420 Edelstahl: Eigenschaften und Hauptanwendungen

420 Edelstahl ist ein martensitischer Edelstahl, der für seine hohe Festigkeit, moderate Korrosionsbeständigkeit und die Fähigkeit bekannt ist, durch Wärmebehandlung gehärtet zu werden. Er wird in die Kategorie der martensitischen Edelstähle eingestuft, die durch ihren hohen Kohlenstoffgehalt und das Vorhandensein von Chrom als Hauptlegierungselement gekennzeichnet ist. Die typische Zusammensetzung von 420 Edelstahl umfasst etwa 12-14% Chrom und 0,15-0,4% Kohlenstoff, was seine Eigenschaften erheblich beeinflusst.

Umfassende Übersicht

420 Edelstahl wird hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, die hohe Härte und moderate Korrosionsbeständigkeit erfordern. Die Legierungselemente in 420, insbesondere Chrom und Kohlenstoff, spielen eine entscheidende Rolle bei der Definition seiner Eigenschaften. Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Härte des Stahls bei, während Kohlenstoff die Festigkeit und den Verschleißwiderstand erhöht.

Vorteile von 420 Edelstahl:
- Hohe Härte: Nach der Wärmebehandlung kann 420 eine Härte von bis zu 50 HRC erreichen, was ihn für Schneidwerkzeuge und Klingen geeignet macht.
- Gute Verschleißbeständigkeit: Sein hoher Kohlenstoffgehalt bietet eine hervorragende Verschleißbeständigkeit, ideal für Anwendungen mit Reibung.
- Moderate Korrosionsbeständigkeit: Obwohl er nicht so beständig ist wie austenitische Grade, schneidet er in mild korrosiven Umgebungen gut ab.

Einschränkungen von 420 Edelstahl:
- Geringere Zähigkeit: Im Vergleich zu austenitischen Edelstählen hat 420 eine geringere Zähigkeit, was ihn weniger geeignet macht für Anwendungen, die eine hohe Schlagfestigkeit erfordern.
- Begrenzte Korrosionsbeständigkeit: In stark korrosiven Umgebungen, wie in maritimen Anwendungen, schneidet er ohne schützende Beschichtungen möglicherweise nicht ausreichend ab.

Historisch gesehen war 420 Edelstahl bei der Herstellung von Besteck, chirurgischen Instrumenten und verschiedenen industriellen Anwendungen von Bedeutung, da er eine Balance zwischen Härte und Korrosionsbeständigkeit bietet. Seine Marktposition ist gut etabliert, insbesondere in den Bereichen Besteck- und Werkzeugherstellung.

Alternative Namen, Normen und Äquivalente

Normungsorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S42000	USA	Naheliegendes Äquivalent zu AISI 420
AISI/SAE	420	USA	Häufig verwendete Bezeichnung
ASTM	A276	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlstangen
EN	1.4021	Europa	Äquivalente Bezeichnung in Europa
JIS	SUS420J2	Japan	Ähnliche Eigenschaften mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden

Die Äquivalenztabelle zeigt, dass diese Grade oft als austauschbar betrachtet werden, subtile Unterschiede in der Zusammensetzung jedoch die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Zum Beispiel hat SUS420J2 einen etwas höheren Kohlenstoffgehalt, was die Härte erhöhen, aber auch die Korrosionsbeständigkeit verringern könnte.

Schlüsselmerkmale

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.15 - 0.40
Cr (Chrom)	12.0 - 14.0
Mn (Mangan)	1.0 max
Si (Silizium)	1.0 max
P (Phosphor)	0.04 max
S (Schwefel)	0.03 max

Die primären Legierungselemente in 420 Edelstahl umfassen Chrom, das Korrosionsbeständigkeit und Härte bietet, und Kohlenstoff, der Festigkeit und Verschleißbeständigkeit erhöht. Mangan und Silizium sind in geringen Mengen vorhanden, um die Zähigkeit und Deoxidation während der Stahlherstellung zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Geregelt	Raumtemperatur	520 - 700 MPa	75 - 102 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Offset)	Geregelt	Raumtemperatur	350 - 500 MPa	51 - 73 ksi	ASTM E8
Dehnung	Geregelt	Raumtemperatur	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemperatur	40 - 50 HRC	40 - 50 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Abgeschreckt & Vergütet	-20°C (-4°F)	30 J	22 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von 420 Edelstahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Härte erfordern. Seine Zugfestigkeit und Streckgrenze zeigen seine Fähigkeit, erheblichen Lasten standzuhalten, während der Prozentsatz an Dehnung seine Duktilität widerspiegelt, die für viele Anwendungen ausreichend ist. Die Härtewerte, die durch Wärmebehandlung erreicht werden, machen ihn ideal für Schneidwerkzeuge und verschleißfeste Anwendungen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	-	7.75 g/cm³	0.28 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	25.4 W/m·K	17.5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	20 °C	0.73 µΩ·m	0.00000073 Ω·m
Wärmeausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	15.5 µm/m·K	8.6 µin/in·°F

Die Dichte von 420 Edelstahl zeigt ein relativ schweres Material an, was zu seiner Festigkeit beiträgt. Der Schmelzpunkt ist für Anwendungen mit hohen Temperaturen signifikant, während Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität für das Wärmemanagement in Ingenieuranwendungen wichtig sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist entscheidend für Anwendungen, in denen Temperaturschwankungen zu erwarten sind.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsmittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Chloride	3-10	20-60 °C (68-140 °F)	Ausreichend	Risiko von Lochfraß
Schwefelsäure	10-30	20-50 °C (68-122 °F)	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5-20	20-40 °C (68-104 °F)	Gut	Moderate Beständigkeit
Atmosphäre	-	-	Gut	Für milde Einflüsse geeignet

420 Edelstahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen und in Gegenwart von Essigsäure. Er ist jedoch anfällig für Lochfraßkorrosion in Chlorid-Umgebungen und sollte in Anwendungen mit starken Säuren wie Schwefelsäure vermieden werden. Im Vergleich zu austenitischen Graden wie 304 oder 316 ist 420's Korrosionsbeständigkeit geringer, was ihn weniger geeignet für maritime oder hochkorrosive Umgebungen macht.

Wärmebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Anmerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für intermittierenden Betrieb
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Begrenzte Oxidationsbeständigkeit
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Risiko von Skalierung bei hohen Temperaturen

Bei erhöhten Temperaturen behält 420 Edelstahl seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation erfahren. Die maximale kontinuierliche Betriebstemperatur zeigt seine Fähigkeit in Hochtemperaturanwendungen, während die Skalierungstemperatur das Risiko der Oberflächenzerstörung hervorhebt. Vorsicht ist geboten, um längere Exposition gegenüber Temperaturen über diesen Grenzen zu vermeiden.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlenes Füllmetal (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
TIG	ER420	Argon	Vorwärmung empfohlen
MIG	ER420	Argon + CO2	Nach der Schweißbehandlung kann notwendig sein

420 Edelstahl kann unter Verwendung von TIG- und MIG-Verfahren geschweißt werden, aber Vorwärmen wird oft empfohlen, um Rissbildung zu verhindern. Eine Nachwärmebehandlung kann die Eigenschaften des Schweißgutes verbessern und eine bessere Leistung im Betrieb sichern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	[420 Edelstahl]	[AISI 1212]	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	50%	100%	Carbidwerkzeuge für beste Ergebnisse verwenden
Typische Schnittgeschwindigkeit	30-50 m/min	60-80 m/min	Anpassungen an Werkzeugverschleiß vornehmen

420 Edelstahl hat eine moderate Zerspanbarkeit, die mit den richtigen Werkzeugen und Schnittbedingungen verbessert werden kann. Hartmetallwerkzeuge werden empfohlen, um bessere Oberflächenqualität und Werkzeugsleben zu erreichen.

Formbarkeit

420 Edelstahl ist aufgrund seiner martensitischen Struktur nicht hoch formbar, was ihn eher für Anwendungen geeignet macht, die Schneiden und Formen erfordern, anstatt für umfangreiche Formen. Kaltes Formen ist möglich, kann jedoch zu einer Zähigkeitssteigerung führen, was eine sorgfältige Kontrolle des Prozesses erfordert.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwünschtes Ergebnis
Normalisieren	800 - 900 °C (1472 - 1652 °F)	1-2 Stunden	Luft	Härte reduzieren, Duktilität verbessern
Abschrecken	1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F)	30 Minuten	Öl oder Wasser	Härte erhöhen
Tempering	150 - 300 °C (302 - 572 °F)	1 Stunde	Luft	Brittleness reduzieren, Zähigkeit erhöhen

Die Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur und die Eigenschaften von 420 Edelstahl. Abschrecken erhöht die Härte, während das Tempern die Sprödigkeit verringert und ihn für verschiedene Anwendungen geeignet macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Besteck	Küchenmesser	Hohe Härte, Verschleißbeständigkeit	Schneidhaltigkeit
Medizinisch	Chirurgische Instrumente	Korrosionsbeständigkeit, Härte	Sterilisation und Haltbarkeit
Automobil	Ventilkomponenten	Festigkeit, moderate Korrosionsbeständigkeit	Leistung unter Belastung
Luft- und Raumfahrt	Fahrwerkkomponenten	Hohe Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit	Sicherheit und Zuverlässigkeit

420 Edelstahl wird häufig in der Besteck- und Medizinbranche aufgrund seiner Härte und seiner Fähigkeit, eine scharfe Kante zu halten, eingesetzt. In Automobil- und Luft- und Raumfahrtanwendungen machen ihn seine Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit zu einer geeigneten Wahl für kritische Komponenten.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	420 Edelstahl	AISI 304 Edelstahl	AISI 316 Edelstahl	Kurze Pro/Contra oder Trade-off Anmerkung
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Gute Duktilität	Exzellente Korrosionsbeständigkeit	420 ist härter, aber weniger duktil
Wichtiger Korrosionsaspekt	Moderate Beständigkeit	Gute Beständigkeit	Exzellente Beständigkeit	420 ist weniger geeignet für raue Umgebungen
Schweißbarkeit	Moderat	Gut	Gut	420 erfordert Vorwärmung
Zerspanbarkeit	Moderat	Gut	Ausreichend	420 ist schwieriger zu bearbeiten
Formbarkeit	Schlecht	Gut	Ausreichend	420 ist nicht geeignet für umfangreiche Formungen
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Höher	Höher	420 ist oft kostengünstiger
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Sehr verbreitet	Allgemein	420 ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 420 Edelstahl sind Überlegungen zu seinen mechanischen Eigenschaften, der Korrosionsbeständigkeit sowie der Eignung zum Schweißen und Bearbeiten erforderlich. Während er Vorteile bei Härte und Verschleißbeständigkeit bietet, sollten seine Einschränkungen in Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit sorgfältig an die spezifischen Anforderungen der Anwendung abgeglichen werden.

Zusammenfassend ist 420 Edelstahl ein vielseitiges Material, das seinen Platz in Anwendungen findet, die eine Balance zwischen Härte und moderater Korrosionsbeständigkeit erfordern. Seine historische Bedeutung und etablierte Marktposition machen ihn zu einer zuverlässigen Wahl für verschiedene Branchen.