Die Metalle, die als Stahl charakterisiert werden, sind eine vielfältige Klasse von Materialien, die ein integraler Bestandteil der modernen Gesellschaft sind. Stahl ist eine Legierung, die durch die Kombination von Eisen mit Kohlenstoff sowie anderen Elementen hergestellt wird, die ihm unvergleichliche Festigkeit verleihen. Seit seinen Anfängen im frühen 20. Jahrhundert hat sich Stahl in hunderte von Typen verbreitet, die jeweils eigene Materialprofile aufweisen. Um diese Stähle zu organisieren, haben das American Iron & Steel Institute (AISI) und die Society of Automotive Engineers (SAE) bestimmte Stahltypen unterschieden, und dieser Artikel wird eine Stahlklasse aus den Edelstahlstählen oder solchen, die widerstandsfähiger gegen Flecken, Korrosion und Rost sind, untersuchen. Diese Edelstahlklasse ist bekannt als die 440er Stähle, und sie ist aufgrund ihrer Härte und Verschleißfestigkeit ein äußerst beliebtes Material. Dieser Artikel wird die Eigenschaften, Materialeigenschaften und Anwendungen von 440 Stahl untersuchen, damit die Leser verstehen, wo er eingesetzt werden kann und wie man dieses Metall am besten anwendet.
Was ist 440 Stahl?
440 Stahl ist eine Reihe von hochkohlenstoffhaltigen martensitischen Edelstahlstählen, einschließlich der Sorten 440A, 440B und 440C. Bekannt für ihre ausgezeichnete Härte und Verschleißfestigkeit, werden diese Stähle häufig bei der Herstellung von Hochleistungsmessern und Schneidwerkzeugen verwendet.
Physikalische Eigenschaften von 440 Stahl
440 Stahl ist Teil der Edelstahlstähle oder der Legierungsstähle, die mindestens 10% Chrom enthalten, was diesen Legierungen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit verleiht. Das AISI hat einen dreistelligen Namensindex für die Edelstahlstähle geschaffen (im Gegensatz zu den typischen vierstelligen Namen, die anderen, nicht-stählernen Legierungen gegeben werden; siehe unseren Artikel über die Arten von Stählen für weitere Informationen), wobei die erste Ziffer den Stahltyp und die Legierungselemente angibt. Die Edelstahlstähle wurden auch basierend auf ihrer Molekularstruktur bezeichnet, wobei Edelstahlstähle austenitisch, ferritisch, martensitisch oder duplexartig sein können. Die Unterschiede zwischen diesen Typen liegen in ihren Kristallgitterstrukturen, die den Edelstahlstählen bestimmte vorteilhafte Arbeitsmerkmale wie erhöhte Härte, Verformbarkeit oder Bruchfestigkeit verleihen. Für weitere Informationen zu Edelstahlstahl verweisen wir auf unseren verwandten Artikel, der die Arten und Qualitäten dieser Metalle beschreibt.
Die 4xx-Klasse der Edelstahlstähle ist mit Chrom legiert und hat eine ferritische oder martensitische Struktur. 440 Stahl bezieht sich tatsächlich auf vier Stahlarten: 440A, 440B, 440C und 440F Stahl, die sich nur im Kohlenstoffgehalt ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Alle Arten von 440 Stahl sind beliebte Wahlmöglichkeiten, aber 440C Stahl ist der beliebteste der vier, da er die höchste Härte aufweist. Nachfolgend sind die chemischen Zusammensetzungen jeder Art aufgeführt:
Gemeinsame Elemente in allen 440 Stählen:
16-18% Chrom
1% Mangan
1% Silizium
0.75% Molybdän
0.04% Phosphor
0.03% Schwefel
Etwaiger Prozentsatz an Kohlenstoff
440A Stahl
0.6-0.75% Kohlenstoff
440B Stahl
0.75-0.95% Kohlenstoff
440C und 440F Stähle
0,95-1,20% Kohlenstoff
Alle 440-Stähle sind härtbar, was bedeutet, dass sie durch Wärmebehandlung zusätzliche Festigkeit erlangen, und sie gelten als hochkohlenstoffhaltiger Legierungsstahl. Bei dieser Verstärkung sind 440-Stähle die härtesten aller Edelstahlarten, was sie sowohl verschleißfest als auch korrosionsbeständig macht. Wenn sie sich im weichen „Annealed“-Zustand befinden, lassen sich 440-Stähle leicht bearbeiten, maschinieren und in Form bringen, um anschließend gehärtet zu werden und die erhöhte Festigkeit zu erlangen, für die sie bekannt sind.
Korrosionsbeständigkeit & Temperatureinflüsse
Während die meisten Edelstähle rostbeständig sind, sind 440-Stähle etwas weniger korrosionsbeständig. Dies ist auf ihre martensitische Struktur zurückzuführen, die ihre Härte erhöht, sie aber anfälliger für Korrosion macht als austenitische und ferritische Edelstähle. Das bedeutet nicht, dass 440-Stahl leicht rostet, da sie widerstandsfähiger gegen Korrosion sind als die meisten Stähle, aber es sollte verstanden werden, dass sie nicht ausschließlich wegen ihrer Rostresistenz gewählt werden sollten.
Es ist auch wichtig zu wissen, dass 440-Stähle bei Temperaturextremen nicht gut funktionieren. Sie verlieren ihre Festigkeit bei hohen Temperaturen, weil sie überhärten und weicher werden, und sie verlieren ihre Duktilität bei Temperaturen unter 0 °C. Diese Tatsache ist für jeden Konstrukteur wichtig, der diesen Stahl in besonders rauen Umgebungen einsetzen möchte, da 440-Stahl wahrscheinlich nicht die beste Wahl ist.
Mechanische Eigenschaften
Tabelle 1 unten zeigt einige wichtige mechanische Eigenschaften von 440-Stahl. Es ist wichtig zu beachten, dass jede Legierungszusammensetzung ihre eigenen einzigartigen Werte hat, und diese Werte schwanken je nach Härtebehandlung. Tabelle 1 zeigt Werte für AISI 440 Edelstahl, der dem 440C-Stahl am nächsten kommt:
Tabelle 1: Zusammenfassung der mechanischen Eigenschaften von 440-Stahl.
Mechanische Eigenschaften
Metrisch
Englisch
Zugfestigkeit
1750 MPa
254000 psi
Streckgrenze
1230 MPa
186000 psi
Härte (Rockwell)
58
58
Elastizitätsmodul
200 GPa
29000 ksi
Charpy-Aufprall
19,0 J
14,0 ft-lb
440-Stahl weist beeindruckend hohe Festigkeiten auf, wie durch seine maximale und Zugversagensfestigkeit sichtbar ist. Diese Messwerte stammen aus experimentellen Spannungsprüfungen, bei denen eine Probe aus 440-Stahl axial gezogen wird und ihre Dehnung im Verhältnis zur Spannung auf einer Kurve dargestellt wird. Die Streckgrenze ist die maximale Belastung, die eine Probe aushalten kann, bevor sie plastisch (dauerhaft) verformt wird, und die Bruchfestigkeit ist die maximale Belastung, die die Probe vor dem Bruch erfährt. Diese Messwerte sind in strukturellen Anwendungen nützlich, bei denen ein Material unter hoher Belastung nicht dauerhaft verformt werden darf, sowie in Hochbelastungsanwendungen, bei denen ein Versagen vermieden werden muss.
Werkstoffhärte ist ein vergleichender Maßstab dafür, wie schwierig es ist, die Oberfläche eines Materials zu zerkratzen, zu ätzen oder zu beschädigen. Es gibt viele Skalen wie die beliebte Brinell-, Vickers- und Mohs-Härteskala, aber Stahl wird am häufigsten anhand der Rockwell-Härteskala bewertet. 440-Stahl hat eine Rockwell-Härte von 58, was als ziemlich hart gilt. Zum Vergleich: Harte Stähle für Klingen haben eine Härte von 60, daher ist klar, dass 440-Stahl ziemlich widerstandsfähig gegen Oberflächenverformung ist.
Der Elastizitätsmodul ist ein Maß dafür, wie ein Material elastisch, also nicht dauerhaft, auf Belastung reagiert. Ein hoher Elastizitätsmodul bedeutet, dass es eine hohe Belastung erfordert, um ein Material zu dehnen, was als erhöhte Steifigkeit angesehen werden kann. 440-Stahl hat einen hohen Elastizitätsmodul, was bedeutet, dass er sich nicht leicht unter Belastung verformt, und macht ihn insgesamt zu einem steifen Material.
Charpy-Kraftrissprüfungen bestimmen die Energiemenge, die ein Material bei extremen Bedingungen, z. B. bei Bruch oder hoher Dehnung, absorbiert. Ein schwerer Pendel wird in eine gezahnte Probe aus Stahl geschwungen, wobei eine Anzeige zeigt, wie viel Energie in Joule durch das Material aufgenommen wird. Im Allgemeinen nehmen Materialien mit hoher Festigkeit nicht viel Energie auf, da sie stattdessen einfach brechen (denken Sie daran; Sprödigkeit steigt mit der Festigkeit). Daher haben die meisten Stähle einen relativ niedrigen Charpy-Wert, und 440-Stähle bilden keine Ausnahme. Es ist eine weitere Illustration für die Steifigkeit und Festigkeit von 440-Stählen, da sie beim Charpy-Test weniger als 20 Joule Energie absorbieren, wenn sie vom Pendel getroffen werden.
Wie stark ist 440 Edelstahl?
440 Edelstahl ist stark und bekannt für seine Festigkeit und Härte. 440-Stahl hat eine Zugstreckgrenze von 186.000 psi und 58 auf der Rockwell-Härteskala.
Anwendungen von Stahl 440
440-Stahl ist in den meisten Maschinenwerkstätten zu finden, da er ein leicht zu bearbeitendes Metall ist, wenn er annealiert ist, und dennoch stark und widerstandsfähig bleibt, wenn er wärmebehandelt wird. Dieses Material ist besonders gut geeignet für Komponenten, die relativ gut gegen Korrosion resistent sein müssen und dennoch bei wiederholtem Gebrauch nicht verschleißen. Es ist ein ausgezeichneter Stahl für Messerklingen, da seine Härte und Formbarkeit beim Einsatz in Küchenmessern überragend sind. Es gibt noch einige andere bemerkenswerte Anwendungen von 440-Stahl, die unten aufgeführt sind:
Stanzen und Formen
Ventilkomponenten
Instrumente/Messgeräte
Textilkomponenten
Kugellager
um nur einige zu nennen.
Zusammenfassung
Dieser Artikel präsentierte eine kurze Zusammenfassung der Eigenschaften, Festigkeit und Anwendungen von 440-Stahl. Für Informationen zu anderen Produkten konsultieren Sie bitte unsere zusätzlichen Leitfäden oder besuchen Sie die XTJ-Plattform, um potenzielle Bezugsquellen zu finden oder Details zu bestimmten Produkten zu sehen.
