Edelstahlvertiefung
Edelstahl wird hauptsächlich wegen seiner Korrosionsbeständigkeit verwendet, seine Haltbarkeit und Härte machen ihn jedoch zu einem äußerst vielseitigen Material. Die Härte von Edelstahl bestimmt viele seiner möglichen Anwendungen.
Edelstahlstangen
Die Anwendungsgebiete von Stahl reichen von Industriekomponenten, Automobilteilen und Brückenbau bis hin zu Konsumgütern. Edelstahlsorten werden unter anderem nach ihrer Zusammensetzung und Härte kategorisiert.
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Härte von Edelstahl und Faktoren, die die Härte von Edelstahl beeinflussen, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Härte liegt.
Was ist Härte?
Senkbohrung in einer Stahlprobe
Härte ist die Fähigkeit eines Materials, bei Belastung jeglicher Art von lokaler plastischer Verformung, Kratzern und Eindrücken zu widerstehen. Bei Edelstahl ist die Härte eine mechanische Eigenschaft, die sich auf die Verschleißfestigkeit, Festigkeit und Bearbeitbarkeit des Materials auswirkt.
Die Materialhärte wird durch einen Eindringversuch ermittelt, der Eindringwiderstand wird mit einem vordefinierten Werkzeug gemessen. Die Härte kann mithilfe von Härteskalen quantifiziert werden.
Die Härte von Edelstahl variiert erheblich je nach Legierungszusammensetzung, Wärmebehandlung und Formgebungsverfahren.
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Wie wird die Härte von Stahl gemessen?
Es gibt standardisierte Methoden zur Prüfung der Härte von Edelstahl. Mit diesen Tests wird die Widerstandsfähigkeit von Edelstahl gegenüber dem Eindruck eines diamanten- oder kugelförmigen Werkzeugs gemessen.
Rockwell-Härtetest
Rockwell-Härteprüfer
Der Rockwell-Härtetest verwendet eine bestimmte Last und Werkzeugform. Es gibt zwei Rockwell-Messskalen, die üblicherweise für Edelstahl verwendet werden. Die erste ist Rockwell C oder HRC, die zweite ist Rockwell B oder HRB.
Der Unterschied zwischen HRB und HRC liegt in der Härte des Edelstahls. HRB ist für weichere Edelstahllegierungssorten, und HRC wird hauptsächlich für härtere Edelstahlsorten wie martensitischen Stahl verwendet.
Beim Rockwell-Test wird der Eindringkörper mit einer kleinen Last eingesetzt und anschließend mit einer größeren Last in den Edelstahl gedrückt. Bei martensitischen Güten wie 420 beispielsweise würde ein HRC-Wert von 50 oder höher erreicht, während Edelstahl 304 im Rockwell-B-Bereich von 70–90 liegt.
Brinell-Härtetest
Brinell-Härteprüfung
Bei der Brinell-Härteprüfung wird der Durchmesser eines Eindrucks gemessen. Als Prüfwerkzeug dient eine runde Eindruckkugel aus gehärtetem Stahl; moderne Prüfgeräte verwenden Kugeln aus Wolframkarbid. Die Brinell-Härteprüfung eignet sich ideal für weichere Edelstähle.
Die Brinell-Skala verwendet HB-Werte; beispielsweise kann ein austenitischer Edelstahl einen HB-Wert zwischen 150 und 200 HB aufweisen. Sie ist nicht ideal für harte Materialien, kann aber für weiche Materialien und für eine größere Vielfalt an Materialien verwendet werden.
Vickers-Härtetest
Vickers-Test
Bei der Vickers-Härteprüfung wird ein pyramidenförmiger Diamant-Eindringkörper verwendet, um unter kontrollierter Belastung einen Eindruck zu erzeugen. Die Vickers-Härteprüfung erfolgt in Vickers-Einheiten (HV). Die Vickers-Härteprüfung eignet sich sowohl für weiche als auch für harte rostfreie Stähle.
Es kann auf gehärtetem Edelstahl verwendet werden und liefert präzise Messungen. Beispielsweise kann es auf ausscheidungsgehärtetem Edelstahl mit einem Wert über 300 HV verwendet werden, was auf eine hohe Festigkeit hinweist.
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Faktoren, die die Härte von Edelstahl beeinflussen
Die Härte von Edelstahl wird von vielen Faktoren beeinflusst, von der Zusammensetzung bis hin zur Wärmebehandlung und den Nachbearbeitungsmethoden.
Zusammensetzung
Die chemische Zusammensetzung ist der wichtigste Faktor, der die Härte von Edelstahl beeinflusst. Edelstahl besteht aus Eisen und Kohlenstoff sowie sekundären Legierungselementen wie Chrom, Nickel und Molybdän.
Der Chromanteil liegt zwischen 10.5 % und 30 % und wird hauptsächlich wegen seiner korrosionsbeständigen Eigenschaften hinzugefügt. Es bildet eine Oxidschicht, die Edelstahl schützt.
Nickel ist häufig in den Güten 304 und 316 enthalten und wird zur Verbesserung der Duktilität verwendet. Der wichtigste Faktor für die Härte von Edelstahl ist der Kohlenstoffgehalt der Legierung.
Kornstruktur
Kornstruktur von Metalllegierungen
Die Mikrostruktur von Edelstahl verändert sich durch Legierungselemente und Stahlverarbeitung.
- Austenitischem Edelstahl: Die Edelstahlsorten 304 und 316 haben eine kubisch-flächenzentrierte Struktur (FCC). Sie bieten hervorragende Korrosionsbeständigkeit aber aufgrund ihrer Duktilität eine geringere Härte. Diese FCC-Edelstähle können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, können aber einer Kaltverfestigung unterzogen werden.
- Martensitischer Edelstahl: Güten wie 410 und 420 haben eine raumzentrierte tetragonale Struktur. Das bedeutet, dass Sie martensitischen Edelstahl mit Wärmebehandlungsmethoden wie Abschrecken und Anlassen härten können.
- Ausscheidungsgehärteter Stahl: Diese Legierungen erreichen hohe Festigkeit und Härte durch AusscheidungshärtungBei dieser Methode werden nach der Wärmebehandlung Niederschläge erzeugt.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung ist ein Verfahren zur Veränderung der Härte von Edelstahl. Bei martensitischem Stahl und ausscheidungsgehärteten Sorten ist sie die bevorzugte Methode zur Verbesserung der Härte.
Bei der Wärmebehandlung wird Edelstahl durch Abschrecken schnell von einer hohen Temperatur abgekühlt, um die gehärtete Struktur im Gitter zu fixieren. Durch das Anlassen von Edelstahl wird die Sprödigkeit verringert, während die Härte erhalten bleibt.
Austenitische Sorten wie 304 und 316, die häufig in CNC-Bearbeitung Edelstahl, sind durch Wärmebehandlung nicht härtbar, sondern werden durch Kaltverfestigung verstärkt.
Formungsprozess
Umformprozesse sind mechanische Verfahren, die den Edelstahl in das gewünschte Bauteil formen. Durch mechanische Verformung kann der Stahl zusätzlich verstärkt und gehärtet werden.
Kaltes Arbeiten
Kaltbearbeitungsverfahren sind Walzen, Ziehen oder Biegen (üblich bei der Herstellung von Edelstahlblechen) bei Raumtemperatur, wodurch austenitische Edelstahlsorten wie 304 und 316 kaltverfestigt werden können.
Heißes Arbeiten
Die Warmbearbeitung bei hohen Temperaturen hat viele Vorteile, unter anderem eine Verringerung der Härte durch die Möglichkeit einer Rekristallisation und Spannungsentlastung in der Mikrostruktur des Edelstahls.
Schmieden
Durch Schmieden wird Edelstahl unter hohem Druck und hoher Belastung geformt. Das Schmieden martensitischer Edelstahlsorten und anschließende Wärmebehandlung kann die Härte verbessern, bei austenitischen Sorten hingegen führt es nur zu einer mäßigen Kaltverfestigung.
Edelstahlsorten und ihre Härte mit Anwendungen, Eigenschaften und Vergleich
Verschiedene Edelstahlsorten unterscheiden sich in ihrer Härte aufgrund der Formgebung, Zusammensetzung, Mikrostruktur und mechanischen EdelstahleigenschaftenDie gängigsten Edelstähle weisen einfache Variationen in der chemischen Zusammensetzung auf, was jedoch ihre Hauptanwendung verändert.
Edelstahl 304: Eigenschaften und Härte
Edelstahl 304 aus der 300er-Serie enthält 18 % Chrom und 8 % Nickel. Er wird auch genannt 18-8 Edelstahl und bekannt für hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Es hat eine relativ geringe Härte im Vergleich zu anderen rostfreien Stählen
Die Härte von Edelstahl 304 liegt zwischen 70 und 90 Rockwell B oder 150 und 200 auf der Brinell-Skala. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit wird er häufig in chemischen Anlagen und Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung verwendet.
Edelstahl 316: Verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Härte
Eigenschaften von Teilen aus Edelstahl 316L
Edelstahl 316 ist eine weitere austenitische Güte der 300er-Serie, die 2 – 3 % Molybdän enthält, um Korrosionsbeständigkeit zu erzielen, insbesondere für Meeres- und Chloridumgebungen.
316 liegt im Bereich von 70-90 auf der Rockwell-B-Skala. Es wird hauptsächlich auf Booten, in Meeresumgebungen und in medizinischen Geräten verwendet. Es wird auch genannt chirurgischer Stahl aufgrund seiner Verwendung in chirurgischen Instrumenten.
420 Edelstahl: Anwendungen mit hoher Härte
Martensitischer Edelstahl 420 hat einen höheren Kohlenstoffgehalt, der ihm durch Wärmebehandlung eine höhere Härte verleiht. 420 kann eine Härte von 50 – 55 auf der Rockwell-C-Skala erreichen.
Die höhere Härte bedeutet eine bessere Verschleißfestigkeit und ermöglicht Anwendungen in chirurgischen Instrumenten und Ventilen. Die Korrosionsbeständigkeit ist jedoch viel geringer als die von rostfreiem Stahl 316 und 304.
Edelstahl 410: Ausgewogenheit zwischen Härte und Zähigkeit
Edelstahl 410 ist ebenfalls ein martensitischer Edelstahl mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt als 420 und mittlerer Härte. Nach der Wärmebehandlung liegt er bei 30–40 HRC. Er bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Korrosionsbeständigkeit und Härteeigenschaften.
Was ist besser, chirurgischer Stahl oder Edelstahl?
Dies könnte die Frage sein, wenn man die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten der beiden Stahlsorten betrachtet. Keiner ist besser; der einzige Unterschied liegt in der Eignung für bestimmte Anwendungen. Diese Einschätzung stützt sich auf unsere langjährige Erfahrung mit über 100 Materialien.
Chirurgenstahl und Edelstahl sind vielseitig, korrosionsbeständig und langlebig. Dies sind nur einige Gemeinsamkeiten, aber die Materialien weisen auch Unterschiede auf, die bei der Wahl des richtigen Typs hilfreich sind.
Die Unterschiede liegen in der spezifischen Zusammensetzung der Legierung, welche den Werkstoffen ihre Eigenschaften und Merkmale verleiht.
Härte von Edelstahl vs. Härte von Chirurgenstahl
Chirurgischer Stahl und Edelstahl zeichnen sich beide durch hohe Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus, ihre Härte kann jedoch je nach Güteklasse und Zusammensetzung variieren. Chirurgischer Stahl ist eine Edelstahlsorte, die speziell für medizinische, industrielle und hygienische Anwendungen entwickelt wurde und häufig zusätzliche Elemente enthält, die Festigkeit, Rostbeständigkeit und Oberflächeneigenschaften verbessern. Standard-Edelstahl hingegen ist in vielen Güteklassen erhältlich und wird im Bauwesen, für Küchengeräte und in der Fertigung eingesetzt, wobei einige Güteklassen weicher oder härter als chirurgischer Stahl sind.
Da beide Werkstoffe für unterschiedliche Zwecke hergestellt werden, ist keiner von beiden generell härter als der andere, und die Gesamtleistung hängt von der Legierungsqualität, der Wärmebehandlung und dem vorgesehenen Anwendungszweck ab.
Verbesserung der Härte von Edelstahl
Metallverarbeiter verwenden verschiedene Methoden, um die Härte von Edelstahl zu verbessern.
- Wärmebehandlung: Bei martensitischen Güten wie 410 und 420 kann durch Abschrecken und Anlassen die Härte deutlich verbessert werden, um eine harte martensitische Struktur zu bilden, während das Anlassen die Sprödigkeit verringert.
- Kaltverfestigung: Durch Kaltverformung werden austenitische Güten härter und zugfester.
- Niederschlag: Ausscheidungsgehärtete rostfreie Stähle bilden nach der Wärmebehandlung Niederschläge, um die Festigkeit und Härte zu erhöhen, ohne die Korrosionsbeständigkeit zu beeinträchtigen.
- Legieren: Durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts kann Edelstahl sofort härter und verschleißfester werden. CKohlenstoffstahl und rostfreie Stähle haben drastisch unterschiedliche Stärken. Auch die Verwendung von Molybdän kann den gleichen Effekt erzielen.
Fazit
Die Härte von Edelstahl ist eine der wichtigsten Eigenschaften, die seine Anwendung und Eignung bestimmt. Das Verständnis der Faktoren, die die Härte beeinflussen, wie chemische Zusammensetzung, Kornstruktur, Wärmebehandlung und Umformung, kann Ihnen bei der Auswahl der geeigneten Edelstahlsorte helfen.
Techniken wie die Wärmebehandlung können die Härte von Edelstahl verbessern. Allerdings müssen Sie bei der Mikrostruktur und den Legierungselementen des Edelstahls vorsichtig sein, da einige Wärmebehandlungsmethoden bei bestimmten Edelstahlsorten nicht funktionieren.
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FAQ
Wie hoch ist die Härte von Edelstahl 304?
Die Härte von Edelstahl 304 beträgt 70 – 90 Rockwell B. Diese Spanne ergibt sich aus den Kaltverfestigungsverfahren, die zu Schwankungen in der Härte führen können.
Was ist härter, Edelstahl 304 oder 316?
Sowohl 304 als auch 316 haben eine ähnliche Härte von 70 – 90 HRB. Im Allgemeinen ist Edelstahl 304 jedoch härter.
Ist Edelstahl 304 hart oder weich?
Edelstahl 304 ist ein weicher Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und einem HRB-Wert von 70 – 90.
Wie wird Edelstahl gehärtet?
Edelstahl kann durch Wärmebehandlung, Kaltverfestigung oder Ausscheidungshärtung gehärtet werden. Die Methode hängt weitgehend von der Mikrostruktur des Edelstahls ab.
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