Hochlegierter Stahl – Zusammensetzung, Arten, Vorteile

Kennzeichnung

Basierend auf DIN EN 10027-1, wird der hochlegierte Stahl durch ein X gekennzeichnet, um ihn von legierten Stählen zu unterscheiden. Dem X folgen Angaben zur chemischen Zusammensetzung, wie z.B. zum Kohlenstoffgehalt und weiteren Legierungselementen, welche die Eigenschaften des Stahls beeinflussen. So ist der EN-Kurzname des Edelstahls 1.4301 “X5CrNi18-10”. Es handelt sich hier um einen hochlegierten Stahl mit einem Chromanteil von 18% und einem Nickelanteil von 10%.

Zusammensetzung

Wichtigste Legierungselemente

Hochlegierter Stahl ist bei der chemischen Zusammensetzung durch einen hohen Anteil an Legierungselementen gekennzeichnet, die jeweils zu den besonderen Eigenschaften des Stahls beitragen:

• Kohlenstoff (C): Obwohl Kohlenstoff kein traditionelles Legierungselement ist, spielt er eine entscheidende Rolle im Stahl. Er erhöht die Härte und die Festigkeit, kann aber die Duktilität verringern, wenn er in größeren Mengen vorhanden ist. Bei hochlegiertem Stahl variiert der Kohlenstoffgehalt je nach den gewünschten Eigenschaften, ist aber in der Regel ausgewogen, um eine gute Mischung aus Festigkeit, Härte und Zähigkeit zu erhalten.
• Chrom (Cr): Chrom, das oft über 10 % liegt, erhöht die Korrosionsbeständigkeit und die Härte. Es ist von entscheidender Bedeutung für die Bildung von rostfreiem Stahl, wo sein Vorhandensein die Bildung einer schützenden Oxidschicht ermöglicht.
• Nickel (Ni): Verbessert die Zähigkeit, Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Nickellegierungen bieten auch eine verbesserte Duktilität.
• Molybdän (Mo): Erhöht die Festigkeit und Hochtemperaturstabilität. Es hilft auch, Korrosion zu verhindern und die Festigkeit bei hohen Temperaturen zu erhalten.
• Weitere Legierungselemente: Elemente wie Vanadium, Wolfram und Kobalt können ebenfalls enthalten sein und verleihen dem Stahl jeweils spezifische Eigenschaften.

Der Einfluss der Legierungselemente

• Kohlenstoff: Stellt das Grundgerüst für die mechanischen Eigenschaften von Stahl dar. Sein Gehalt wird sorgfältig kontrolliert, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Härte und Duktilität zu gewährleisten.
• Chrom: Bildet eine Passivierungsschicht aus Chromoxid auf der Oberfläche, die weitere Korrosion verhindert.
• Nickel: Erhöht die Gesamtfestigkeit und erhält die Robustheit des Materials bei unterschiedlichen Temperaturen.
• Molybdän: Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Festigkeit des Materials zu erhöhen, insbesondere bei höheren Temperaturen, wodurch es sich für hochbelastete Anwendungen eignet.

Die Kombination dieser Elemente ermöglicht es hochlegiertem Stahl, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, was ihn zu einem vielseitigen Werkstoff für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen macht.

Arten von hochlegiertem Stahl

Hochlegierte Stähle gibt es in verschiedenen Ausführungen, die sich jeweils für spezifische Anwendungen eignen:

1. Rostfreier Stahl: Rostfreier Stahl ist für seine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit bekannt und enthält einen hohen Anteil an Chrom, oft über 10 %. Er wird für alles verwendet, von Küchenutensilien bis hin zu medizinischen Geräten.
2. Werkzeugstahl: Werkzeugstahl zeichnet sich durch seine Härte und Haltbarkeit aus und ist ideal für Schneid- und Bohrgeräte. Er enthält häufig Elemente wie Wolfram und Vanadium.
3. Weiter hochlegierte Stahlsorten: Zu dieser Kategorie gehören Spezialstähle wie Maraging-Stahl, der für seine Festigkeit und Zähigkeit bekannt ist, und Hadfield-Manganstahl, der für seine hohe Schlagfestigkeit bekannt ist.

Die wichtigsten Merkmale von hochlegierten Stahlsorten

Jede Art von hochlegiertem Stahl bietet einzigartige Eigenschaften:

• Rostfreier Stahl: Korrosionsbeständig, ästhetisch ansprechend und wartungsarm.
• Werkzeugstahl: Verschleißfestigkeit, Härte und die Eigenschaft, eine scharfe Kante zu behalten.
• Andere: Besondere Eigenschaften wie extreme Zähigkeit oder hohe Verschleißfestigkeit.

Eigenschaften

Hochlegierter Stahl weist eine Reihe von Eigenschaften auf, die ihn für verschiedene Anwendungen geeignet machen:

1. Hohe Festigkeit und Härte
   Diese Stähle sind für ihr hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und ihre hohe Härte bekannt. Dies macht sie ideal für Anwendungen, die eine lange Lebensdauer und Beständigkeit gegen Verformung unter Belastung erfordern.
2. Korrosionsbeständigkeit
   Dank Elementen wie Chrom bieten hochlegierte Stähle eine hervorragende Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit und eignen sich daher für den Einsatz unter rauen Umweltbedingungen.
3. Anwendungsspezifische Eigenschaften
   Abhängig von den Legierungselementen und der Wärmebehandlung können diese Stahlsorten auch Eigenschaften wie Hochtemperaturfestigkeit, Verschleißfestigkeit und magnetische Permeabilität aufweisen, wodurch sich ihr Anwendungsbereich erweitert.

Anwendungen

Hochlegierter Stahl wird aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften in vielen Industrien eingesetzt:

1. Werkzeuge und Maschinen: Schneidwerkzeuge, Bohrer, Formen und Matrizen, die von seiner Härte und Verschleißfestigkeit profitieren.
2. Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie: Wird für Komponenten verwendet, die Festigkeit und Haltbarkeit unter hohen Belastungs- und Temperaturbedingungen erfordern.
3. Bauwesen und Infrastruktur: Wird in Strukturen verwendet, die Langlebigkeit und Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse erfordern.
4. Medizinische Geräte: Chirurgische Instrumente und Implantate profitieren von der Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bestimmter hochlegierter Stähle.

Produkte aus hochlegierten Stählen

Zu den erwähnenswerten Produkten aus hochlegiertem Stahl gehören:

• Küchengeräte aus rostfreiem Stahl: Utensilien, Kochgeschirr und Geräte.
• Chirurgische Instrumente: Skalpelle, Pinzetten und Implantate.
• Automobilteile: Motorkomponenten, Auspuffanlagen und Getriebe.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile

Hochlegierter Stahl bietet mehrere Vorteile:

• Erhöhte Haltbarkeit: Widersteht Verschleiß und Verformung und verlängert so die Lebensdauer der Bauteile.
• Korrosionsbeständigkeit: Ideal für Anwendungen, die korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind.
• Vielseitigkeit: Anpassbare Eigenschaften durch unterschiedliche Zusammensetzungen und Wärmebehandlungen.

Einschränkungen

Es gibt jedoch einige Einschränkungen:

• Kosten: Im Allgemeinen teurer als niedrig legierte oder Kohlenstoffstähle aufgrund des höheren Gehalts an teuren Legierungselementen.
• Bearbeitbarkeit: Einige Sorten können aufgrund ihrer Härte schwer zu bearbeiten sein.
  Gewicht: Bestimmte hochlegierte Stähle können schwerer sein, was ihre Eignung für gewichtssensible Anwendungen beeinträchtigt.

Verbessern Sie Ihren hochlegierten Stahl mit spezialisierten Behandlungen

Die Optimierung der Eigenschaften von hochlegierten Stählen durch spezielle Behandlungen kann zu erheblichen Leistungsverbesserungen führen. Besonders hilfreich sind hierbei die Anwendungen der Bortec-Group:

• Borieren (BOROCOAT®): Ein thermochemisches Verfahren, bei dem Bor in die Materialoberfläche diffundiert und harte, verschleißfeste Boridschichten erzeugt. Diese Behandlung ist bekannt für ihre hohe Schichthärte, deutliche Verbesserung der Haftung, Beständigkeit gegen abrasiven und adhäsiven Verschleiß und hohe thermische Beständigkeit. Erfahren Sie mehr über das Borieren.
• Härtung von Rostfreiem Stahl (BORINOX®): Ein patentiertes Niedertemperaturverfahren zur Oberflächenhärtung von Rostfreiem und Nickelbasislegierungen, das die Härte und die Verschleißeigenschaften verbessert, ohne die Korrosionsbeständigkeit zu beeinträchtigen. Entdecken Sie BORINOX® Härten.
• Nickel-Beschichtung (NICKELCOAT®): Ein stromloses Nickelverfahren, das einen hohen Korrosions- und Verschleißschutz bietet und für eine Reihe von Werkstückgeometrien geeignet ist. Entdecken Sie die NICKELCOAT®-Nickel-Beschichtung.
• Nitrieren / Nitrocarburieren: Ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem Stickstoff verwendet wird, um die Stahloberfläche zu härten und so die Verschleißfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Erfahren Sie mehr über Nitrieren und Nitrocarburieren.

Jede dieser Behandlungen kann die Eigenschaften von hochlegiertem Stahl erheblich verbessern und eignet sich daher für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen.