420B Edelstahl: Eigenschaften und Hauptanwendungen

420B Edelstahl ist ein martensitischer Edelstahl, der für seine hohe Festigkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Als Teil der martensitischen Familie klassifiziert, enthält er hauptsächlich Chrom als Hauptlegierungselement, was zu seiner Korrosionsbeständigkeit und Härte beiträgt. Die typische Zusammensetzung umfasst etwa 12-14% Chrom, zusammen mit Kohlenstoff (ca. 0,15-0,25%) und geringeren Mengen an Mangan, Silizium und Phosphor. Diese Zusammensetzung ermöglicht es 420B, ein Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erreichen, wodurch er für verschiedene Anwendungen geeignet ist.

Umfassende Übersicht

420B Edelstahl zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, durch Wärmebehandlung gehärtet zu werden, was seine mechanischen Eigenschaften verbessert. Der Stahl weist eine hervorragende Abriebfestigkeit auf und wird oft in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit erfordern. Seine einzigartige Kombination von Eigenschaften macht ihn besonders wertvoll in der Herstellung von Schneidwerkzeugen, chirurgischen Instrumenten und verschiedenen industriellen Komponenten.

Vorteile von 420B Edelstahl:
- Hohe Härte: Erreicht hohe Härtegrade nach der Wärmebehandlung, was ihn für Schneid- und abrasionsbeständige Anwendungen geeignet macht.
- Moderate Korrosionsbeständigkeit: Bietet angemessenen Widerstand gegen Korrosion, insbesondere in leicht korrosiven Umgebungen.
- Gute mechanische Eigenschaften: Beibehaltung von Festigkeit und Zähigkeit, auch bei erhöhten Temperaturen.

Einschränkungen von 420B Edelstahl:
- Niedrigere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu austenitischen Qualitäten: Obwohl er eine anständige Korrosionsbeständigkeit aufweist, ist er nicht so widerstandsfähig wie austenitische Edelstähle wie 304 oder 316.
- Brittleness unter bestimmten Bedingungen: Kann spröde werden, wenn er nicht richtig wärmebehandelt wird oder wenn er extremen Bedingungen ausgesetzt ist.
- Schwierigkeiten beim Schweißen: Das Schweißen kann aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts herausfordernd sein, was zu Rissen führen kann.

Historisch gesehen war 420B bedeutend für die Entwicklung von Edelstählen, insbesondere in Anwendungen, in denen eine Kombination aus Härte und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. Seine Marktposition bleibt relevant, insbesondere in Branchen, die sich auf die Herstellung von Werkzeugen und Komponenten konzentrieren, die Abnutzung und Verschleiß standhalten.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	S42000	USA	Nächster Äquivalent zu AISI 420
AISI/SAE	420B	USA	Kleinere Zusammensetzungsunterschiede zu AISI 420
ASTM	A276	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlstangen
EN	1.4021	Europa	Entspricht AISI 420 mit leichten Abweichungen
JIS	SUS420J2	Japan	Ähnliche Eigenschaften, aber mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt

Die obige Tabelle hebt verschiedene Standards und Äquivalente für 420B Edelstahl hervor. Es ist bemerkenswert, dass 420B und AISI 420 oft als äquivalent betrachtet werden, der spezifische Kohlenstoffgehalt jedoch ihre Leistung in Anwendungen beeinflussen kann. Zum Beispiel hat AISI 420 typischerweise einen höheren Kohlenstoffgehalt, was die Härte erhöhen kann, aber auch die Duktilität beeinträchtigen kann.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol)	Prozentsatzbereich (%)
Kohlenstoff (C)	0,15 - 0,25
Chrom (Cr)	12,0 - 14,0
Mangan (Mn)	1,0 max
Silizium (Si)	1,0 max
Phosphor (P)	0,04 max
Schwefel (S)	0,03 max

Die primären Legierungselemente in 420B Edelstahl umfassen Chrom, das die Korrosionsbeständigkeit und Härte verbessert, und Kohlenstoff, der die Festigkeit und Abriebfestigkeit erhöht. Mangan und Silizium sind in geringen Mengen vorhanden, um die Zähigkeit und Entzunderung während der Stahlerzeugung zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für die Prüfmethode
Zugfestigkeit	Glühen	600 - 800 MPa	87 - 116 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Offset)	Glühen	400 - 600 MPa	58 - 87 ksi	ASTM E8
Dehnung	Glühen	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Glühen	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	-	30 J bei -20°C	22 ft-lbf bei -4°F	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von 420B Edelstahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit erfordern. Seine Zug- und Streckfestigkeiten zeigen, dass er erheblichen Belastungen standhalten kann, während sein Dehnungswert eine angemessene Duktilität suggeriert, die für Formprozesse entscheidend ist.

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 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	20 °C	0,74 µΩ·m	0,0000013 Ω·in
Wärmeausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	16,5 µm/m·K	9,2 µin/in·°F

Die Dichte von 420B Edelstahl zeigt, dass er relativ schwer ist, was für martensitische Stähle typisch ist. Sein Schmelzpunkt ist bedeutend für Anwendungen, die hohe Temperaturen erfordern. Die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität deuten darauf hin, dass er Wärme leiten kann, aber weniger effizient ist als einige andere Materialien, was in thermischen Anwendungen zu berücksichtigen ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsgrad	Hinweise
Chloride	3-10	20-60 / 68-140	Ausreichend	Risiko von Lochfraßkorrosion
Schwefelsäure	10-20	20-40 / 68-104	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5-10	20-40 / 68-104	Gut	Moderater Widerstand
Atmosphärisch	-	-	Gut	Arbeitsfähig in trockener Luft

420B Edelstahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen und in verdünnten Säuren. Er ist jedoch anfällig für Lochfraß in Chloridumgebungen, was in marinen Anwendungen kritisch sein kann. Im Vergleich zu austenitischen Qualitäten wie 316, die eine überlegene Korrosionsbeständigkeit bieten, ist 420B möglicherweise nicht für hochkorrosive Umgebungen geeignet.

Hitzeresistenz

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauertemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für intermittierenden Betrieb
Maximale intermittierende Temperatur	600 °C	1112 °F	Begrenzte Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen
Skalierungstemperatur	700 °C	1292 °F	Risiko von Skalierung über dieser Temperatur

Bei hohen Temperaturen behält 420B Edelstahl seine Festigkeit, kann jedoch anfangen, Härte und Zähigkeit zu verlieren. Oxidation kann bei hohen Temperaturen auftreten, was eine sorgfältige Überlegung in Anwendungen erfordert, die Wärmebelastung beinhalten.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlenes Zusatzmaterial (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Füllmittel	Hinweise
TIG	ER420	Argon	Vorglühen empfohlen
MIG	ER420	Argon + CO2	Nachwärmebehandlung nach dem Schweißen kann erforderlich sein

Das Schweißen von 420B Edelstahl kann aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts herausfordernd sein, was zu Rissen führen kann. Vorglühen vor dem Schweißen und Nachwärmebehandlungen sind oft empfehlenswert, um diese Probleme zu mildern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	420B Edelstahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	50	100	Moderate Zerspanbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	60 m/min	Kohlenstoffwerkzeuge für beste Ergebnisse verwenden

420B Edelstahl hat eine moderate Zerspanbarkeit, die mit entsprechendem Werkzeug und Schnittgeschwindigkeiten verbessert werden kann. Es ist ratsam, Hartmetallwerkzeuge für eine effektive Zerspanung zu verwenden.

Formbarkeit

420B Edelstahl ist aufgrund seiner hohen Festigkeit und Härte nicht besonders formbar. Kaltumformung ist möglich, kann jedoch erhebliche Kräfte erfordern, und es muss darauf geachtet werden, Risse zu vermeiden. Warmumformung ist machbarer, da sie eine bessere Formgebung ermöglicht, ohne die Integrität des Materials zu beeinträchtigen.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 Stunden	Luftkühlung	Härte reduzieren, Duktilität verbessern
Härten	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 - 60 Minuten	Ölkühlen	Härte erhöhen
Tempering	200 - 600 / 392 - 1112	1 Stunde	Luftkühlung	Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit erhöhen

Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur und Eigenschaften von 420B Edelstahl. Das Härten erhöht die Härte durch martensitische Transformation, während das Tempern hilft, die Sprödigkeit zu reduzieren, was ihn für praktische Anwendungen geeigneter macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahl Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Medizin	Chirurgische Instrumente	Hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit	Haltbarkeit und Sterilisation
Herstellung	Schneidwerkzeuge	Verschleißfestigkeit, Festigkeit	Langfristige Nutzung
Automobil	Ventilkomponenten	Hohe Festigkeit, moderate Korrosionsbeständigkeit	Leistung unter Stress

420B Edelstahl wird häufig im medizinischen Bereich für chirurgische Instrumente aufgrund seiner Härte und seiner Sterilisierbarkeit verwendet. In der Herstellung wird er für Schneidwerkzeuge bevorzugt, wo Abriebfestigkeit entscheidend ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	420B Edelstahl	AISI 440C	AISI 316	Kurz Notiz zu Pro/Contra oder Trade-off
Hauptmechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Höhere Härte	Geringere Härte	440C bietet bessere Verschleißfestigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Moderater Widerstand	Schlecht	Exzellent	316 ist besser für korrosive Umgebungen
Schweißbarkeit	Herausfordernd	Schwierig	Gut	316 lässt sich leichter schweißen
Zerspanbarkeit	Moderat	Schlecht	Gut	316 ist leichter zu zerspanen
Formbarkeit	Begrenzt	Begrenzt	Gut	316 bietet bessere Formbarkeit
Ungefähre relative Kosten	Moderat	Höher	Moderat	440C ist typischerweise teurer
Typische Verfügbarkeit	Gewöhnlich	Weniger gewöhnlich	Gewöhnlich	316 ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 420B Edelstahl sind Überlegungen zu seinen mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitungseigenschaften erforderlich. Während er ein gutes Gleichgewicht zwischen Härte und Korrosionsbeständigkeit bietet, können Alternativen wie AISI 440C eine bessere Verschleißfestigkeit bieten, und AISI 316 könnte für Anwendungen in hochkorrosiven Umgebungen bevorzugt werden. Kosten und Verfügbarkeit spielen ebenfalls entscheidende Rollen bei der Materialauswahl, wobei 420B eine kosteneffektive Option für viele Anwendungen ist.