4116 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

4116 Edelstahl ist eine Hochleistungslegierung, die für ihre einzigartige Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit bekannt ist. Als martensitischer Edelstahl klassifiziert, besteht er hauptsächlich aus Eisen, Chrom und Kohlenstoff, ergänzt durch weitere Legierungselemente, die seine Eigenschaften verbessern. Die hauptsächlichen Legierungselemente in 4116 sind:

• Chrom (Cr): Typischerweise etwa 12-14%, bietet Chrom hervorragende Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Härte des Stahls bei.
• Kohlenstoff (C): Mit einem Kohlenstoffgehalt von ungefähr 0.4-0.5% erhöht Kohlenstoff die Härte und Festigkeit durch Wärmebehandlung.
• Molybdän (Mo): Normalerweise in kleinen Mengen vorhanden (etwa 0.5-1%), verbessert Molybdän die Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion und die Gesamthärte.

Wesentliche Merkmale

4116 Edelstahl zeichnet sich durch seine hohe Zugfestigkeit, gute Duktilität und hervorragende Verschleißfestigkeit aus. Er wird häufig in Anwendungen verwendet, die hohe Festigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit erfordern.

Vorteile (Pro):
- Hohe Festigkeit und Härte, die ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeignet machen.
- Gute Verschleißfestigkeit, ideal für Schneidwerkzeuge und industrielle Anwendungen.
- Mäßige Korrosionsbeständigkeit, geeignet für verschiedene Umgebungen.

Nachteile (Contra):
- Weniger korrosionsbeständig als austenitische Edelstähle, was seine Verwendung in stark korrosiven Umgebungen einschränkt.
- Erfordert sorgfältige Wärmebehandlung, um optimale Eigenschaften zu erreichen, was die Fertigung komplizieren kann.

Historisch wurde 4116 in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in der Herstellung von Messern, chirurgischen Instrumenten und anderen Werkzeugen, bei denen eine Kombination aus Härte und Korrosionsbeständigkeit entscheidend ist.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grade	Land/Region des Ursprungs	Anmerkungen/Bemerkungen
UNS	S41160	USA	Nähester Äquivalent zu AISI 440C
AISI/SAE	4116	USA	Ähnlich wie AISI 420 mit höherem Kohlenstoffgehalt
ASTM	A276	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlstangen
EN	1.4116	Europa	Äquivalent zu X105CrMo17
JIS	SUS 440C	Japan	Kleine Zusammensetzungsunterschiede zu beachten

Die Unterschiede zwischen diesen Klassen liegen oft in ihrem Kohlenstoffgehalt und den Wärmebehandlungsprozessen, die ihre mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit erheblich beeinflussen können.

Schlüsselmerkmale

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.4 - 0.5
Cr (Chrom)	12.0 - 14.0
Mo (Molybdän)	0.5 - 1.0
Mn (Mangan)	0.5 - 1.0
Si (Silizium)	0.5 max
P (Phosphor)	0.04 max
S (Schwefel)	0.03 max

Die Hauptfunktion von Chrom besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, während Kohlenstoff Härte und Festigkeit erhöht. Molybdän verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion und steigert die Zähigkeit, wodurch 4116 für verschiedene Anwendungen geeignet ist.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Glühen	Raumtemperatur	700 - 900 MPa	101.5 - 130 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Versatz)	Glühen	Raumtemperatur	450 - 600 MPa	65.5 - 87.0 ksi	ASTM E8
Dehnung	Glühen	Raumtemperatur	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Härte (HRC)	Glühen	Raumtemperatur	30 - 40	30 - 40	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Glühen	-20°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zugfestigkeit und Streckgrenze macht 4116 Edelstahl für Anwendungen geeignet, die hohe mechanische Belastungen und strukturelle Integrität erfordern.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7.75 g/cm³	0.28 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1450 - 1500 °C	2642 - 2732 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	25 W/m·K	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	0.72 µΩ·m	0.0000013 Ω·in

Die Dichte und der Schmelzpunkt von 4116 weisen auf seine Eignung für Hochtemperatureanwendungen hin, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität wichtig für das Wärmemanagement in verschiedenen engineering Anwendungen sind.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsbewertung	Anmerkungen
Chloride	3-10	20-60 / 68-140	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10-30	20-40 / 68-104	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5-20	20-60 / 68-140	Gut	Mäßige Beständigkeit

4116 Edelstahl weist eine mäßige Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in Umgebungen mit Chloriden. Er ist anfällig für Lochkorrosion und spannungsinduzierte Korrosionsrisse (SCC) in chloride-reichen Umgebungen. Im Vergleich zu austenitischen Klassen wie 304 oder 316 hat 4116 eine geringere Korrosionsbeständigkeit, bietet jedoch überlegene Härte und Verschleißfestigkeit.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Anmerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400	752	Geeignet für hohe Temperaturen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	600	1112	Kann kurzfristiger Belichtung standhalten
Skalierungstemperatur	800	1472	Risiko von Oxidation über diesem Grenzwert

Bei erhöhten Temperaturen behält 4116 Edelstahl seine Festigkeit, kann jedoch oxidieren. Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung kann seine Leistung in Hochtemperatureanwendungen verbessern.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Ergänzungsmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Anmerkungen
TIG	ER410	Argon	Vorwärmen empfohlen
MIG	ER410	Argon + CO2	Nachbearbeitung der Wärmebehandlung kann erforderlich sein

4116 Edelstahl kann mit herkömmlichen Methoden geschweißt werden, jedoch wird oft vor dem Schweißen Vorwärmen empfohlen, um Risse zu vermeiden. Eine Nachbearbeitung der Wärmebehandlung kann die mechanischen Eigenschaften des Schweißnaht verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	4116	AISI 1212	Anmerkungen/Hinweise
Relativer Zerspanbarkeitsindex	60	100	Mäßige Zerspanbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit	30-50 m/min	80-120 m/min	Karbide-Werkzeuge für beste Ergebnisse verwenden

Die Zerspanung von 4116 erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeuge. Er ist im Allgemeinen schwieriger zu zerspanen als niedrigkohlenstoffhaltige Stähle.

Formbarkeit

4116 Edelstahl hat aufgrund seiner hohen Festigkeit und Härte eine begrenzte Formbarkeit. Kaltumformung ist möglich, aber Warmumformung wird empfohlen, um das Risiko von Rissen zu verringern. Der minimale Biegeradius sollte sorgfältig berechnet werden, um Materialversagen zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primäre Funktion / Erwartetes Ergebnis
Glühen	800 - 900 / 1472 - 1652	1-2 Stunden	Luft	Weichmachen, Verbesserung der Duktilität
Härten	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 Minuten	Öl oder Luft	Erhöhung von Härte und Festigkeit
Tempern	400 - 600 / 752 - 1112	1 Stunde	Luft	Reduzierung von Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit

Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen die Mikrostruktur von 4116 Edelstahl erheblich und verwandeln ihn von einem weicheren Zustand in einen gehärteten Zustand, der für verschiedene Anwendungen geeignet ist.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Beispiel für eine spezifische Anwendung	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Medizin	Chirurgische Instrumente	Hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit	Haltbarkeit und Sterilisation
Automobil	Schneidwerkzeuge	Verschleißfestigkeit, Festigkeit	Performance unter Belastung
Luft- und Raumfahrt	Motorbestandteile	Hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit	Sicherheit und Zuverlässigkeit

Weitere Anwendungen sind:
- Messer und Klingen
- Komponenten für industrielle Maschinen
- Befestigungen und Fittings

Die Wahl von 4116 Edelstahl in diesen Anwendungen beruht hauptsächlich auf seinem hervorragenden Gleichgewicht zwischen Härte und Korrosionsbeständigkeit, was ihn ideal für Umgebungen macht, in denen beide Eigenschaften von entscheidender Bedeutung sind.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	4116	AISI 440C	AISI 420	Kurze Pro-/Con- oder Trade-off-Anmerkung
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Höhere Korrosionsbeständigkeit	Mäßige Festigkeit	4116 bietet bessere Verschleißfestigkeit
Wesentliche Korrosionsaspekte	Mäßige Beständigkeit	Ausgezeichnete Beständigkeit	Ausreichende Beständigkeit	440C ist besser für korrosive Umgebungen
Schweißbarkeit	Mäßig	Schlecht	Mäßig	4116 ist besser schweißbar als 440C
Zerspanbarkeit	Mäßig	Niedrig	Mäßig	4116 ist leichter zu zerspanen als 440C
Formbarkeit	Begrenzt	Begrenzt	Mäßig	420 hat bessere Formbarkeit
Ungefährer relativer Preis	Mäßig	Höher	Niedriger	Preis variiert je nach Marktnachfrage
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Weniger verbreitet	Allgemein	4116 ist weit verbreitet

Bei der Auswahl von 4116 Edelstahl sollten mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungseigenschaften berücksichtigt werden. Sein mäßiger Preis und die Verfügbarkeit machen ihn zu einer praktischen Wahl für viele Anwendungen, obwohl seine Leistung in hochkorrosiven Umgebungen möglicherweise eine Berücksichtigung alternativer Legierungen erforderlich macht.

Zusammenfassend ist 4116 Edelstahl ein vielseitiges Material, das Festigkeit, Verschleißfestigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit in Einklang bringt, was es für eine breite Palette von industriellen Anwendungen geeignet macht.