Einfluss von Legierungselementen in Fe-C-Legierungen und Edelstahl
Fe-C-Legierungen und Legierungselemente
Einfluss einzelner Legierungselemente
- Mn (< 1,6 %): Entzunderung und Desulfuration. Erhöht Streckgrenze (Re), Zugfestigkeit (Rm), Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit. Verringert die Bearbeitbarkeit.
- P (< 0,04 %): Erhöht Re, Rm und Verschleißfestigkeit, verschlechtert jedoch die Bearbeitbarkeit und verringert die Abhärtung.
- S (< 0,04 %): Gilt in Stählen als schädlich. Die Bearbeitbarkeit und Härte steigen, während Bruchdehnung, Zähigkeit und Re sinken.
- Si (< 0,50 %): Desoxydation, Erhöhung von Re, Rm, Härte und Verschleißfestigkeit. Verringert Bearbeitbarkeit, Zähigkeit und Schmiedbarkeit.
Einfluss der Legierungselemente allgemein
- Mechanische Eigenschaften: Verfestigung durch Karbidausscheidung.
- Härtbarkeit: Verbesserung der Durchvergütung.
- Eutektoide Temperatur: Wird nach unten verlagert bei geringeren C-Gehalten.
- Korngröße: Titan und Vanadium behindern das Kornwachstum.
- Erhöhte Korrosionsbeständigkeit.
- Auswirkung auf die Anlasstemperatur.
- Martensitstarttemperatur (Ms) und Martensitfishttemperatur (Mf): Je höher der Legierungsanteil, desto niedriger liegen Ms und Mf. Bei sehr niedrigen Werten kann Restaustenit verbleiben.
- Spezielle Bereiche:
- Gammagene Elemente (Austenitstabilisatoren): Senken die kritischen Punkte (Ni, Mn, C, N, Co, Cr).
- Alfagene Elemente (Ferritstabilisatoren): Vergrößern den Ferritbereich, Linien A3 und ACM steigen (Ti, Mo, Si, W).
- Chrom wirkt alfagen bei < 12 % mit mehr C und gammagen bei > 12 % mit weniger C.
- In Ferrit gelöst (Mischkristall): Ni, Al, Si, Cu, Co, P.
- Karbidbildner: Cr, Mn, Mo, V, W, Ti.
Härten und Anlassen von Baustählen
Legierte Stähle mit Chrom verbessern stets die Härtbarkeit. Unlegierte Stähle hängen in ihren Eigenschaften vom Kohlenstoffgehalt ab und bieten gute Härte, Zähigkeit, Streckgrenze und Zugfestigkeit bei Rm < br.
Stainless Steel (Rostfreier Stahl)
Hochlegierte, spezielle Stähle. Diese bilden durch eine Chromoxidschicht einen passiven Schutz gegen Oxidation.
Wichtige Legierungselemente
Chrom (mind. 10,5 %), Nickel, Molybdän, Titan, Niob und Kohlenstoff (0,03 % bis 1,20 %).
Ferritischer Edelstahl
Kohlenstoffgehalt um 0,08 %, enthält keine gammagenen Elemente und lässt sich nicht durch Abschrecken härten. Kristallgitter: krz (kubisch-raumzentriert). Zäh, korrosionsbeständig, niedrige Streckgrenze, wirtschaftlich. Sehr empfindlich gegenüber Kornwachstum, kann durch Glühen gereinigt, durch Kaltverformung gehärtet und thermomechanisch verarbeitet werden.
Martensitischer Edelstahl
Entsteht durch Abkühlen aus dem Austenitgebiet, jedoch ohne klassische Härtung. Max. 1,2 % C, gute Härte und Zugfestigkeit. Geringere Korrosionsbeständigkeit. Verwendung für Schneidwerkzeuge.
Austenitischer Edelstahl
Beibehaltung der Austenitstruktur bei Raumtemperatur. Erweitert den Austenitbereich durch Chrom und Nickel, unmagnetisch. Keine allotrope Transformation bei der Wärmebehandlung, daher keine Kornfeinung möglich. Sehr zäh, gut kaltumformbar. Nachteil: Interkristalline Korrosion durch Chromkarbidausscheidung an den Korngrenzen. Dies wird durch Lösungsglühen oder stabilisierte austenitische rostfreie Stähle (mit Titan oder Niob) verhindert.
Austenitisch-ferritischer Edelstahl (Duplex)
Enthält sowohl Austenit als auch Ferrit. Hoher Chromgehalt (mind. 21 %), geringerer Nickelgehalt. Vereint die guten Eigenschaften austenitischer Stähle mit besserer Zugfestigkeit und hoher Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion. Geringere Spannungsrißkorrosion, jedoch kostenintensiv.