Aufschlüsselung der gängigen Stahllegierungstypen

Stahllegierungssorten

Stahl Stahl ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten Materialien. Er wird täglich in Gebäuden, Werkzeugen und Fahrzeugen verwendet. Während die meisten Menschen annehmen, dass Stahl nur aus Eisen und Kohlenstoff besteht, ist moderner Stahl weitaus komplexer. Moderne Stähle enthalten präzise Kombinationen anderer Elemente, um Festigkeit, Flexibilität und Haltbarkeit zu verbessern.

Man könnte meinen, Stahl sei eine feste Formel. Tatsächlich verändert er sich jedoch je nach Herstellungsverfahren. Die Anpassung des Kohlenstoffgehalts oder die Zugabe von Legierungen wie Chrom oder Mangan verändert sein Verhalten. Diese Veränderungen können Stahl härter, dehnbarer oder korrosionsbeständiger machen. Beispielsweise bei der Wahl zwischen 4130 und 4140 zur Verfügung Stahl, ist es hilfreich zu wissen, wie jeder Typ Festigkeit und Zähigkeit unterschiedlich handhabt. Dasselbe gilt für Edelstahl 316 und 316L. Sie scheinen sehr ähnlich zu sein, weisen aber leichte Unterschiede auf. Deshalb eignet sich Stahl in vielen Umgebungen, vom Bauwesen bis zur Luft- und Raumfahrt.

Es ist weit verbreitet, dass Stahl nur in ein oder zwei Formen vorkommt. Tatsächlich gibt es jedoch über 3,500 verschiedene Stahlsorten. Jede Sorte dient einem einzigartigen industriellen Zweck. Sie erkennen eine Stahlsorte am Kohlenstoffanteil, den hinzugefügten Legierungselementen und der Verarbeitung.

In diesem Artikel erfahren Sie alles Wissenswerte darüber, wie Stahllegierungssorten klassifiziert werden. Sie lernen die vier wichtigsten Stahlsorten, die Rolle der Stahlsorten und die Leistungssteigerung durch Wärmebehandlung kennen.

4 gängige Stahllegierungssorten, die Sie kennen sollten

Es gibt im Allgemeinen vier gängige Stahlsorten. Jede Sorte weist ihre eigenen Eigenschaften auf. Alle Branchen verwenden Kohlenstoff-, Legierungs-, Edelstahl- und Werkzeugstähle. Wie unterscheiden sich die einzelnen Produkte voneinander? Wir werden dies im Detail besprechen.

Stahl eignet sich für Schwerbau- und chirurgische Instrumente und ist schnell anpassungsfähig. Alle Ausführungen sind auf die jeweiligen Anforderungen des Unternehmens zugeschnitten. So können Sie für jede Aufgabe die richtige Stahlsorte wählen.

Kohlenstoffstähle

Bearbeitete Komponenten aus Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahl Besteht hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff (bis zu 2.1 %), mit geringen Mengen an Mangan, Silizium und anderen Restelementen. Ungefähr 90% des heute produzierten Stahls gehört zu dieser Kategorie. Das liegt daran, dass er schwer herzustellen, für viele Menschen erschwinglich und nicht zu teuer ist. Gebäude, Öl- und Gaspipelines und Autorahmen sind bekannte Einsatzgebiete.

Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die drei Kategorien. Weichstahl, auch als kohlenstoffarmer Stahl bezeichnet, enthält bis zu 0.3 % Kohlenstoff. Da er duktil ist, eignet er sich gut zum Schweißen und Biegen. Er wird zur Herstellung von Konstruktionen, Blechen oder Möbelrahmen verwendet.

Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt umfasst zwischen 0.3% und 0.6% Kohlenstoff. Es verleiht sowohl Festigkeit als auch Flexibilität. Daher wird es häufig in Motoren und anderen Maschinen eingesetzt. Kohlenstoffstahl ist sehr zäh, da sein Kohlenstoffgehalt über 0.6 % liegt. Er ist jedoch nicht so flexibel wie eine Stilettklinge und Federn.

Darüber hinaus ist es einfach herzustellen und kostengünstig. Daher wird es bei großen Bauprojekten als Hauptmaterial verwendet. Es gibt einen signifikanten und bewussten Unterschied zwischen Weichstahl und Kohlenstoffstahl. (Weitere Informationen finden Sie unter Legierter Stahl VS Kohlenstoffstahl)

Legierte stähle

Legierte Stahlstangen

Legierte Stähle enthalten Kohlenstoffstahl und zusätzliche Elemente wie Chrom, Nickel, Kupfer oder Aluminium, die üblicherweise hinzugefügt werden. Diese Bestandteile verändern das Verhalten des Stahls bei Dehnung und Verschleiß. Das Legieren verleiht ihm Schutzeigenschaften, Flexibilität und Festigkeit.

Legierter Stahl eignet sich am besten für Hochleistungsteile. Hersteller verwenden ihn in der Luft- und Raumfahrtindustrie, auf Offshore-Ölfeldern und für alle Anwendungen, die häufig ausgetauscht werden müssen. Er ist in vielen Güten erhältlich, je nach Anwendung. 

Sie sind für Anwendungen konzipiert, die für Kohlenstoffstahl zu schwierig sind. Dazu gehören Hitze, Kälte, anspruchsvolle Krafteinwirkungen und viele weitere Anwendungen. Legierter Stahl zeichnet sich durch seine Langlebigkeit aus.

Rostfreier Stahl

Edelstahlrohre

Stahl muss den rauen Witterungsbedingungen standhalten. Hier kann man auf Edelstahl zählen. Er hat 10–20 % Chrom innerhalb seiner Zusammensetzung. Nickel und Silizium sind Substanzen, die Titan korrosionsbeständig machen.

Edelstahl zeichnet sich durch seine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Daher eignet er sich gut für den Außenbereich. Er wird häufig auf Brücken, Schienen und Dächern verwendet. Salzige Luft oder Regen können Edelstahl nicht korrodieren lassen.

Edelstahl 304 wird in vielen Branchen eingesetzt. Er schützt Kabel und Komponenten vor extremen Bedingungen. Daher ist er auch in vielen elektrischen Geräten zu finden.

Der Hauptgrund für diesen Stahl ist nicht immer seine Witterungsbeständigkeit. Chirurgische Instrumente und Krankenhausgeräte werden aus Edelstahl gefertigt. Er lässt sich leicht reinigen; Bakterien können sich dort nicht vermehren. Deshalb setzen viele Lebensmittel-, Pharma- und Medizinunternehmen auf Chemie.

Werkzeugstähle

Bearbeitete Teile aus Werkzeugstahl

Werkzeugstahl Es wird für anspruchsvolle Anwendungen wie die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Stempeln und Matrizen verwendet. Sein Glanz zeigt sich in Werkzeugen wie Sägen, Schleifmaschinen und Pressen. Werkzeugstähle können sich bei hohen Temperaturen verformen; Warmarbeitsstähle (z. B. H13) widerstehen der Verformung bis zu ca. 540 °C (1000 °F), jedoch nicht unbegrenzt. Dies ist auf die Zugabe von Metallelementen wie … zurückzuführen. Wolfram, Kobalt und Molybdän.

Werkzeugstahl hält Verschleiß stand, der andere Metalle schnell zersetzt. Er ist robust und langlebig und behält seine scharfe Schneide über einen langen Zeitraum. Schneidwerkzeuge wie Handwerkzeuge, Matrizen und Bohrer sind auf ihn angewiesen. Tägliche Präzisionsarbeit in Fabriken wird durch seine Hilfe ermöglicht.

Werkzeugstahl lässt sich durch normalen Druck oder Belastung nicht so leicht brechen. Er bildet keine Dellen, reißt nicht und verformt sich nicht. Deshalb wird er in der Schwerindustrie und im verarbeitenden Gewerbe gerne eingesetzt.

Siehe auch: Legierter Stahl VS Edelstahl

 

Stahlbewertungssystem

Kategorisierung der Stahllegierungssorten

Stahlsortierungssysteme ermöglichen die Sortierung nach Stahlart. Stahl wird nach seiner Verwendungsart gruppiert. Durch Abkühlung kann sich die Festigkeit verändern. Daher können zwei Stahlbleche aus derselben Legierung durch Wärmebehandlung unterschiedliche Güten aufweisen.

Im ASTM-System werden die Güteklassen durch eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen. Das ASTM-Präfix „A“ kennzeichnet Eisenwerkstoffe, während „SA“ rostfreie/legierte Stähle für die Luft- und Raumfahrt kennzeichnet.. Jedes Metall hat eine Nummer, die seine Eigenschaften angibt. Dadurch wird es einfacher, den richtigen Stahl für verschiedene Zwecke auszuwählen.

A vierstelliger Code wird stattdessen verwendet in der SAE-System. Die ersten beiden Zahlen geben die Art der verwendeten Legierung an. Die letzten beiden Ziffern geben den Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent an (z. B. 4140 = 0.40 % C). Daran lässt sich unmittelbar die Belastbarkeit des Stahls ablesen.

Diese Klassifizierungssysteme werden in vielen Branchen eingesetzt. Wissenschaftler, Ingenieure und Fertigungsmitarbeiter nutzen sie täglich. Durch Normen wird die Materialzusammensetzung einheitlich und eindeutig sichergestellt. Sie geben außerdem vor, wie Stahl verarbeitet oder angewendet werden muss. Weiterlesen:Stahlherstellung

Verschiedene Methoden der Stahlwärmebehandlung

Wärme wird verwendet, um die Eigenschaften von Stahl zu verändern. Verschiedene Methoden versuchen, Härte, Duktilität und Zähigkeit von Metallen zu verbessern. Die folgenden Wärmebehandlungen sind die wichtigsten.

Sphäroidisierung

Erhitzen von Kohlenstoffstahl auf 1290°F (699°C) für 30 Stunden erfolgt beim Sphäroidisieren. Zementit, der einst in Schichten vorlag, bildet nun winzige Kugeln. Der Stahl wird dadurch weicher und lässt sich besser formen. Dieses Verfahren wird häufig eingesetzt, um die Bearbeitung und Formgebung zu verbessern. Weichstahl profitiert am meisten vom Sphäroidisieren.

Vollglühen

Vollglühen

Beim Glühen von Kohlenstoffstahl wird dieser bis nahe an seinen kritischen Temperaturpunkt erhitzt. Nach einer Stunde wird er vorsichtig abgekühlt. Durch die langsame Abkühlung bildet sich eine grobe perlitische Struktur. Das Ergebnis ist flexibler Stahl, der nicht von inneren Spannungen beeinflusst wird.

Prozessglühen

Stahlglühen

Durch Prozessglühen werden die durch Kaltverformung in kohlenstoffarmen Stählen verursachten Spannungen abgebaut. Der Prozess dauert eine Stunde, da das Metall zwischen 550–650 °C (1022–1202 °F), unterhalb der unteren kritischen Temperatur. Die Struktur des Stahls wird neu angeordnet. Durch das Abkühlen lässt sich der Stahl leichter bearbeiten und formen.

Isothermisches Glühen

Kohlenstoffstahl hat einen hohen Kohlenstoffgehalt. Er ist in der Regel isothermisch geglühtErhitzen Sie die Masse über die erhitzbare Temperatur. Halten Sie die Temperatur, lassen Sie sie bis zum unteren kritischen Punkt abkühlen und halten Sie sie dort. Lassen Sie sie nach dem Backen langsam auf Raumtemperatur abkühlen. So bleiben Temperatur und Struktur im gesamten Kuchen gleich.

Ausglühen

Kohlenstoffstahl wird eine Stunde lang in der Austenitphase normalisiert. Die Abkühlung erfolgt an der Luft. Dadurch erhält der Stahl eine feine Struktur mit perlenartigen Körnern. Der Stahl ist rundum fest und somit belastbar.

Abschrecken

Stahlabschreckung

Das schnelle Abkühlen von Stahl beim Abschrecken erfolgt nach dem Erhitzen auf Normaltemperatur. Die Abkühlung kann mit Wasser, Öl oder Salzlake erfolgen. Dabei entsteht eine starre und leicht brechbare martensitische Struktur. Viele Schneidwerkzeuge und Teile, die lange halten müssen, werden daraus hergestellt. Meistens wird abgeschreckter Stahl anschließend angelassen.

Anlassen von gehärtetem Stahl

Vergüteter Stahl

Durch Anlassen erhält gehärteter Stahl die richtige Härte und Zähigkeit. Er wird bei einer niedrigeren kritischen Temperatur wiedererwärmt. Die Anlasstemperaturen liegen zwischen 150 und 650 °C (300 und 1200 °F), wobei niedrigere Temperaturen die Härte erhalten, höhere Temperaturen die Zähigkeit erhöhen. Dadurch wird der Stahl weniger bruchanfällig und fester.

 

Welche Stahlsorte ist die beste?

Keine bestimmte Stahlsorte gilt immer als die „beste“ Stahlbearbeitung Güte. Viele verschiedene Faktoren beeinflussen die richtige Wahl. Zum Beispiel Elemente wie die Rolle Ihres Stahls, seine erforderlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften und Ihre Investition.

Einige Stahlsorten gelten allgemein als die besten auf ihrem Gebiet. Kohlenstoffstähle verwenden oft die Sorten A36, A529, A572, 1020, 1045 und 4130Die üblichen legierten Stähle höchster Qualität sind 4140, 4150, 4340, 9310 und 52100. Wichtige, oft genannte Sorten unter den rostfreien Stählen sind 304, 316, 410 und 420Die besten Werkzeugstahlsorten sind meist D2, H13 und M2.
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Fazit

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Häufig gestellte Fragen

F1. Welche Güten von legiertem Stahl gibt es?

Legierter Stahl ist in den Güten 4140, 4340, 8620, 1215 und 6150 erhältlich. Diese Güten unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und ihren mechanischen Eigenschaften und sind für bestimmte industrielle Anwendungen konzipiert.

F2. Welche vier Arten von legiertem Stahl gibt es?

Die wichtigsten Kategorien für legierten Stahl sind: niedrig legiert (≤ 8 % Legierungselemente), hoch legiert (> 8 % Legierungselemente), mikrolegiert (Zusätze von Nb/V/Ti) und ultrahochfeste Stähle.

F3. Welcher legierte Stahl ist der stärkste?

Maraging-Stahl gilt als einer der stärksten legierten Stähle und ist für seine extrem hohe Festigkeit und Zähigkeit bekannt. Weitere robuste Stahlsorten sind 300M und 4340, die häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Verteidigung eingesetzt werden.

F4. Wofür wird 4140-Stahl üblicherweise verwendet?

4140-Stahl wird häufig in Automobil- und Industrieteilen wie Zahnrädern, Wellen und Werkzeugen verwendet. Er bietet nach der Wärmebehandlung ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit.

F5. Was ist stärker, 12.9- oder 10.9-Stahl?

Stahl der Güteklasse 12.9 ist fester als Stahl der Güteklasse 10.9. Er weist eine höhere Zugfestigkeit (bis zu 1,220 MPa) auf und eignet sich daher besser für Anwendungen mit hoher Beanspruchung wie schweres Gerät und strukturelle Befestigungselemente.