413 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

413 Edelstahl gehört zur Gruppe der martensitischen Edelstähle und ist bekannt für seine hohe Festigkeit, moderate Korrosionsbeständigkeit und die Möglichkeit, durch Wärmebehandlung gehärtet zu werden. Die Hauptlegierungselemente in 413 Edelstahl sind Chrom (Cr), das Korrosionsbeständigkeit und Härte bietet, und Nickel (Ni), das Zähigkeit und Duktilität verbessert. Die typische Zusammensetzung umfasst auch Kohlenstoff (C), der zur Festigkeit und Härte beiträgt, und Mangan (Mn) zur Verbesserung der Härtbarkeit.

Umfassender Überblick

413 Edelstahl zeichnet sich durch seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften aus, darunter hohe Zugfestigkeit und gute Abriebfestigkeit, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die Haltbarkeit und Festigkeit erfordern. Zu seinen inhärenten Eigenschaften gehören:

• Hohe Festigkeit: Die martensitische Struktur ermöglicht eine signifikante Härte und Festigkeit, insbesondere nach der Wärmebehandlung.
• Moderate Korrosionsbeständigkeit: Während er nicht so korrosionsbeständig ist wie austenitische Typen, bietet 413 eine anständige Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische Korrosion und einige milde Chemikalien.
• Gute Bearbeitbarkeit: Er kann leicht bearbeitet und geschweißt werden, obwohl darauf geachtet werden muss, Risse zu vermeiden.

Vorteile (Pro):
- Hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis, was ihn ideal für strukturelle Anwendungen macht.
- Kann wärmebehandelt werden, um gewünschte Härtegrade zu erreichen.
- Gute Zerspanbarkeit im Vergleich zu anderen Edelstahltypen.

Beschränkungen (Kontra):
- Geringere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu austenitischen Edelstählen.
- Anfällig für Spannungsrisskorrosion in bestimmten Umgebungen.
- Erfordert sorgfältige Wärmebehandlung, um Sprödigkeit zu vermeiden.

Historisch wurde 413 Edelstahl in verschiedenen Ingenieuranwendungen eingesetzt, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, wo Festigkeit und Gewicht entscheidende Faktoren sind. Seine Marktposition ist gut etabliert, mit einem Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten-Nutzen.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standard-Organisation	Bezeichnung/Qualitätsstufe	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S41300	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 413
AISI/SAE	413	USA	Allgemein verwendete Bezeichnung
ASTM	A276	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlstäbe
EN	1.4000	Europa	Kleinere zusammensetzende Unterschiede
JIS	SUS 413	Japan	Ähnliche Eigenschaften, aber möglicherweise unterschiedliche Zusammensetzung

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Qualitäten können die Auswahl basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen beeinflussen, wie z.B. Korrosionsbeständigkeit oder mechanische Eigenschaften. Zum Beispiel, während UNS S41300 und AISI 413 eng verwandt sind, können geringfügige Variationen im Kohlenstoffgehalt die Härtbarkeit und Zähigkeit beeinflussen.

Schlüsseleigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,10 - 0,15
Cr (Chrom)	12,0 - 14,0
Ni (Nickel)	0,50 - 1,00
Mn (Mangan)	0,50 - 1,00
Si (Silizium)	0,50 max
P (Phosphor)	0,04 max
S (Schwefel)	0,03 max

Die Hauptrolle von Chrom in 413 Edelstahl besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit und Härte zu verbessern. Nickel trägt zur Zähigkeit und Duktilität bei, während Kohlenstoff die Festigkeit und Härte erhöht. Mangan unterstützt die Härtbarkeit und sorgt dafür, dass der Stahl die gewünschten mechanischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung erreichen kann.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (Metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (Imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethode
Zugfestigkeit	Angeglüht	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Angeglüht	450 - 600 MPa	65 - 87 ksi	ASTM E8
Elongation	Angeglüht	10 - 15 %	10 - 15 %	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Angeglüht	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	-196 °C	30 J	22 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckgrenze macht 413 Edelstahl geeignet für Anwendungen, die signifikante mechanische Belastungen erfordern, wie z.B. in Strukturkomponenten und Maschinenbauteilen. Seine Fähigkeit, die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten, erhöht seinen Nutzen in anspruchsvollen Umgebungen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (Metrisch - SI-Einheiten)	Wert (Imperiale Einheiten)
Dichte	-	7,75 g/cm³	0,28 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	-	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	-	0,73 µΩ·m	0,73 µΩ·in

Die Dichte von 413 Edelstahl trägt zu seiner Festigkeit und Haltbarkeit bei, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität wichtig für Anwendungen sind, die Wärmeübertragung involveiren. Der elektrische Widerstand zeigt seine Eignung für bestimmte elektrische Anwendungen an, obwohl er nicht primär für elektrische Leitfähigkeit verwendet wird.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3 %	25 °C / 77 °F	Ordentlich	Risiko der Lochkorrosion
Schwefelsäure	10 %	20 °C / 68 °F	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5 %	25 °C / 77 °F	Gut	Moderate Beständigkeit
Atmosphärisch	-	-	Gut	Allgemeine Korrosionsbeständigkeit

413 Edelstahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in atmosphärischen Umgebungen. Er ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen und sollte in Anwendungen, die starke Säuren wie Schwefelsäure beinhalten, vermieden werden. Im Vergleich zu austenitischen Typen wie 304 oder 316 hat 413 eine geringere Korrosionsbeständigkeit, bietet jedoch eine höhere Festigkeit.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für längere Exposition
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	600 °C	1112 °F	Kurzfristige Exposition
Temperatur zum Abblättern	800 °C	1472 °F	Risiko der Oxidation bei höheren Temperaturen

Bei höheren Temperaturen behält 413 Edelstahl seine Festigkeit und Härte, obwohl Oxidation auftreten kann, wenn er über längere Zeiträume exponiert ist. Die Leistung des Materials bei hohen Temperaturen macht es geeignet für Anwendungen in Wärmetauschern und Abgassystemen.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlener Füllmetall (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flux	Hinweise
TIG	ER413	Argon	Vorwärmen empfohlen
MIG	ER413	Argon/CO2-Gemisch	Nach dem Schweißen kann eine Wärmebehandlung erforderlich sein

413 Edelstahl kann mit Standardtechniken geschweißt werden, obwohl Vorwärmen oft empfohlen wird, um Risse zu vermeiden. Eine Nachbehandlung kann helfen, Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern.

Bearbeitbarkeit

Zerspanungsparamater	413 Edelstahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	70	100	Moderate Bearbeitbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse

Die Bearbeitbarkeit ist moderat, und die Verwendung geeigneter Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten ist entscheidend, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Herausforderungen können die Werkstoffverfestigung und Werkzeugverschleiß umfassen.

Formbarkeit

413 Edelstahl zeigt aufgrund seiner hohen Festigkeit eine begrenzte Formbarkeit. Kaltumformung ist möglich, erfordert jedoch möglicherweise erheblichen Kraftaufwand, während Warmumformung machbarer ist. Die Werkstoffverfestigung kann die Biegeradien und Umformprozesse beeinflussen.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Zeitdauer	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Wasser	Härte reduzieren, Duktilität verbessern
Härten	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 Minuten	Öl oder Luft	Härte und Festigkeit erhöhen
Anlassen	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Sprödigkeit verringern, Zähigkeit verbessern

Die Wärmebehandlungsprozesse haben einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von 413 Edelstahl. Das Glühen macht das Material weicher, während das Härten die Festigkeit erhöht. Das Anlassen ist entscheidend, um Härte und Zähigkeit auszubalancieren.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Auswahlgrund (Kurz)
Automobil	Motorenteile	Hohe Festigkeit, Abriebfestigkeit	Haltbarkeit unter Belastung
Luftfahrt	Fahrwerksysteme	Hohe Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis	Kritische strukturelle Integrität
Öl & Gas	Pumpenwellen	Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit	Leistung in rauen Umgebungen
Werkzeuge	Schneidwerkzeuge	Härte, Abriebfestigkeit	Lebensdauer und Leistung

Weitere Anwendungen umfassen:

• Marine Hardware: Aufgrund seiner moderaten Korrosionsbeständigkeit.
• Befestigungen: Wo Festigkeit entscheidend ist.
• Ventile und Armaturen: In verschiedenen industriellen Anwendungen.

413 Edelstahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus Festigkeit, Härte und moderater Korrosionsbeständigkeit gewählt, was ihn für anspruchsvolle Umgebungen geeignet macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	413 Edelstahl	AISI 304	AISI 316	Kurz Zusammenfassung von Pro/Contra oder Trade-off
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderat	Moderat	413 bietet überlegene Festigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Moderat	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	413 ist weniger korrosionsbeständig
Schweißbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Gut	413 erfordert Vorwärmen
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Moderat	413 ist schwerer zu bearbeiten
Formbarkeit	Begrenzt	Gut	Gut	413 ist weniger formbar
Ungefähre relative Kosten	Moderat	Höher	Höher	413 ist kosteneffektiv für Festigkeit
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Allgemein	Allgemein	Alle Qualitäten sind weit verbreitet

Bei der Auswahl von 413 Edelstahl sind Überlegungen wie Kosten-Nutzen, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen wichtig. Seine einzigartigen Eigenschaften machen ihn geeignet für Anwendungen, in denen Festigkeit von größter Bedeutung ist, während seine Einschränkungen in der Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Korrosionsumgebungen berücksichtigt werden müssen.

Zusammenfassend ist 413 Edelstahl ein vielseitiges Material, das Festigkeit, Bearbeitbarkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit in einem ausgewogenen Verhältnis bietet, was es zu einer beliebten Wahl in verschiedenen Ingenieuranwendungen macht.