Definition
- Eine Legierung mit dem Element Eisen (Fe) als Hauptbestandteil.
- Hat einen Chromanteil von mehr als 12 %
- Hat meist einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (C ≤ 0,05 %).
- Verschiedene Zusätze von Nickel (Ni), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Niob (Nb) und Titan (Ti) liefern unterschiedliche Eigenschaften, wie. z.B. Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Festigkeit bei hohen Temperaturen.
- Chrom verbindet sich mit Sauerstoff (O), um eine passivierende Schicht aus Cr2O3 auf der Stahloberfläche auszubilden, was dem Werkstoff eine korrosionsfeste Eigenschaft verleiht.
Zerspanbarkeit allgemein
Die Zerspanbarkeit von rostfreien Stählen hängt von den Legierungsanteilen, der Wärmebehandlung und den Herstellungsprozessen (geschmiedet, gegossen usw.) ab. Generell nimmt die Zerspanbarkeit mit einem höheren
Legierungsanteil ab. In der Gruppe rostfreier Stähle sind jedoch auch Automatenstahl und andere optimierte Werkstückstoffe enthalten.
- Langspanender Werkstoff.
- Spankontrolle ist in ferritischen/martensitischen Werkstoffen ausreichend, wird aber komplizierter bei austenitischen und Duplexarten.
- Spezifische Schnittkraft: 1800-2850 N/mm².
- Die Bearbeitung erzeugt hohe Schnittkräfte, Aufbauschneiden und kaltverfestigte Oberflächen.
- Eine austenitische Struktur mit höherem Stickstoff (N)-Gehalt erhöht die Festigkeit und bietet gewisse Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, setzt aber die Zerspanbarkeit herab, während sich die Härtung durch die Umformung verstärkt.
- Schwefel (S) wird für eine bessere Zerspanbarkeit zugegeben.
- Ein hoher C-Gehalt (> 0,2 %) führt zu relativ großem
MC-Code für rostfreien Stahl
Bestimmung der Werkstoffgruppe
Die Mikrostruktur, die ein rostfreier Stahl erhält, hängt vorrangig von seiner chemischen Zusammensetzung ab, bei der Chrom (Cr) und Nickel (Ni) die wichtigsten Legierungselemente sind (siehe Diagramm). In der Praxis kann die Abweichung durch den Einfluss anderer Legierungselemente, die entweder
das Austenit oder das Ferrit unterstützen, beträchtlich sein. Die Struktur kann auch durch Wärmebehandlung oder – in einigen Fällen – Kaltumformen verändert werden. Ausscheidungsgehärtete ferritische oder austenitische rostfreie Stähle weisen eine höhere Zugfestigkeit auf.
Ferritischer und martensitischer rostfreier Stahl – P5.0-5.1
Definition
Ferritische und martensitische rostfreie Stähle werden aus Sicht der Zerspanbarkeit als ISO P klassifiziert. Der normale Cr-Gehalt beträgt 12-18 %. Daneben gibt es nur kleine Mengen anderer Legierungselemente.
Martensitische rostfreie Stähle haben einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt, weshalb sie gehärtet werden können. Ferritische Stähle sind magnetisch. Die Schweißbarkeit für beide Stahlarten ist gering, die Korrosionsbeständigkeit liegt zwischen mittel und gering, was aber durch Zugabe von Chrom verbessert werden kann.
Haupteinsatzgebiete
Häufig verwendet bei Anwendungen, die geringe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit stellen. Der ferritische Werkstoff ist relativ kostengünstig, da er wenig Nickel enthält. Anwendungsbeispiele: Pumpenwellen, Dampf- und Wasserturbinen, Muttern, Bolzen, Warmwasserboiler; wird auch in der Zellulose- und nahrungsmittelverarbeitenden Industrie wegen niedrigerer Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit eingesetzt.
Martensitische Stähle können gehärtet werden und finden Anwendung für die Schneiden bei Besteckstahl, Rasierklingen, chirurgischen Instrumenten usw.
Zerspanbarkeit
Im Allgemeinen ist die Zerspanbarkeit gut und sehr ähnlich der von niedriglegierten Stählen, deshalb klassifiziert als ISO P-Werkstoff. Ein hoher Kohlenstoffgehalt (> 0,2 %) ermöglicht das Härten des Werkstoffs. Die Bearbeitung erzeugt Freiflächen- und Kolkverschleiß mit etwas Aufbauschneidenbildung. ISO P-Sorten und -Geometrien eignen sich gut dafür.
Austenitischer und super austenitischer rostfreier Stahl – M1.0-2.0
Definition
Austenitische Stähle machen die Hauptgruppe der rostfreien Stähle aus; die gebräuchlichste Zusammensetzung beträgt 18 % Cr und 8 % Ni (z.B. 1.4301, X5CrNi18-10,V2A). Ein korrosionsbeständiger Stahl entsteht durch den Zusatz von 2-3 % Molybdän; er wird dann oftmals als „säurebeständiger Stahl“ bezeichnet (1.4401X5CrNiMo17-12-2). Die MC-Gruppe umfasst auch super-austenitische rostfreie Stähle mit einem Ni-Gehalt von über 20 %. Die austenitischen ausscheidungsgehärteten (PH)-Stähle verfügen über eine austenitische Struktur in lösungsgehärtetem Zustand und einen Cr-Gehalt von >16 % sowie einen Ni-Anteil von >7 % mit ca. 1 % Aluminium (Al). Ein typischer Vertreter dieser Art ist 17/7 PH-Stahl.
Haupteinsatzgebiete
In Bauteilen eingesetzt, bei denen gute Korrosionsbeständigkeit gefordert wird. Sehr gute Schweißbarkeit und gute Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Zu den Einsatzbereichen gehören: Chemie-, Zellstoff- und Nahrungsmittel verarbeitende Industrien, aber auch die Luftfahrt (Abgaskrümmer für Flugzeuge). Gute mechanische Eigenschaften werden durch die Kaltumformung noch verbessert.
Zerspanbarkeit
Kaltumformung generiert harte Oberflächen und harte Späne, was wiederum zu Kerbverschleiß führt. Darüber hinaus kommt es zu Klebeffekten und Aufbauschneidenbildung. Er hat eine relative Zerspanbarkeit von 60 %. Der Aushärtungszustand kann Beschichtung und Substratmaterial aus der Schneidkante reißen und somit Absplittern und ungenügende Oberflächengüte verursachen. Austenit produziert zähe, lange, regelmäßige Späne,
die schwer zu brechen sind. Durch die Zugabe von Schwefel verbessert sich zwar die Zerspanbarkeit, gleichzeitig wird aber die Korrosionsbeständigkeit herabgesetzt.
Scharfe Schneidkanten mit positiver Geometrie verwenden. Unter der kaltverfestigten Schicht schneiden. Schnitttiefe konstant halten. Erzeugt bei der Zerspanung viel Wärme.
Duplexstahl – M 3.41-3.42
Definition
Durch den Zusatz von Ni zu einem ferritischen rostfreien Stahl auf Cr-Basis wird eine gemischte Basisstruktur/Matrix ausgeformt, die sowohl Ferrit als auch Austenit enthält. Das Ergebnis wird Duplexstahl genannt. Duplex-Werkstoffe verfügen über hohe Zugfestigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Bezeichnungen wie Super- Duplex und Hyper-Duplex zeigen einen höheren Anteil von Legierungselementen und sogar noch eine bessere Korrosionsbeständigkeit an. Ein Cr-Gehalt von 18 bis 28 % und ein Ni-Anteil von 4 bis 7 % sind bei Duplexstählen gebräuchlich und erzeugen
einen ferritischen Anteil von 25-80 %. Die ferritische und austenitische Phase liegt bei Raumtemperatur gewöhnlich zu gleichen Teilen vor. Typische SANDVIKMarkennamen sind SAF 2205 (1.4462) und SAF 2507 (1.4410).
Haupteinsatzgebiete
Häufig bei Maschinen in der chemischen, medizinischen und Nahrungsmittelindustrie, im Bauwesen sowie bei der Zellulose- und Papierherstellung anzutreffen, aber auch bei Prozessen, in denen Säuren und Chlor verwendet werden. Oft in Ausrüstungen bei der Off-Shore-Öl- und Gasgewinnung eingesetzt.
Zerspanbarkeit
Relative Zerspanbarkeit allgemein schlecht (30 %) durch eine hohe Dehngrenze und hohe Zugfestigkeit. Ein Ferritanteil von mehr als 60 % verbessert die Zerspanbarkeit. Bei der Bearbeitung fallen feste Späne an, die Spanhämmern verursachen können und zu hohen Schnittkräften führen. Außerdem wird viel Wärme produziert, was die Ursache für plastische Verformung und schweren Kolkverschleiß sein kann. Kleine Einstellwinkel sind vorzugsweise zur Vermeidung von Kerbverschleiß und Gratbildung zu wählen. Stabilität bei der Werkzeugspannung und Werkstückbefestigung ist entscheidend.