Inhalt
Martensitischer rostfreier Stahl: Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Güten, Anwendungen und mehr
- John
Was ist martensitischer rostfreier Stahl?
Martensitischer Edelstahl ist eine Edelstahlsorte mit einer raumzentrierten tetragonalen (BCT) Kristallstruktur, die neben ferritischem Edelstahl zur 400er-Serie gehört. Er besteht hauptsächlich aus 12-18% Chrom und 0,1-1,2% Kohlenstoff. Martensitischer Edelstahl kann durch Wärmebehandlung gehärtet und verstärkt werden, um seine Leistung zu verbessern, aber seine Korrosionsbeständigkeit ist im Allgemeinen geringer als bei austenitischem Edelstahl.
Es wird häufig für Besteck, chirurgische Instrumente, Ventile, Lager, Turbinenschaufeln usw. verwendet, wo hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit erforderlich sind. Martensitischer Edelstahl ist Teil der Edelstahlfamilie, zu der auch austenitische, ferritische, Duplex- und ausscheidungsgehärtete Stähle gehören.
Chemische Zusammensetzung von martensitischem rostfreiem Stahl
Martensitischer Edelstahl besteht hauptsächlich aus Eisen, Chrom und Kohlenstoff. Er enthält typischerweise 12% bis 17% Chrom (Cr), das Rost und Korrosion widersteht. Die Menge an Kohlenstoff (C) kann zwischen 0,1% und 1,2% variieren.
Stahl mit bis zu 0,4% Kohlenstoff wird aufgrund seiner Festigkeit normalerweise in Teilen wie Pumpen, Ventilen und Wellen verwendet. Stahl mit mehr als 0,4% Kohlenstoff eignet sich besser für Dinge, die Verschleiß widerstehen müssen, wie Messer, chirurgische Klingen und Formen.
Anders als der austenitische Typ, der im Wesentlichen eine Chrom-Nickel-Legierung ist, enthält martensitischer Edelstahl normalerweise kein Nickel (Ni), außer in einigen speziellen Güten. Beispielsweise wird Nickel in 431 (1.4057) hinzugefügt, um die Zähigkeit und Duktilität zu erhöhen, und in 1.4418 für eine bessere Korrosionsbeständigkeit (auch die höchste aller martensitischen Güten).
Andere Elemente wie Bor (B), Kobalt (Co), Niob (Nb) und Titan (Ti) können hinzugefügt werden, um die Leistung bei hohen Temperaturen zu verbessern.
Eigenschaften von martensitischem rostfreiem Stahl
Martensitischer rostfreier Stahl ist eine ganz besondere Art von rostfreiem Stahl. Hier sind drei wichtige Gründe, die ihn einzigartig machen:
- Sehr hohe Festigkeit und Härte nach der Wärmebehandlung.
- Magnetisch, im Gegensatz zu austenitischem Edelstahl.
- Gute Verschleißfestigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit.
Die wichtigsten Eigenschaften von martensitischem Edelstahl finden Sie in der folgenden Tabelle:
| Eigentum | Beschreibung | Leistung | Hinweise |
| Stärke | Fähigkeit, einer aufgebrachten Kraft ohne Versagen standzuhalten. | Hohe Festigkeit, insbesondere im gehärteten und angelassenen Zustand. | Martensitische Stähle verfügen über eine hohe Zug- und Kriechfestigkeit und eignen sich für Anwendungen mit hoher Beanspruchung. |
| Härte | Widerstandsfähigkeit gegen Verformung oder Einkerbung. | Sehr hoch, insbesondere nach einer Wärmebehandlung, kann bis zu 60 HRC erreichen. | Die Härte nimmt mit dem Kohlenstoffgehalt zu; die Sekundärhärtung erfolgt bei 450–500 °C. |
| Korrosionsbeständigkeit | Fähigkeit, einer Verschlechterung durch chemische Reaktionen zu widerstehen. | Mäßig, niedriger als austenitische Güten. | Eine optimale Korrosionsbeständigkeit wird im gehärteten und angelassenen Zustand erreicht. |
| Hitzebeständigkeit | Fähigkeit, die Leistung bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten. | Mittlere Hitzebeständigkeit, mittelmäßig für Anwendungen mit hohen Temperaturen. | Geeignet für Temperaturen um 600 °C in der Energieerzeugung und anderen Industrien. |
| Magnetische Eigenschaften | Anziehung durch ein Magnetfeld. | Magnetisch aufgrund der martensitischen Struktur. | Martensitischer Edelstahl weist ähnliche magnetische Eigenschaften auf wie unlegierter Kohlenstoffstahl. |
| Verformbarkeit | Leicht zu formen oder zu modellieren, ohne dass Risse entstehen. | Begrenzt, aufgrund der Härte und Sprödigkeit anfällig für Risse. | Umformprozesse erfordern üblicherweise ein Glühen, um Rissbildung und Spannungen zu vermeiden. |
| Schweißeignung | Einfaches und fehlerfreies Schweißen. | Schlechte Schweißbarkeit aufgrund der Verhärtung beim Schweißen. | Um Rissbildung zu verhindern, sind Vorwärmen (200–315 °C) und Kontrolle der Temperatur zwischen den Lagen erforderlich. |
| Bearbeitbarkeit | Einfaches Schneiden und Formen mit Maschinen. | Gute Zerspanbarkeit, insbesondere im geglühten bzw. angelassenen Zustand. | Die Bearbeitung ist im erweichten (geglühten) Zustand einfacher; Schwefelzusätze in 416 verbessern die Bearbeitbarkeit. |
| Sprödigkeit | Neigt zum Brechen oder Zerbrechen bei geringer Deformation. | Kann spröde sein, insbesondere nach dem Härten ohne Anlassen. | Erhöhte Sprödigkeit durch hohe Härte; durch Anlassen wird die Sprödigkeit verringert und die Zähigkeit verbessert. |
Vor- und Nachteile von martensitischem Edelstahl
Hier sind die Vorteile und der Nutzen von martensitischem rostfreiem Stahl:
- Hohe Festigkeit und Härte.
- Gute Verschleißfestigkeit.
- Korrosionsbeständig in milden Umgebungen.
- Kann zur Verbesserung der Eigenschaften wärmebehandelt werden.
- Geeignet für Schneidwerkzeuge und Klingen.
Die Nachteile und Einschränkungen sind im Folgenden aufgeführt:
- Schlechte Schweißbarkeit.
- Bei niedrigen Temperaturen neigt es zur Sprödigkeit.
- Begrenzte Korrosionsbeständigkeit in rauen Umgebungen.
- Erfordert eine präzise Wärmebehandlung, um Risse zu vermeiden.
- Weniger dehnbar als anderer Edelstahl.
Wärmebehandlung und wie bildet sich eine martensitische Struktur in Edelstahl?
Die martensitische Struktur in Edelstahl entsteht durch Erhitzen des Stahls zur Bildung von Austenit und anschließendes schnelles Abkühlen (Abschrecken), wodurch eine diffusionslose Umwandlung von Austenit in harten, spröden Martensit erfolgt.
So funktioniert es:
1. Erhitzen zur Austenitbildung (Austenitisieren)
Erhitzen Sie den Stahl auf eine hohe Temperatur, normalerweise zwischen 925°C – 1070°C (1700°F – 1950°F). Bei dieser Temperatur:
- Die Struktur des Stahls wird austenitisch, das heißt, die Eisenatome ordnen sich in einer kubisch-flächenzentriert (FCC) Gitter.
- Kohlenstoffatome lösen gleichmäßig innerhalb dieses Gitters.
2. Schnelles Abkühlen (Abschrecken)
Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird der Stahl schnell abgekühlt, oder abgeschreckt, normalerweise in:
- Öl
- Luft
- Wasser
Die Wahl des Abschreckmediums hängt von der jeweiligen Legierung und den gewünschten Eigenschaften ab.
3. Bildung von Martensit
Beim Abschrecken:
- Die schnelle Abkühlung verhindert Kohlenstoffatome aus diffundiert aus das Eisengitter.
- Wenn die Temperatur unter die Martensit-Starttemperatur (Ms), typischerweise um 300 °C bis 400 °C (570 °F bis 750 °F)beginnt sich die austenitische FCC-Struktur in eine tetragonal-raumzentriert (BCT) Struktur, bekannt als Martensit.
- Die Umwandlung setzt sich fort, wenn die Temperatur sinkt in Richtung Martensit-Endtemperatur (Mf), das kann unter Raumtemperatur, manchmal so niedrig wie 150 °C bis 200 °C (300 °F bis 390 °F) unterhalb der Ms-Temperatur.
- Diese Transformation ist eine diffusionsloser Prozess, was bedeutet, dass Atome ihre Positionen ohne Ferndiffusion verschieben.
4. Tempern zur Verbesserung der Zähigkeit
Mildern Sprödigkeit:
- Der Stahl wird angelassen, d. h. er wird auf eine niedrigere Temperatur (normalerweise zwischen 200°C – 600°C).
- Durch das Anlassen können einige Gitterspannungen abgebaut werden und es können Carbide ausgeschieden werden. Dadurch erhöht sich die Zähigkeit, ohne die Härte wesentlich zu verringern.
Martensitische Edelstahlsorten
Schauen Sie sich die gängigen Güteklassen der martensitischen Edelstahlfamilie an:
| Klasse | Äquivalente Note | Beschreibung | Anmeldung |
| 403 | EN 1.4003 / UNS S40300 | Martensitischer Edelstahl mit kontrollierter Zusammensetzung und 12% Chrom (Cr), entwickelt für Umgebungen mit hoher Beanspruchung und hohen Temperaturen wie Turbinenkomponenten und Kompressoren. | Dampfturbinenteile, Kompressorkomponenten, Teile für die Luft- und Raumfahrt, Hochtemperaturschaufeln |
| 410 | EN 1.4006 / UNS S41000 | Grundlegender martensitischer Edelstahl mit 12% Chrom (Cr), bekannt für mäßige Korrosionsbeständigkeit und gute Härte nach der Wärmebehandlung. | Verbindungselemente, Turbinenschaufeln, Besteck, Ventilkomponenten |
| 416 | EN 1.4005 / UNS S41600 | Automatenbearbeitbarer martensitischer Edelstahl mit Schwefelzusatz (S) für verbesserte Bearbeitbarkeit, jedoch mit leicht reduzierter Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. | Zahnräder, Wellen, Achsen, Schrauben |
| 416Se | AISI 416Se | Frei bearbeitbarer martensitischer Edelstahl mit Selen (Se) für verbesserte Bearbeitbarkeit und eine glattere Oberflächenbeschaffenheit im Vergleich zu schwefelbasierten Gegenstücken. | Schrauben, Bolzen, Muttern, Ventilsitze |
| 420 | EN 1.4021 / UNS S42000 | Martensitischer Edelstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (C), der nach der Wärmebehandlung verbesserte Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit bietet. | Chirurgische Instrumente, Bestecke, Zahnräder, Ventilteile |
| 420F | EN 1.4028 + S / UNS S42020 | Martensitischer Edelstahl mit zugesetztem Phosphor (P) und Schwefel (S) für verbesserte Bearbeitbarkeit, wird häufig bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsanwendungen verwendet. | Drehteile, Pumpen, Ventilteile, Schrauben |
| 431 | EN 1.4057 / UNS S43100 | Martensitischer Edelstahl mit Nickel (Ni) für verbesserte Korrosionsbeständigkeit, bekannt für seine hohe Festigkeit und Zähigkeit, insbesondere in Meeresumgebungen. | Flugzeugteile, Schiffsbolzen, Propellerwellen, Pumpenwellen |
| 431F | AISI 431F | Frei bearbeitbare Version von 431 mit zusätzlichem Schwefel oder Selen für verbesserte Bearbeitbarkeit. | Ventilkomponenten, Pumpenwellen, Teile, die Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit erfordern. |
| 440A | EN 1.4109 / UNS S44002 | Martensitischer Edelstahl mit noch weniger Kohlenstoff (C) als 440B, der eine verbesserte Zähigkeit und bessere Korrosionsbeständigkeit bietet, allerdings bei geringerer Härte. | Jagdmesser, chirurgische Skalpelle, Kugellager, Schneidwerkzeuge |
| 440B | EN 1.4112 / UNS S44003 | Martensitischer Edelstahl mit etwas weniger Kohlenstoff (C) als 440C, der ein Gleichgewicht zwischen Härte und verbesserter Zähigkeit bietet. | Messerklingen, Meißel, Industrieventile, Schneidwerkzeuge |
| 440C | EN 1.4125 / UNS S44004 | Martensitischer Edelstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (C) bietet maximale Härte und Verschleißfestigkeit, mit Chrom (Cr) für mäßige Korrosionsbeständigkeit. | Lager, Messer, Formen, chirurgische Instrumente |
| 440F | EN 1.4104 / AISI 440F | Automatenfähige Version von 440A mit Schwefelzusatz für verbesserte Bearbeitbarkeit. | Besteck, chirurgische Instrumente, Messer, Anwendungen, die Verschleißfestigkeit und Bearbeitbarkeit erfordern. |
| 422 | EN 1.4935 / UNS S42200 | Martensitischer Edelstahl mit Zusatz von Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Wolfram (W) bietet hohe Festigkeit und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. | Turbinenschaufeln, Teile für die Luft- und Raumfahrt, Hochtemperaturbolzen, Verbindungselemente |
| 17-4 PH | EN 1.4542 / UNS S17400 | *Ausscheidungshärtender Edelstahl mit martensitischer Matrix bietet hohe Festigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit. | Luft- und Raumfahrtkomponenten, Turbinenschaufeln, Hochleistungsgeräte, die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern. |
*1.4418 hat die höchste Korrosionsbeständigkeit aller martensitischen Edelstahlsorten, die nicht in der obigen Tabelle aufgeführt sind.
Welches ist die häufigste martensitische Edelstahlsorte?
Die Güteklasse 410 ist aufgrund ihrer guten Korrosionsbeständigkeit, hohen Festigkeit und Härte der am häufigsten verwendete martensitische Edelstahl. Er ist außerdem weithin verfügbar und kostengünstig, sodass er für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.
Anwendungen von martensitischem Edelstahl
Hier sind einige gängige Branchen und Anwendungen von martensitischem Edelstahl:
| Industrie | Anmeldung |
| Automobilindustrie | Motorkomponenten, Auspuffanlagen, Einspritzdüsen, Ventile usw. |
| Luft- und Raumfahrt | Fahrwerke, Befestigungselemente, Strukturkomponenten, Turbinenschaufeln usw. |
| Medizinische | Chirurgische Instrumente, zahnärztliche Instrumente, orthopädische Implantate, Skalpelle usw. |
| Öl und Gas | Pumpenwellen, Ventilteile, Rohrleitungen, Bohrlochkopfkomponenten usw. |
| Stromerzeugung | Turbinenschaufeln, Pumpenkomponenten, Dampferzeuger, Ventilsitze usw. |
| Verteidigung | Gewehrläufe, Messer, Panzerplatten, Raketenkomponenten usw. |
| Chemische Verarbeitung | Pumpen, Ventile, Wärmetauscher, Reaktorkomponenten usw. |
| Lebensmittelverarbeitung | Klingen, Schneidwerkzeuge, Fleischwölfe, Förderbänder usw. |
Ist martensitischer rostfreier Stahl gut für Messer?
Ja, martensitischer Edelstahl eignet sich aufgrund seiner Härte, Verschleißfestigkeit und Fähigkeit, eine scharfe Schneide zu behalten, gut für Messer.
Martensitischer vs. austenitischer vs. ferritischer vs. Duplex- vs. ausscheidungsgehärteter Edelstahl
Vergleichen Sie die fünf Edelstahlklassen in der folgenden Tabelle:
| Eigentum | Martensitischer rostfreier Stahl | Austenitischer rostfreier Stahl | Ferritischer rostfreier Stahl | Duplex-Edelstahl | PH Edelstahl |
| Kristallstruktur | Martensitisch (BCT) | Austenitisch (FCC) | Ferritisch (BCC) | Austenitisch + Ferritisch, normalerweise 50% + 50% | Martensitisch oder Austenitisch + Ausscheidungshärtung |
| Mechanische Festigkeit | Hohe Festigkeit, hohe Härte | Hohe Zähigkeit, gute Duktilität | Mäßige Festigkeit, gute Zähigkeit | Hohe Festigkeit, überragende Bruchfestigkeit | Sehr hohe Festigkeit nach Wärmebehandlung |
| Korrosionsbeständigkeit | Mäßig, anfällig für Korrosion in rauen Umgebungen | Hervorragend, insbesondere in sauren und chloridhaltigen Umgebungen | Gut, insbesondere in oxidierenden Umgebungen | Hervorragend geeignet, insbesondere in chloridhaltigen und marinen Umgebungen | Gut, aber schlechter als austenitische oder Duplex-Typen |
| Schweißeignung | Schlecht, erfordert Vor- und Nachwärmebehandlung | Hervorragend, minimale Auswirkungen durch Schweißen | Mäßige Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich | Gut, aber die Abkühlrate muss kontrolliert werden | Gut, aber Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich |
| Wärmebehandlung | Härten durch Anlassen | Kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, Kaltbearbeitung kann verstärken | Nicht wärmebehandelbar, kann durch Kaltverformung verstärkt werden | Behält gute Eigenschaften nach der Wärmebehandlung bei | Verstärkt durch Aushärtungswärmebehandlung |
| Typische Anwendungen | Schaufelblätter, Wellen, mechanische Komponenten | Lebensmittelverarbeitung, chemische Anlagen, medizinische Geräte | Auspuffanlagen für Kraftfahrzeuge, Wärmetauscher | Meerestechnik, Öl- und Gaspipelines | Luft- und Raumfahrt, Nukleartechnik, Hochfestigkeitsanwendungen |
Was Sie auch interessieren könnte
Nachdem Sie nun ein tieferes Verständnis für martensitischen nicht rostenden Stahl haben, gibt es noch einige häufige Probleme, die Ihre Aufmerksamkeit verdienen：
Kann martensitischer nichtrostender Stahl rosten?
Ja, martensitischer rostfreier Stahl kann rosten, weil er weniger Chrom enthält, vor allem, wenn er nicht richtig gepflegt wird.
Warum wird martensitischer Edelstahl immer gehärtet?
Martensitischer nichtrostender Stahl wird immer angelassen, um seine Sprödigkeit zu verringern und seine Zähigkeit zu erhöhen. Durch das Anlassen werden innere Spannungen abgebaut und die mechanischen Eigenschaften verbessert, wodurch sich der Stahl besser für den praktischen Einsatz eignet.
Kann man martensitischen rostfreien Stahl schweißen?
Ja, man kann martensitischen Edelstahl schweißen, aber das ist eine Herausforderung, da er leicht rissig wird und an Festigkeit verliert. Eine ordnungsgemäße Vorwärmung und Wärmebehandlung nach dem Schweißen sind notwendig, um diese Probleme zu bewältigen.
Ist martensitischer rostfreier Stahl magnetisch oder nicht?
Martensitischer Edelstahl ist magnetisch, da er einen hohen Eisengehalt aufweist und eine martensitische Kristallstruktur hat, die seine magnetischen Eigenschaften behält. Da er nicht ausreichend Nickel oder andere Elemente enthält, die den Magnetismus verringern würden, bleibt er magnetisch.
Weiterführende Lektüre
Ist rostfreier Stahl magnetisch?
Was ist der Unterschied zwischen martensitischem und austenitischem nichtrostendem Stahl?
Martensitischer Edelstahl ist hart, fest und kann wärmebehandelt werden, was ihn ideal für Werkzeuge und Besteck macht, während austenitischer Edelstahl nicht magnetisch und äußerst korrosionsbeständig ist und aufgrund seiner ausgezeichneten Schweißbarkeit und Formbarkeit häufig in der Lebensmittelverarbeitung und bei medizinischen Geräten verwendet wird.
Ist Martensit oder Austenit stabiler?
Martensit ist aufgrund seiner härteren, spröderen tetragonalen Raumzentrierungsstruktur (BCT), die durch schnelles Abkühlen (Abschrecken) entsteht, fester als Austenit, während Austenit weicher und dehnbarer ist.
Zusammenfassung & Sonstiges
In diesem Artikel werden kurz die Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Strukturbildung, Güteklassen, Anwendungen und andere wichtige Aspekte von martensitischem Edelstahl erläutert. Weitere Informationen zu Edelstahl oder anderen Stahlsorten finden Sie unter unser Blog oder Kontakt zu unseren Metallspezialisten.
Als führender Hersteller und Lösungsanbieter von Spezialstahl liefert SteelPRO branchenübergreifende Anwendungslösungen und maßgeschneiderte Dienstleistungen. Wir garantieren 100%-Produktqualität und sind bestrebt, gemeinsam mit unseren Kunden zu wachsen. Besuchen Sie unsere Webseite um mehr zu erfahren, oder Senden Sie uns eine Anfrage. Wir werden Sie in Kürze kontaktieren!
