Schmiedeteile aus Edelstahl | Schmiedeverfahren, Eigenschaften, Vorteile und Anwendungen

Durch das Schmieden können die mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit von rostfreiem Stahl weiter verbessert werden, so dass er in verschiedenen extremen Umgebungen gut funktioniert. 

Wir stellen Ihnen den gesamten Prozess des Schmiedens von rostfreiem Stahl im Detail vor, einschließlich der üblicherweise für das Schmieden verwendeten Güten, der Klassifizierung und der Vorteile von Schmiedestücken und ihrer breiten Anwendung in verschiedenen Industrien, und vergleichen und analysieren Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl mit gewöhnlichem rostfreiem Stahl.

Was ist geschmiedeter Edelstahl?

Geschmiedeter Edelstahl ist Edelstahl, der durch Erhitzung und mechanische Verformung geformt und verstärkt wurde. Dieses Verfahren verbessert seine Festigkeit, Haltbarkeit und Schlagfestigkeit und macht ihn ideal für Anwendungen mit hoher Beanspruchung in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Bauindustrie.

Kann rostfreier Stahl geschmiedet werden?

Ja, aber es gibt einige Faktoren, die beim Schmieden von rostfreiem Stahl zu beachten sind.

Warmfestigkeit und Verarbeitungsschwierigkeiten: Da nichtrostender Stahl bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit aufweist, müssen während des Schmiedeprozesses mehr Druck und Energie aufgebracht werden, was in der Regel den Einsatz schwerer Schmiedegeräte und eine komplexere Verarbeitung erfordert.

Materialduktilität und Plastizität: Um sicherzustellen, dass während des Schmiedevorgangs keine Risse oder andere Defekte auftreten, müssen die Schmiedetemperatur und die Erwärmungszeit streng kontrolliert werden. Darüber hinaus müssen Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl in der Regel nach dem Schmieden wärmebehandelt werden, z. B. durch Lösungsglühen und Alterungsbehandlung, um ihre Leistung weiter zu verbessern.

Wie schmiedet man rostfreien Stahl?

Der Prozess des Schmiedens von rostfreiem Stahl umfasst mehrere wichtige Schritte, von denen jeder einzelne entscheidend für die Qualität und Leistung des Endprodukts ist:

Auswahl des Materials

Wählen Sie die geeignete Edelstahlsorte je nach den Anforderungen der Anwendung. Zu den gebräuchlichen Schmiedewerkstoffen aus rostfreiem Stahl gehören die Serien 300 (wie 304, 316), 400 (wie 410, 420) und Duplex-Edelstahl (wie 2205). Jede Edelstahlsorte hat ihre eigenen spezifischen Leistungsmerkmale und Anwendungsszenarien.

Heizung

Der nichtrostende Stahl wird auf einen geeigneten Temperaturbereich erhitzt, in der Regel zwischen 1700 und 2300 Grad Fahrenheit (etwa 927 bis 1260 Grad Celsius). Die Temperatur muss während des Erhitzungsprozesses streng kontrolliert werden, damit eine Vergröberung des Materials und eine Überhitzung vermieden werden können. Die Erhitzungstemperatur und die Erhitzungszeit sind auch für verschiedene Edelstahlsorten unterschiedlich.

Schmieden

Nach dem Erhitzen auf die entsprechende Temperatur wird der nichtrostende Stahl durch Anwendung von Druckkräften in die gewünschte Form geschmiedet. Die Schmiedetechnologie kann auf verschiedene Weise umgesetzt werden, wobei Freiformschmieden, Gesenkschmieden oder Freiformschmieden flexibel eingesetzt werden können. Beim Schmieden ist es von entscheidender Bedeutung, eine gleichmäßige Verformung und Kornverfeinerung des Materials zu gewährleisten. Gleichzeitig muss bei der Auswahl der Schmiedeausrüstung die spezifische Größe und Komplexität des Schmiedevorgangs berücksichtigt werden.

Kühlung

Nach dem Schmieden wird eine geeignete Abkühlungsbehandlung durchgeführt. Bei austenitischem nichtrostendem Stahl wird in der Regel Luft- oder Wasserkühlung verwendet, während martensitischer nichtrostender Stahl langsam abgekühlt werden muss, um innere Spannungen und Risse zu vermeiden. Die Abkühlungsgeschwindigkeit und -methode haben einen großen Einfluss auf die endgültige Leistung des Schmiedestücks.

Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung (z. B. Lösungsglühen und Alterungsglühen) wird zur weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit von Schmiedestücken aus nichtrostendem Stahl eingesetzt. Die Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung müssen an die jeweilige Edelstahlsorte und die Anwendungsanforderungen angepasst werden. Der Schlüssel zur Wärmebehandlung liegt in der Beseitigung der während des Schmiedeprozesses entstandenen inneren Spannungen und der Verbesserung der Mikrostruktur des Materials.

Fertigstellung

Nach dem Schmieden müssen die Werkstoffe aus nichtrostendem Stahl häufig noch eine Reihe von Bearbeitungs- und Oberflächenbehandlungsschritten durchlaufen. Unter den Oberflächenbehandlungsverfahren sind Polieren, Beizen und Passivieren besonders verbreitet. Sie können nicht nur das Aussehen und die Beschaffenheit der Schmiedestücke erheblich verbessern, sondern auch ihre Korrosionsbeständigkeit erhöhen und ihre Lebensdauer verlängern.

Gängige Güten für das Schmieden von Edelstahl

Beim Schmieden von rostfreiem Stahl werden in der Regel die folgenden Sorten verwendet, die jeweils besondere Temperaturanforderungen und Verarbeitungseigenschaften während des Schmiedeprozesses aufweisen.

Rostfreier Stahl 304

Diese Güte ist einer der am häufigsten verwendeten rostfreien Stähle mit guter Korrosionsbeständigkeit und einfacher Verarbeitung. Der Schmiedetemperaturbereich von Rostfreier Stahl 304 liegt im Allgemeinen zwischen 1700 °F und 2300 °F (927 °C bis 1260 °C). Aufgrund seiner hohen Warmfestigkeit müssen beim Schmiedeprozess mehr Druck und Energie eingesetzt werden.

Edelstahl 316

Die Schmiedetemperatur von Edelstahl 316 ist ähnlich wie bei Edelstahl 304 und liegt im Allgemeinen zwischen 1700 °F und 2300 °F (927 °C bis 1260 °C). Der höhere Nickel- und Molybdängehalt sorgt dafür, dass es in stark korrosiven Umgebungen gut funktioniert, und der Schmiedeprozess erfordert eine strenge Temperaturkontrolle, um eine Kornvergröberung zu vermeiden.

Rostfreier Stahl 410

Der Schmiedetemperaturbereich von Rostfreier Stahl 410 is generally between 1700°F and 2150°F (927°C to 1177°C). During the forging process, care should be taken to avoid excessive temperatures to prevent the material from overheating and forming delta-ferrite, which affects its mechanical properties.

420 rostfreier Stahl

Die Schmiedetemperatur von 420 rostfreier Stahl is similar to that of 410 stainless steel, usually between 1700°F and 2150°F (927°C and 1177°C). Slow heating is required during forging to avoid cracking, and appropriate heat treatment is performed after forging to eliminate internal stress and increase hardness.

2205 Duplex-Edelstahl

Der Schmiedetemperaturbereich von 2205 Edelstahl liegt im Allgemeinen zwischen 1870 °F und 2010 °F (1020 °C und 1100 °C). Aufgrund seiner Duplexstruktur muss die Schmiedetemperatur streng kontrolliert werden, um das richtige Verhältnis von Austenit und Ferrit aufrechtzuerhalten.

17-4 Ausscheidungshärtender rostfreier Stahl

Die Eigenschaften von 17-4PH kann durch Wärmebehandlung deutlich verbessert werden. Der Schmiedetemperaturbereich von 17-4PH-Edelstahl liegt normalerweise zwischen 1800 °F und 1950 °F (982 °C und 1066 °C). Nach dem Schmieden ist normalerweise eine Alterungsbehandlung erforderlich, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Nuklearindustrie, in chemischen Geräten und medizinischen Geräten verwendet.

Eigenschaften und Vorteile von Schmiedeteilen aus Edelstahl

Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl haben viele Vorteile gegenüber anderen Herstellungsverfahren (z. B. Gießen, mechanische Bearbeitung).

Hohe Festigkeit und Haltbarkeit: Das Schmiedeverfahren verfeinert die Körner des rostfreien Stahls durch die Druckkraft, wodurch seine Festigkeit und Zähigkeit erheblich verbessert wird, was für Anwendungen mit hoher Belastung und hoher Ermüdung geeignet ist. Geschmiedete Teile aus rostfreiem Stahl eignen sich gut für Hochdruck- und Hochtemperaturanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Nuklearindustrie und der petrochemischen Industrie.

Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit: Geschmiedeter rostfreier Stahl eignet sich gut für den Einsatz in korrosiven Umgebungen, insbesondere in der chemischen, maritimen und pharmazeutischen Industrie. Die Verfeinerung des Korns und die gleichmäßige Verteilung während des Schmiedeprozesses tragen dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl zu verbessern, so dass er sich hervorragend für saure, alkalische und marine Umgebungen eignet.

Gute Wärmebeständigkeit: Geschmiedeter Edelstahl hat eine ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit und eignet sich für Hochtemperaturgeräte und -umgebungen, wie z. B. Kessel, Wärmetauscher und Öfen. 

Kontinuierliche Fließfähigkeit des Korns: Geschmiedete Teile aus rostfreiem Stahl haben ein einheitliches Korngefüge, was bedeutet, dass die Festigkeit und Zähigkeit bei Krafteinwirkung gleichmäßig verteilt sind, was die Zuverlässigkeit der Teile erhöht.

Verringern Sie den Materialabfall: Beim Schmieden fällt weniger Abfall an als beim Gießen und Bearbeiten, was die Materialausnutzung verbessert und die Produktionskosten senkt. Durch das Schmieden können Rohstoffe effizienter genutzt und der bei der Verarbeitung entstehende Abfall verringert werden, wodurch die Produktionskosten sinken.

Anwendungen von Schmiedeteilen aus nichtrostendem Stahl

Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl werden in zahlreichen Industriezweigen verwendet. 

Bauwesen und Infrastruktur: Sie werden bei Infrastrukturprojekten wie Gebäuden, Brücken und Tunneln verwendet und zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl werden im Bauwesen und in der Infrastruktur zur Herstellung von Bauteilen, Befestigungselementen und Verbindungsstücken verwendet, um die Stabilität und Haltbarkeit von Gebäuden zu gewährleisten.

Öl und Gas: Sie werden in Pipelines, Lagertanks und Raffinerien eingesetzt und können korrosiven Substanzen und hohen Temperaturen standhalten. Die Öl- und Gasindustrie verlangt von ihren Werkstoffen ein Höchstmaß an Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl erfüllen diese Anforderungen und werden häufig zur Herstellung von Ölpipelines, Lagertanks und Bohrausrüstung verwendet.

Energie und Leistung: Sie werden in Kraftwerken, Kernkraftwerken und im Bereich der erneuerbaren Energien verwendet, z. B. für Turbinenschaufeln, Wellen, Wärmetauscher und Abgassysteme. Schmiedeteile aus nichtrostendem Stahl werden in der Energie- und Kraftwerksindustrie zur Herstellung von Schlüsselkomponenten verwendet, die den stabilen Betrieb von Anlagen in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck gewährleisten.

Transport: Sie werden in verschiedenen Teilen von Kraftfahrzeugen, Zügen, Flugzeugen und Schiffen verwendet, darunter Auspuffanlagen, Strukturteile und internes Zubehör. Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl werden in der Transportindustrie zur Herstellung von Schlüsselkomponenten verwendet, die die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Fahrzeugen und Schiffen gewährleisten.

Medizin und Gesundheit: Sie werden in medizinischen Geräten, Strukturteilen von Kryobehältern, chirurgischen Instrumenten, Implantaten und Krankenhausinfrastrukturen verwendet und zeichnen sich durch gute Hygieneeigenschaften und Biokompatibilität aus. Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl werden in der Medizin und im Gesundheitswesen zur Herstellung von chirurgischen Instrumenten, Implantaten und medizinischen Geräten verwendet, um deren Sicherheit und Zuverlässigkeit im Einsatz zu gewährleisten.

Schmiedeteile für die Lebensmittelverarbeitung: Unverzichtbar für die Aufrechterhaltung von Hygiene, Haltbarkeit und Effizienz in der Lebensmittelindustrie. Diese Schmiedeteile werden normalerweise aus rostfreiem Stahl wie 304 und 316 hergestellt und in Gerätekomponenten, Werkzeugen und Strukturteilen verwendet. Sie bieten Vorteile wie höhere Festigkeit, geringeres Kontaminationsrisiko und längere Lebensdauer.

Klassifizierung von Schmiedestücken aus nichtrostendem Stahl

Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl können nach verschiedenen Normen klassifiziert werden, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien gerecht zu werden.

Nach den chemischen Elementen werden Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl in Chrom-, Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel-Molybdän-Systeme eingeteilt, wobei die Korrosionsbeständigkeit schrittweise zunimmt.

Nach der Organisationsstruktur wird zwischen austenitischen, martensitischen, ferritischen und Duplex-Schmiedestücken aus nichtrostendem Stahl unterschieden.

Nach dem Gehalt an Verunreinigungen werden Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl in gewöhnlichen, kohlenstoffarmen, kohlenstoffarmen und hochreinen Stahl eingeteilt.

Die Korrosionsbeständigkeit wird in Spannungskorrosionsbeständigkeit, Lochfraßbeständigkeit und verschleißfeste Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl unterteilt.

Je nach Medium werden die Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl in salpetersäurebeständige, schwefelsäurebeständige, harnstoffbeständige und seewasserbeständige Produkte unterteilt.

Zu den Schmiedestücken aus rostfreiem Stahl gehören nickelsparende, nickelfreie und chromsparende Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl, die durch die Einsparung von Elementen gekennzeichnet sind. Kosteneinsparung durch Reduzierung des Elementgehalts.

Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl können nach ihren charakteristischen Elementen in Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl mit hohem Siliziumgehalt und Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl mit hohem Stickstoffgehalt unterteilt werden. Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl mit hohem Siliziumgehalt haben eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit; Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl mit hohem Stickstoffgehalt haben eine hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit.

Zu den funktionellen Eigenschaften von Schmiedestücken aus rostfreiem Stahl gehören niedrige/ultra-niedrige Temperaturen, nicht-magnetisch, hohe Festigkeit, Superplastizität, leichtes Schneiden und hitzebeständige Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl.

Können Schmiedeteile aus Edelstahl rosten?

Ja, Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl können rosten, sind aber im Allgemeinen korrosionsbeständiger als andere Stahlsorten, da ihr Chromgehalt eine schützende Oxidschicht bildet. Unter bestimmten Bedingungen können sie jedoch trotzdem rosten, z. B. bei Kontakt mit Chloriden, mangelhafter Wartung oder wenn die Schutzschicht beschädigt ist. Regelmäßige Reinigung und richtige Pflege können dazu beitragen, Rostbildung bei Schmiedestücken aus rostfreiem Stahl zu verhindern.

Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl VS Edelstahl

Herstellungsverfahren

Schmiedestücke aus nichtrostendem Stahl werden durch Schmieden von nichtrostendem Stahl hergestellt. Zu den Schmiedeverfahren gehören in der Regel das Kalt- und das Warmschmieden, mit denen Defekte im Inneren des Materials, wie z. B. Lockerheit, Poren usw., beseitigt und das Gefüge des Materials optimiert werden können. Für gewöhnlichen rostfreien Stahl gibt es verschiedene Herstellungsverfahren, darunter Kaltziehen, Stanzen, Schweißen und Gießen. Im Vergleich zu den Schmiedeverfahren können sie gewisse Einschränkungen bei der Beseitigung von inneren Materialfehlern und der Optimierung der Materialorganisation aufweisen.

Mechanische Eigenschaften

Geschmiedeter rostfreier Stahl übertrifft normalen rostfreien Stahl in Bezug auf Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungslebensdauer. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Schmiedeverfahren die Kornstruktur verfeinert und interne Defekte beseitigt. Normaler rostfreier Stahl kann in Bezug auf Festigkeit und Zähigkeit nicht mit geschmiedetem rostfreiem Stahl mithalten, insbesondere bei hoher Beanspruchung und hoher Ermüdung.

Korrosionsbeständigkeit

Geschmiedeter Edelstahl zeichnet sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus, insbesondere durch Spannungsrisskorrosion und Lochfraß. Normaler nichtrostender Stahl hat zwar eine gute Korrosionsbeständigkeit, kann aber in extremen Umgebungen nicht so gut abschneiden wie geschmiedeter nichtrostender Stahl.

Thermischer Widerstand

Geschmiedeter rostfreier Stahl eignet sich für Geräte wie Wärmetauscher und Hochtemperaturöfen, während gewöhnlicher rostfreier Stahl in Hochtemperaturumgebungen möglicherweise nicht so beständig ist wie geschmiedeter rostfreier Stahl.

Kosten-Wirksamkeit

Geschmiedeter rostfreier Stahl ist zwar in der Anschaffung teurer, aber seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seine lange Lebensdauer können die langfristigen Wartungs- und Ersatzkosten senken. Normaler nichtrostender Stahl hat zwar niedrigere Anschaffungskosten, aber seine Lebenszykluskosten können bei Anwendungen, die hohe Leistung und Haltbarkeit erfordern, höher sein.

Anwendungsbereiche

Schmiedestücke aus rostfreiem Stahl werden aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsmerkmale häufig für anspruchsvolle Anwendungen in der Pneumatik, Luftfahrt, Chemie, Metallurgie und anderen Industrien verwendet. Im Vergleich zu Schmiedestücken aus rostfreiem Stahl können die Anwendungsbereiche von gewöhnlichem rostfreiem Stahl stärker auf allgemeine Anforderungen konzentriert sein.

Form und Größe

Durch Schmieden können Teile mit komplexen Formen und großen Abmessungen hergestellt werden, während gewöhnlicher nichtrostender Stahl eher für Teile mit einfachen Formen und kleinen Abmessungen geeignet ist. Das Schmiedeverfahren bietet eine größere Flexibilität bei der Herstellung von Teilen für spezielle Anwendungen mit komplexen Formen.

Was ist der Unterschied zwischen dem Gießen und Schmieden von Edelstahl?

Die Hauptunterschiede zwischen dem Gießen und Schmieden von Edelstahl sind:

1. Prozess

• Gießen: Dabei wird geschmolzener Edelstahl in eine Form gegossen, um eine bestimmte Form zu erzeugen. Nach dem Abkühlen erstarrt das Material in dieser Form.
• Schmieden: Dabei wird der Edelstahl erhitzt und anschließend durch mechanische Verformung geformt, wodurch das Metall komprimiert und verstärkt wird.

2. Eigenschaften

• Gießen: Kann zu einer gleichmäßigeren Form führen, kann jedoch Porosität und Einschlüsse aufweisen, was zu schlechteren mechanischen Eigenschaften führt.
• Schmieden: Erzeugt ein dichteres und festeres Material mit verbesserter Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufgrund der verfeinerten Kornstruktur.

3. Anwendungen

• Gießen: Wird oft für komplexe Formen und große Komponenten verwendet, bei denen Präzision weniger wichtig ist.
• Schmieden: Bevorzugt für hochfeste Anwendungen wie Automobil- und Luftfahrtteile, bei denen Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Weiterführende Literatur: Edelstahlguss.

Wie hoch ist die Schmiedetemperatur von Edelstahl 304?

Die Schmiedetemperatur für Edelstahl 304 liegt normalerweise zwischen 2100 °F und 2300 °F (ca. 1150 °C bis 1260 °C). Dieser Temperaturbereich ermöglicht optimale Formbarkeit und Verarbeitbarkeit während des Schmiedeprozesses.

Was ist Schmiedeschweißen von Edelstahl?

Schmiedeschweißen ist ein Festkörperschweißverfahren, bei dem zwei Stücke Edelstahl auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann zusammengehämmert oder zusammengepresst werden, um eine Verbindung herzustellen, ohne das Material zu schmelzen. Es ergibt eine starke, hochwertige Verbindung, wobei die gewünschten Eigenschaften der Materialien erhalten bleiben.

Prozess

• Heizung: Die Edelstahlteile werden auf eine Temperatur knapp unter ihrem Schmelzpunkt erhitzt, normalerweise zwischen 2100 °F und 2300 °F (etwa 1150 °C bis 1260 °C).
• Schmieden: Nach dem Erhitzen werden die Teile durch Druck verbunden, normalerweise durch Hämmern oder Pressen, wodurch das Metall fließen und sich auf atomarer Ebene verbinden kann.

Vorteile

• Stärke: Erzeugt eine starke, dauerhafte Verbindung mit ähnlichen Eigenschaften wie das Grundmetall.
• Kein Füllmaterial: Im Gegensatz zu anderen Schweißverfahren wird beim Feuerschweißen kein Zusatzwerkstoff benötigt, was zu Unregelmäßigkeiten führen kann.
• Mikrostruktur: Erhält die ursprüngliche Mikrostruktur des Edelstahls und trägt so zu einer besseren Korrosionsbeständigkeit bei.

Anwendungen

Das Schmiedeschweißen wird in Anwendungen eingesetzt, in denen es auf hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit ankommt, wie etwa bei der Herstellung von Werkzeugen, Messern und einigen Strukturkomponenten.

Herausforderungen

• Temperaturkontrolle: Eine präzise Temperaturkontrolle ist entscheidend, um eine Überhitzung zu vermeiden, die zur Oxidation oder zum Verlust der Materialeigenschaften führen kann.
• Erforderliche Fähigkeiten: Erfordert erfahrene Bediener, um während des Schmiedeprozesses die richtige Ausrichtung und den richtigen Druck zu erreichen.

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