440 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

440 Edelstahl ist ein hochkohlenstoffhaltiger martensitischer Edelstahl, der für seine ausgezeichnete Härte und Abriebfestigkeit bekannt ist. Er gehört zur Kategorie der martensitischen Edelstähle und enthält typischerweise 16-18 % Chrom und 1,0-1,2 % Kohlenstoff, was seine mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit erheblich beeinflusst. Der hohe Kohlenstoffgehalt ermöglicht die Ausbildung einer harten martensitischen Struktur bei der Wärmebehandlung, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit erfordern.

Vollständige Übersicht

440 Edelstahl wird hauptsächlich in Anwendungen verwendet, bei denen hohe Härte und moderate Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind. Seine einzigartige Kombination von Eigenschaften macht ihn zu einer beliebten Wahl für Bestecke, chirurgische Instrumente und verschiedene industrielle Anwendungen. Der Stahl kann in drei Untergrade kategorisiert werden: 440A, 440B und 440C, die jeweils geringfügige Unterschiede im Kohlenstoffgehalt und in der Härte aufweisen.

Vorteile:
- Hohe Härte: 440 Edelstahl kann durch ordnungsgemäße Wärmebehandlung eine Härte von bis zu 58 HRC erreichen, was ihn ideal für Schneidwerkzeuge und abriebfeste Anwendungen macht.
- Gute Korrosionsbeständigkeit: Obwohl nicht so korrosionsbeständig wie austenitische Grade, bietet 440 Edelstahl eine angemessene Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion in milden Umgebungen.
- Schneidfähigkeit: Seine Härte ermöglicht eine hervorragende Schneidfähigkeit in Schneidanwendungen, was ihn zu einer bevorzugten Wahl für Messer und Klingen macht.

Einschränkungen:
- Brittleness: Der hohe Kohlenstoffgehalt kann zu Sprödigkeit führen, insbesondere in dünneren Abschnitten, was seine Verwendung in bestimmten Anwendungen einschränken kann.
- Schweißbarkeit: 440 Edelstahl kann aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts schwierig zu schweißen sein, was zu Rissen im wärmebetroffenen Bereich führen kann.
- Moderate Korrosionsbeständigkeit: Im Vergleich zu austenitischen Edelstählen ist seine Korrosionsbeständigkeit begrenzt, insbesondere in rauen Umgebungen.

Historisch gesehen war 440 Edelstahl bedeutend für die Entwicklung von Hochleistungsbestecken und chirurgischen Instrumenten und hat sich als zuverlässiges Material in verschiedenen Branchen etabliert.

Alternative Namen, Standards und Alternativen

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S44000	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 440A/B/C
AISI/SAE	440A, 440B, 440C	USA	Variationen im Kohlenstoffgehalt beeinflussen die Härte
ASTM	A276	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlstangen
EN	1.4116	Europa	Entspricht AISI 440C
JIS	SUS440A, SUS440B, SUS440C	Japan	Ähnliche Eigenschaften mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden

Die Unterschiede zwischen diesen gleichwertigen Graden können die Auswahl basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen beeinflussen. Zum Beispiel bietet 440C zwar eine höhere Härte aufgrund seines Kohlenstoffgehalts, könnte jedoch auch empfindlicher gegenüber Korrosion in bestimmten Umgebungen sein als 440A.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,95 - 1,20
Cr (Chrom)	16,0 - 18,0
Mn (Mangan)	1,0 max
Si (Silizium)	1,0 max
P (Phosphor)	0,04 max
S (Schwefel)	0,03 max

Die hauptsächlichen Legierungselemente in 440 Edelstahl sind Chrom und Kohlenstoff. Chrom verbessert die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Ausbildung einer schützenden Oxidschicht bei, während Kohlenstoff die Härte und Festigkeit durch die Bildung von Martensit während der Wärmebehandlung erhöht.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethode
Zugfestigkeit	Glühen	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Glühen	450 - 600 MPa	65 - 87 ksi	ASTM E8
Dehnung	Glühen	12 - 15 %	12 - 15 %	ASTM E8
Härte	Glühen	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	-	20 J (bei -20 °C)	15 ft-lbf (bei -4 °F)	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von 440 Edelstahl machen ihn für Anwendungen geeignet, die hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit erfordern. Seine Zug- und Streckgrenzen zeigen seine Fähigkeit, erheblichen Belastungen standzuhalten, während seine Härte Haltbarkeit in Schneidanwendungen gewährleistet.

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	25,4 W/m·K	17,5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	0,50 J/g·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	20 °C	0,74 µΩ·m	0,0000013 Ω·in

Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Schmelzpunkt sind entscheidend für Anwendungen in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Die Dichte gibt das Gewicht des Materials an, während der Schmelzpunkt Einblick in seine thermische Stabilität bietet.

Korrosionsbeständigkeit

Korrisionsmittel	Koncentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Notizen
Chloride	3-10	20-60 / 68-140	Ausreichend	Risiko von Lochausbrüchen
Schwefelsäure	10-30	20-40 / 68-104	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5-20	20-60 / 68-140	Gut	Moderate Beständigkeit
Atmosphärisch	-	-	Gut	Funktioniert gut in milden Umgebungen

440 Edelstahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen und in verdünnten Säuren. Allerdings ist er anfällig für Lochkorrosion in Chloridumgebungen, was einen kritischen Aspekt für Anwendungen in marinen oder küstennahen Bereichen darstellt. Im Vergleich zu austenitischen Graden wie 304 oder 316 ist 440 Edelstahl weniger korrosionsbeständig, bietet jedoch überlegene Härte.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400	752	Darüber kann Oxidation auftreten
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	600	1112	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	800	1472	Risiko von Skalierungen über dieser Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen behält 440 Edelstahl seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation erfahren. Seine Leistung in Hochtemperatureanwendungen ist im Vergleich zu anderen Edelstählen begrenzt, was eine sorgfältige Berücksichtigung im Design erfordert.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfiehlt Zusatzmetall (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
TIG	ER440 (AWS A5.9)	Argon	Vorwärmung empfohlen
MIG	ER440 (AWS A5.9)	Argon + CO2	Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann erforderlich sein

Das Schweißen von 440 Edelstahl kann aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts herausfordernd sein, da dies das Risiko von Rissen erhöht. Vorwärmung und Wärmebehandlung nach dem Schweißen werden oft empfohlen, um diese Probleme zu mindern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	[440 Edelstahl]	[AISI 1212]	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60 %	100 %	Erfordert Hochgeschwindigkeitswerkzeuge
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-50 m/min	100-150 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse

440 Edelstahl hat eine moderate Zerspanbarkeit und erfordert spezifische Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die Verwendung von Hartmetallwerkzeugen wird empfohlen, um die Leistung zu verbessern.

Umformbarkeit

440 Edelstahl ist aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts nicht besonders gut umformbar, was während der Kaltbearbeitung zu Rissen führen kann. Warmumformung ist möglich, erfordert jedoch eine sorgfältige Temperaturkontrolle, um eine Verschlechterung der Eigenschaften zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primäres Ziel / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	760 - 800 / 1400 - 1472	1-2 Stunden	Luft	Härte reduzieren, Duktilität verbessern
Härten	980 - 1050 / 1800 - 1922	30 Minuten	Öl oder Luft	Härte und Festigkeit erhöhen
Anlassen	150 - 400 / 300 - 750	1 Stunde	Luft	Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit verbessern

Die Wärmebehandlungsprozesse haben einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von 440 Edelstahl. Härten erhöht die Festigkeit und Härte, während Anlassen hilft, Sprödigkeit zu verringern.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wesentliche Stahl-Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Besteck	Küchenmesser	Hohe Härte, Schneidfähigkeit	Ausgezeichnet für Schneidwerkzeuge
Medizinisch	Chirurgische Instrumente	Korrosionsbeständigkeit, Sterilisationsfähigkeit	Sicher für medizinische Anwendungen
Automobil	Ventilkomponenten	Verschleißfestigkeit, Festigkeit	Hochleistungsanforderungen
Flugzeugbau	Motorenteile	Hohe Festigkeit zu Gewicht Verhältnisse	Kritisch für Sicherheit und Leistung

440 Edelstahl wird für Anwendungen ausgewählt, die hohe Härte und moderate Korrosionsbeständigkeit erfordern. Seine Schneidfähigkeit macht ihn besonders geeignet für Besteck, während seine Festigkeit in der Automobil- und Luftfahrtindustrie vorteilhaft ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	440 Edelstahl	AISI 304 Edelstahl	AISI 316 Edelstahl	Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Anmerkung
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Gute Duktilität	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit	440 ist härter, aber weniger duktil
Wesentliches Korrosionsaspekt	Moderate Beständigkeit	Gute Beständigkeit	Ausgezeichnete Beständigkeit	440 ist weniger geeignet für raue Umgebungen
Schweißbarkeit	Schlecht	Gut	Gut	440 erfordert besondere Sorgfalt beim Schweißen
Zerspanbarkeit	Moderat	Gut	Moderat	440 erfordert mehr Aufwand beim Zerspanen
Umformbarkeit	Schlecht	Gut	Gut	440 ist weniger umformbar als austenitische Grade
Ungefähre relative Kosten	Moderat	Niedrig	Moderat bis hoch	Die Kosten variieren je nach Marktbedingungen
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Hoch	440 ist möglicherweise weniger leicht verfügbar

Bei der Auswahl von 440 Edelstahl müssen Überlegungen zu seinen mechanischen Eigenschaften, der Korrosionsbeständigkeit und den Verarbeitungseigenschaften angestellt werden. Während er eine hohe Härte bietet, müssen seine Einschränkungen in der Schweißbarkeit und Umformbarkeit im Design und in der Anwendung berücksichtigt werden. Kosten- und Verfügbarkeit spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle bei der Materialauswahl, insbesondere in wettbewerbsintensiven Branchen.

Zusammenfassend ist 440 Edelstahl ein vielseitiges Material, das in Anwendungen, die hohe Härte und Abriebfestigkeit erfordern, hervorragende Leistungen erbringt und damit eine wertvolle Wahl in verschiedenen Branchen darstellt, trotz seiner Einschränkungen in der Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit.