkeit nieder. Martensitischer nichtrostender Stahl schneidet bei längerer Reibung und hoher Beanspruchung weit besser ab als viele andere Stahlsorten.
• Wärmebehandelbarkeit: Dies ist ein entscheidender Vorteil, der ihn von den austenitischen nichtrostenden Stählen unterscheidet. Durch die Möglichkeit der Wärmebehandlung lassen sich seine Eigenschaften genau auf die spezifischen Anforderungen an Härte und Zähigkeit abstimmen, wodurch ein perfektes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit erreicht wird.

Benachteiligungen

Trotz seiner vielen Vorteile hat martensitischer rostfreier Stahl auch einige inhärente Nachteile. Es ist wichtig, diese Nachteile zu kennen, um dieses Material richtig auszuwählen und zu verwenden:

• Relativ schwache Korrosionsbeständigkeit: Im Vergleich zu austenitischem rostfreiem Stahl ist martensitischer rostfreier Stahl weniger korrosionsbeständig. Das liegt daran, dass sein Chromgehalt relativ niedrig ist und sich bei der Wärmebehandlung ein Teil des Chroms mit Kohlenstoff zu Karbiden verbindet, was seine Korrosionsbeständigkeit schwächt.
• Zerbrechlichkeit: Hohe Härte und hohe Festigkeit gehen oft mit einem gewissen Grad an Sprödigkeit einher. Wenn martensitischer nichtrostender Stahl nicht ordnungsgemäß gehärtet wird, kann er sehr spröde sein und bei Stößen oder hohen Belastungen zu Rissen oder Brüchen neigen.
• Hoher Schwierigkeitsgrad beim Schweißen: Aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts ist martensitischer nichtrostender Stahl anfällig für Risse in der Schweißnaht und in der Wärmeeinflusszone während des Schweißvorgangs. Daher erfordert das Schweißen in der Regel eine strenge Wärmebehandlung vor und nach dem Schweißen, um Risse zu vermeiden.
• Kosten: Einige martensitische nichtrostende Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt (z. B. 440C) sind aufgrund ihrer komplexen Herstellungsverfahren und ihrer überlegenen Leistung relativ teurer.

Anwendungen

Dank seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit wird martensitischer rostfreier Stahl häufig für Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen verwendet. Zu seinen Hauptanwendungen gehören:

• Besteck: Von Küchenmessern und Kochmessern bis hin zu professionellen Jagdmessern ist martensitischer Edelstahl wegen seiner Fähigkeit, eine scharfe Schneide zu halten, sehr beliebt.
• Medizinische Instrumente: Chirurgische Skalpelle, Scheren und Pinzetten erfordern eine extrem hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit, um Schärfe und Hygiene zu gewährleisten.
• Industrielle Komponenten: In mechanischen Teilen wie Lagern, Zahnrädern, Ventilen und Turbinenschaufeln kann martensitischer rostfreier Stahl erheblichem Verschleiß und Druck standhalten und so den langfristigen stabilen Betrieb der Anlagen gewährleisten.
• Federn und Messwerkzeuge: Seine ausgezeichnete Härte und Elastizität machen ihn zu einem idealen Werkstoff für Präzisionsmesswerkzeuge und hochfeste Federn.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Was ist der Unterschied zwischen martensitischem und austenitischem Stahl?

Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Arten von rostfreiem Stahl liegt in ihren Kristallstruktur und Härteverfahren. Martensitischer Stahl weist bei Raumtemperatur eine Martensitstruktur auf und kann gehärtet werden durch Wärmebehandlung (Abschrecken), und er ist magnetisch. Austenitischer Stahl hat bei Raumtemperatur eine Austenitstruktur, kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werdenkann aber durch Kaltverformung verfestigt werden. Es ist im Allgemeinen nicht magnetisch.

Ist rostfreier Stahl 316 austenitisch oder martensitisch?

Edelstahl 316 ist ein austenitischer rostfreier Stahl.. Sie ist eine der bekanntesten Sorten der 300er Serie. Sie ist eine beliebte Wahl, weil sie Folgendes enthält Molybdän zusätzlich zu Chrom und Nickel, was ihm eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit verleiht, insbesondere in chloridhaltiger Umgebung.

Ist martensitischer rostfreier Stahl FCC oder BCC?

Die Kristallstruktur von martensitischem rostfreiem Stahl ist BCT (Körperzentriert Tetragonal). Es ist weder FCC (Face-Centered Cubic, gehört zum Austenit) noch BCC (Body-Centered Cubic, gehört zum Ferrit). Diese einzigartige BCT-Struktur, die sich beim schnellen Abkühlen bildet, verleiht dem martensitischen nichtrostenden Stahl seine extrem hohe Härte.

Ist rostfreier Stahl 410 martensitisch?

Ja, 410 ist ein klassisches Beispiel für einen martensitischen rostfreien Stahl.. Es handelt sich um die am häufigsten verwendete martensitische Stahlsorte, die für ihre gute Ausgewogenheit von Korrosionsbeständigkeit und Härte bekannt ist. Wie andere martensitische Stähle kann er durch Wärmebehandlung gehärtet werden und ist magnetisch.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass martensitischer rostfreier Stahl aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus hoher Härte, Festigkeit und der Fähigkeit, durch Wärmebehandlung gehärtet zu werden, als Hochleistungswerkstoff hervorsticht. Seine Korrosionsbeständigkeit kann zwar nicht mit der von austenitischem Stahl mithalten, aber seine unvergleichliche Zähigkeit und Verschleißfestigkeit machen ihn zu einer unverzichtbaren Wahl für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen Langlebigkeit und Schärfe von größter Bedeutung sind