Martensitischer Stahl – Eigenschaften und Anwendungen

Allgemeine Informationen und Herstellung

Martensitische Stahlsorten werden geläufig auch als „Martensit“ bezeichnet, welches allerdings genau genommen das metastabile Gefüge des Stahls beschreibt. Martensit kann auch in anderen Metallen und Nichtmetallen vorkommen.

Es entsteht athermisch und diffusionslos durch Scherbewegungen aus dem Ausgangsgitter. Grundsätzlich wird der Werkstoff dabei von seiner Hochtemperaturphase zu einer Niedrigtemperaturphase abgeschreckt bzw. abgekühlt. Der Martensit ist nicht nur auf Metallen und Eisenmetallen wie Stahl beschränkt, sondern kann auch in Nichtmetallen wie zum Beispiel Keramik und Polymere erzeugt werden.

Martensit in Stählen

Martensitische Stähle und Edelstähle entstehen, wenn das Material von der γ-Phase (Austenit) zur α-Phase (Ferrit) schnell abgekühlt wird. Dabei findet ein Umklappvorgang vom kubisch-flächenzentrierten Gitter in ein tetragonal raumzentriertes Gitter statt. Die Umwandlung ist vollendet, sobald die Temperatur des Martensitendes erreicht wurde.

Die Abschrecktemperatur muss tief genug sein, sodass die athermische Umwandlung der Phasen erst erzeugt werden kann. Gleichzeitig ist auch die Geschwindigkeit des Abschreckens bedeutsam, um Diffusionsvorgänge am Metall zu verhindern. Hierbei wird zwischen der oberen kritischen Abkühlgeschwindigkeit und der unteren kritischen Abkühlgeschwindigkeit unterschieden. Bei der letzteren bilden sich erste Anteile an Martensit, neben anderen Gefügen (Ferrit, Bainit, Zementit und Perlit). Bei der oberen Abkühlgeschwindigkeit entsteht nur Martensit.

Dabei sind Temperatur und Geschwindigkeit der Abkühlung immer vom gewünschten Gefüge-Ergebnis und vom Werkstoff abhängig. Legierungselemente, dazu zählt auch der Kohlenstoffgehalt, setzten die kritische Abkühlgeschwindigkeit herab.

Bei der Martensitbildung von Stählen ab einem Kohlenstoffgehalt > 0,6 %  besteht die Gefahr von Restaustenit. Das bedeutet, dass ein Teil des Austenits nicht umgewandelt wurde. Da Austenit deutlich weicher als Martensit ist, liegt eine sogenannte Weichfleckigkeit vor. Restaustenit lässt sich allerdings durch erneutes Anlassen, Tiefkühlen oder Umformung beseitigen.

Vorteile und Nachteile des martensitischen Stahls

Wie bei jedem Material gibt es auch bei martensitischen Stahl Vor- und Nachteile. Hier sind die wichtigsten:

Vorteile

1. Hohe Härte und Festigkeit: Martensitischer Stahl ist bekannt für seine hohe Festigkeit und Härte.

2. Gute Verschleißfestigkeit: Aufgrund seiner hohen Härte hat martensitischer Stahl eine gute Verschleißfestigkeit, was seine Lebensdauer in vielen Anwendungen verlängert.

3. Magnetisch: Martensitischer Stahl ist magnetisch, was in bestimmten Anwendungen nützlich sein kann.

Nachteile

1. Sprödigkeit: Obwohl martensitischer Stahl sehr hart ist, ist er auch spröde. Das bedeutet, dass er unter hohen Belastungen oder bei Stoßbelastungen brechen kann.

2. Schwierig zu bearbeiten: Aufgrund seiner Härte kann martensitischer Stahl schwierig zu bearbeiten sein. Spezielle Werkzeuge und Techniken sind oft erforderlich.

3. Anfällig für Korrosion: Im Vergleich zu anderen Stahlsorten ist martensitischer Stahl anfälliger für Korrosion, insbesondere wenn er nicht richtig behandelt oder geschützt ist.

Martensitische Edelstähle

Mittlerweile gibt es eine große Auswahl an martensitischen rostfreien Stählen, welche in vielen Bereichen Anwendung finden. Hier eine kurze Übersicht der gängigsten martensitischen Edelstähle:

• 1.4006 (AISI 410/413, X12Cr13): Nichtrostende martensitische Stahlsorten mit einem Chromanteil von 13%.
• 1.4021 (X20CR13): Diese Stahlgüte weist ebenfalls eine Chromlegierung von 13% auf. Sie unterscheidet sich allerdings in einem höheren Kohlenstoffgehalt.
• 1.4005 (AISI 416, X12CRS13): Ein Automatenstahl mit Schwefelzusatz.
• 1.4106 (AISI 430F, X14CRMoS17): Ein hochlegierter rostfreier Martensit-Stahl mit signifikantem Anteil an Molybdän, Silizium und Schwefel.
• 1.4057 (AISI 431, X17CRNi16-2): Ein vergleichsweise zäher martensitischer Edelstahl mit einer Nickellegierung von bis zu 2,5%.

Härten von martensitischen Stahl

Martensit wird durch eine Wärmebehandlung erzeugt und wird durchgeführt, um die Härte des Werkstoffs zu erhöhen. Eine noch höhere Oberflächenhärte kann durch BORINOX® erreicht werden. Vielmehr noch verbessert die Behandlung die Korrosionsbeständigkeit und den Verschleißschutz von martensitischen Edelstählen. In sauren oder chloridhaltigen Umgebungen sind martensitische Edelstähle ohne spezielle Behandlungen langfristig nicht geeignet. Das BORINOX® Niederdruckverfahren erzeugt eine außerordentlich verschleißfeste Oberfläche. Kontaktieren Sie uns hier, um Ihren martensitischen rostfreien Stahl optimal zu schützen.