405 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

405 Edelstahl wird als martensitischer Edelstahl klassifiziert, der für seine hohe Festigkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Diese Sorte enthält erhebliche Mengen an Chrom (12-14%) und Nickel (1-2%), wobei der Kohlenstoffgehalt typischerweise bei etwa 0,05-0,15% liegt. Das Vorhandensein von Chrom bietet Oxidationsbeständigkeit, während Nickel die Zähigkeit und Verformbarkeit verbessert. Der niedrige Kohlenstoffgehalt trägt zur Aufrechterhaltung der Korrosionsbeständigkeit bei und ermöglicht gleichzeitig die Härtung durch Wärmebehandlung.

Umfassende Übersicht

405 Edelstahl wird hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit erfordern. Seine martensitische Struktur ermöglicht es, durch Wärmebehandlung gehärtet zu werden, was ihn für Komponenten geeignet macht, die mechanischen Stress standhalten. Der Stahl zeigt eine gute Schweißbarkeit und kann leicht bearbeitet werden, was zu seiner Vielseitigkeit in verschiedenen Ingenieuranwendungen beiträgt.

Vorteile:
- Hohe Festigkeit: Die Fähigkeit zur Härtung durch Wärmebehandlung ermöglicht verbesserte mechanische Eigenschaften.
- Moderate Korrosionsbeständigkeit: Geeignet für Umgebungen, in denen Feuchtigkeit und milde korrosive Stoffe auftreten.
- Gute Formbarkeit: Kann effektiv geschweißt und bearbeitet werden, was es für verschiedene Herstellungsprozesse anpassbar macht.

Beschränkungen:
- Niedrigere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu austenitischen Sorten: Während er in bestimmten Umgebungen gut abschneidet, ist er nicht so widerstandsfähig gegen aggressive korrosive Stoffe wie austenitische Edelstähle.
- Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion: Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere in Chloridumgebungen, kann er anfällig für Spannungsrisskorrosion sein.

Historisch wurde 405 Edelstahl in Anwendungen wie Abgasanlagen von Fahrzeugen, Wärmeübertragern und verschiedenen industriellen Komponenten verwendet, was sein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit widerspiegelt.

Alternative Bezeichnungen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Klasse	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	S40500	USA	Nächster Äquivalent zu AISI 405
AISI/SAE	405	USA	Häufig verwendete Bezeichnung
ASTM	A240/A240M	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlsorten
EN	1.4002	Europa	Minimale zusammensetzungsbedingte Unterschiede zu beachten
JIS	SUS405	Japan	Ähnliche Eigenschaften, können aber in bestimmten Anwendungen variieren

Die Unterschiede zwischen äquivalenten Klassen liegen oft in ihren spezifischen Legierungselementen und mechanischen Eigenschaften, die die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinträchtigen können. Zum Beispiel, während sowohl 405 als auch 1.4002 ähnliche Korrosionsbeständigkeit bieten können, kann letzterer aufgrund von Variationen im Nickelgehalt leicht unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.05 - 0.15
Cr (Chrom)	12.0 - 14.0
Ni (Nickel)	1.0 - 2.0
Mn (Mangan)	0.5 - 1.0
Si (Silizium)	0.5 max
P (Phosphor)	0.04 max
S (Schwefel)	0.03 max

Die Hauptrolle von Chrom in 405 Edelstahl besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit zu verbessern. Nickel trägt zur Verbesserung der Zähigkeit und Verformbarkeit bei, während Mangan bei der Entgasung hilft und die Härtbarkeit verbessert. Der niedrige Kohlenstoffgehalt ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Korrosionsbeständigkeit und ermöglicht eine effektive Härtung durch Wärmebehandlung.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Spanne (metrisch)	Typischer Wert/Spanne (Imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Geglüht	Raumtemperatur	550 - 750 MPa	80 - 110 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2%-Offset)	Geglüht	Raumtemperatur	300 - 450 MPa	44 - 65 ksi	ASTM E8
Elongation	Geglüht	Raumtemperatur	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Härte (Rockwell B)	Geglüht	Raumtemperatur	80 - 90	80 - 90	ASTM E18
Kerbschlagzähigkeit	Geglüht	-20 °C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit macht 405 Edelstahl geeignet für Anwendungen, die strukturelle Integrität unter mechanischer Belastung erfordern. Die Werte der Elongation weisen auf eine gute Verformbarkeit hin, die eine Verformung ohne Bruch ermöglicht, was in dynamischen Anwendungen unerlässlich ist.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7.75 g/cm³	0.28 lb/in³
Schmelzpunkt/-Bereich	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	25 W/m·K	14.5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärme kapazität	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0.73 μΩ·m	0.00000073 Ω·m
Temperaturausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	16.0 x 10⁻⁶/K	8.9 x 10⁻⁶/°F

Die Dichte von 405 Edelstahl trägt zu seinen Gewicht- und Festigkeitseigenschaften bei, während sein Schmelzpunkt die Eignung für Hochtemperatureeinsätze anzeigt. Die Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme kapazität sind wichtig für Anwendungen, die mit Wärmeübertragung zu tun haben, wie z.B. Wärmeübertrager.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsbewertung	Notizen
Chloride	3-5	25 °C / 77 °F	Befriedigend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10	25 °C / 77 °F	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5	25 °C / 77 °F	Gut	Moderate Beständigkeit
Meerwasser	-	25 °C / 77 °F	Befriedigend	Anfällig für lokale Korrosion

405 Edelstahl zeigt moderate Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen. Er schneidet in leicht korrosiven Bedingungen, wie Essigsäure und Meerwasser, vernünftig ab, ist jedoch anfällig für Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion in chlorideichen Umgebungen. Im Vergleich zu austenitischen Sorten wie 304 oder 316 hat 405 eine insgesamt niedrigere Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in aggressiven Umgebungen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	650 °C	1202 °F	Geeignet für Hochtemperatureinsätze
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	700 °C	1292 °F	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	800 °C	1472 °F	Risiko der Oxidation über dieser Temperatur
Überlegung der Kriechfestigkeit beginnt bei	500 °C	932 °F	Kriechbeständigkeit nimmt erheblich ab

Bei erhöhten Temperaturen behält 405 Edelstahl seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation erfahren. Die maximale kontinuierliche Betriebstemperatur weist auf seine Eignung für Hochtemperatureinsätze hin, während die Skalierungstemperatur das Risiko der Oxidation unter extremen Bedingungen hervorhebt.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlenes Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Notizen
TIG	ER 405	Argon	Gute Ergebnisse bei korrekter Technik
MIG	ER 308L	Argon/CO2	Geeignet für dickere Abschnitte
Stabelektrode	E 308L	-	Vorglühung empfohlen

405 Edelstahl wird im Allgemeinen als schweißbar angesehen, jedoch wird eine Vorglühung empfohlen, um das Risiko von Rissen zu minimieren. Eine Nachschweißwärmebehandlung kann die Eigenschaften der Schweißverbindung verbessern und die Integrität und Leistung gewährleisten.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	405 Edelstahl	AISI 1212	Notizen/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60	100	Moderate Bearbeitbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse

405 Edelstahl hat eine moderate Bearbeitbarkeit und erfordert geeignete Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Hartmetallwerkzeuge werden für eine effektive Bearbeitung empfohlen.

Formbarkeit

405 Edelstahl kann sowohl durch Kalt- als auch durch Warmverfahren geformt werden. Das Kaltformen ist möglich, erfordert jedoch möglicherweise höhere Kräfte aufgrund seiner Festigkeit. Das Material zeigt eine Arbeitsverfestigung, die die Biegeradien und Formgrenzen beeinflussen kann.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Hauptzweck / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Wasser	Spannungen abbauen, Zähigkeit verbessern
Härten	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 Minuten	Öl oder Luft	Härte und Festigkeit erhöhen

Während der Wärmebehandlung durchläuft 405 Edelstahl metallurgische Veränderungen, die seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Das Glühen baut innere Spannungen ab und verbessert die Zähigkeit, während das Härten die Festigkeit erheblich erhöht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (Kurzfassung)
Automobil	Abgasanlagen	Hohe Festigkeit, moderate Korrosionsbeständigkeit	Beständigkeit gegenüber thermischem Stress
Öl & Gas	Ventilkomponenten	Hohe Festigkeit, Schweißbarkeit	Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen
Luft- und Raumfahrt	Motorenteile	Hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit	Leistung bei erhöhten Temperaturen

Weitere Anwendungen sind:
* - Wärmeübertrager
* - Komponenten für industrielle Maschinen
* - Verbindungselemente und Armaturen

Die Auswahl von 405 Edelstahl für diese Anwendungen beruht hauptsächlich auf seinem Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit, was ihn für Komponenten geeignet macht, die mechanischen Stress und verschiedene Umgebungen ausgesetzt sind.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	405 Edelstahl	AISI 304 Edelstahl	AISI 316 Edelstahl	Kurzpro/Con- oder Trade-off-Hinweis
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	Moderate Festigkeit	405 bietet überlegene Festigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Moderate Beständigkeit	Gute Beständigkeit	Exzellente Beständigkeit	405 ist weniger beständig als 304/316
Schweißbarkeit	Gut	Exzellent	Exzellent	405 erfordert mehr Sorgfalt beim Schweißen
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Moderat	405 ist weniger gut bearbeitbar als 304
Formbarkeit	Moderat	Gut	Gut	405 ist weniger formbar als 304
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Moderat	Höher	405 ist oft kosteneffektiver
Typische Verfügbarkeit	Gewöhnlich	Sehr gewöhnlich	Gewöhnlich	405 ist weit verbreitet erhältlich

Bei der Auswahl von 405 Edelstahl sind Überlegungen wie Kosten, Verfügbarkeit und Eignung für spezifische Anwendungen wichtig. Zwar bietet er möglicherweise nicht das gleiche Maß an Korrosionsbeständigkeit wie austenitische Klassen, jedoch machen seine hohe Festigkeit und moderate Beständigkeit ihn zu einer geeigneten Wahl für viele Ingenieuranwendungen. Darüber hinaus verbessern seine Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit die Vielseitigkeit in Herstellungsprozessen.

Zusammenfassend ist 405 Edelstahl ein wertvolles Material in verschiedenen Branchen und bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Das Verständnis seiner Eigenschaften und Anwendungen kann Ingenieure und Designer bei der informierten Materialwahl für ihre Projekte unterstützen.