455 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

455 Edelstahl, auch bekannt als Custom 455, ist ein martensitischer Edelstahl, der für seine einzigartige Kombination aus hoher Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und guter Verarbeitbarkeit Anerkennung gefunden hat. Primär als martensitischer Edelstahl klassifiziert, zeichnet er sich durch seinen hohen Chrom- und Nickelgehalt aus, die zu seinen Gesamteigenschaften beitragen. Die Hauptlegierungselemente umfassen Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Molybdän (Mo), die jeweils eine entscheidende Rolle bei der Definition der Eigenschaften des Stahls spielen.

Umfassende Übersicht

455 Edelstahl ist für Anwendungen konzipiert, die hohe Festigkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit erfordern. Seine Zusammensetzung umfasst typischerweise etwa 15-17% Chrom, 4-6% Nickel und 0,5-1,5% Molybdän, die seine mechanischen Eigenschaften und die Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation verbessern. Die martensitische Struktur ermöglicht eine Wärmebehandlung, die dem Material hohe Härte- und Festigkeitsniveaus ermöglicht.

Wichtige Eigenschaften:
- Hohe Festigkeit: Bietet ausgezeichnete Zug- und Streckgrenze, was ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht.
- Korrosionsbeständigkeit: Bietet gute Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene corrosive Umgebungen, auch wenn sie nicht so hoch ist wie bei austenitischen Sorten.
- Verarbeitbarkeit: Kann leicht bearbeitet und geschweißt werden, wobei jedoch darauf geachtet werden muss, Rissbildung beim Schweißen zu vermeiden.

Vorteile:
- Hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis.
- Gute Verschleißbeständigkeit.
- Geeignet für Wärmebehandlungen zur Verbesserung der Eigenschaften.

Beschränkungen:
- Moderate Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu austenitischen Edelstählen.
- Anfällig für spannungsrisskorrosion in bestimmten Umgebungen.

Historisch wurde 455 Edelstahl in der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und in medizinischen Anwendungen aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften eingesetzt. Seine Marktposition ist stark, insbesondere in Branchen, in denen Hochleistungsmaterialien unverzichtbar sind.

Alternativnamen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region des Ursprungs	Bemerkungen
UNS	S45500	USA	Engster Äquivalent zu AISI 630
AISI/SAE	455	USA	Martensitischer Edelstahl
ASTM	A313	USA	Standardspezifikation für Draht
EN	1.4542	Europa	Ähnliche Eigenschaften wie AISI 630
JIS	SUS 630	Japan	Kleine Unterschiede in der Zusammensetzung

Die obige Tabelle hebt die verschiedenen Standards und Bezeichnungen hervor, die mit 455 Edelstahl verbunden sind. Besonders bemerkenswert ist, dass Grade wie AISI 630 und EN 1.4542 oft als gleichwertig angesehen werden, sie jedoch subtile Unterschiede in der Zusammensetzung aufweisen können, die die Leistung in spezifischen Anwendungen beeinflussen können. Zum Beispiel ist der Nickelgehalt in AISI 630 etwas niedriger, was seine Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit beeinflussen kann.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
Cr (Chrom)	15,0 - 17,0
Ni (Nickel)	4,0 - 6,0
Mo (Molybdän)	0,5 - 1,5
C (Kohlenstoff)	0,05 - 0,15
Mn (Mangan)	0,5 - 1,0
Si (Silizium)	0,5 - 1,0
P (Phosphor)	≤ 0,04
S (Schwefel)	≤ 0,03

Die wichtigsten Legierungselemente in 455 Edelstahl erfüllen unterschiedliche Funktionen:
- Chrom: Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Bildung einer schützenden Oxidschicht bei.
- Nickel: Verbessert Zähigkeit und Duktilität, was eine bessere Leistung unter Stress ermöglicht.
- Molybdän: Erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion, insbesondere in Chloridumgebungen.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit	Geloftet	Raumtemperatur	860 - 1030 MPa	125 - 150 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Abweichung)	Geloftet	Raumtemperatur	620 - 800 MPa	90 - 116 ksi	ASTM E8
Elongation	Geloftet	Raumtemperatur	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Geloftet	Raumtemperatur	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Geloftet	-40°C	30 J	22 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von 455 Edelstahl machen ihn besonders geeignet für Anwendungen, die hohe mechanische Belastungen erfordern. Seine hohe Zug- und Streckgrenze ermöglicht es ihm, erheblichen Stress standzuhalten, während seine Dehnbarkeit und Schlagfestigkeit sicherstellen, dass er Energie ohne Bruch aufnehmen kann.

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
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0,72 µΩ·m	0,72 µΩ·in
Wärmeausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	16,5 x 10⁻⁶/K	9,2 x 10⁻⁶/°F

Die physikalischen Eigenschaften von 455 Edelstahl, wie Dichte und Schmelzpunkt, sind entscheidend für Anwendungen, die eine Leistung bei hohen Temperaturen erfordern. Seine Wärmeleitfähigkeit ist moderat, was ihn für Anwendungen geeignet macht, in denen eine Wärmeableitung notwendig, aber nicht kritisch ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosive Substanz	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Widerstandsbewertung	Bemerkungen
Chloride	3-10	20-60	Mangelhaft	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10-30	20-40	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5-20	20-60	Gut	Moderate Widerstandsfähigkeit
Meerwasser	-	20-30	Mangelhaft	Risiko von Spaltkorrosion

455 Edelstahl zeigt gute Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen korrosiven Umgebungen, insbesondere unter moderaten Bedingungen. Er ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in chloridreichen Umgebungen, was eine kritische Überlegung für Anwendungen in marinen oder Küstengebieten darstellt. Im Vergleich zu austenitischen Sorten wie Edelstahl 316, der eine überlegene Korrosionsbeständigkeit bietet, ist 455 in stark korrosiven Umgebungen weniger vorteilhaft.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	600 °C	1112 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	650 °C	1202 °F	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	800 °C	1472 °F	Risiko von Oxidation bei hohen Temperaturen
Berücksichtigung der Kriechfestigkeit	500 °C	932 °F	Kriechbeständigkeit nimmt über dieser Temperatur ab

455 Edelstahl behält seine Festigkeit und Härte bei erhöhten Temperaturen, was ihn geeignet für Anwendungen macht, die Wärmebelastung beinhalten. Eine längere Exposition gegenüber Temperaturen über 600 °C kann jedoch zu Oxidation und Skalierung führen, was die strukturelle Integrität beeinträchtigen kann.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlenes Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Bemerkungen
TIG	ER455	Argon	Vorwärmen empfohlen
MIG	ER308L	Argon/CO2	Nach dem Schweißen Wärmebehandlung empfohlen
SMAW	E308L	-	Vorsicht notwendig, um Rissbildung zu vermeiden

455 Edelstahl kann mit verschiedenen Methoden geschweißt werden, einschließlich TIG- und MIG-Schweißen. Vorwärmen wird häufig empfohlen, um das Risiko von Rissbildung zu minimieren. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die mechanischen Eigenschaften des Schweißnaht noch weiter verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	455 Edelstahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60%	100%	Erfordert Hochgeschwindigkeitswerkzeuge
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-50 m/min	60-80 m/min	Kühlmittel verwenden, um Überhitzung zu verhindern

Die Zerspanbarkeit von 455 Edelstahl ist moderat und erfordert eine sorgfältige Auswahl von Schneidwerkzeugen und Geschwindigkeiten. Hochgeschwindigkeitsstahl oder Hartmetallwerkzeuge werden empfohlen, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

455 Edelstahl weist eine moderate Formbarkeit auf, die ihn für Kalt- und Warmverformungsprozesse geeignet macht. Aufgrund seiner hohen Festigkeit sind jedoch größere Biegeradien empfohlen, um Rissbildung während der Formoperationen zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwiesenes Ergebnis
Glühen	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1-2 Stunden	Luft oder Wasser	Verweichen, Verbesserung der Duktilität
Härten	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 Minuten	Öl oder Luft	Erhöhung der Härte und Festigkeit
Resthärten	500 - 600 °C / 932 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Reduzierung der Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit

Die Wärmebehandlungsprozesse für 455 Edelstahl haben einen erheblichen Einfluss auf seine Mikostruktur und Eigenschaften. Glühen macht das Material weich, während Härten die Festigkeit erhöht. Das Resthärten ist entscheidend, um die Sprödigkeit nach dem Härten zu reduzieren.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Schlüsselstahl Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Auswahlgrund
Luft- und Raumfahrt	Flugzeugteile	Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Leicht und langlebig
Automobil	Motorenteile	Hohe Festigkeit, gute Zerspanbarkeit	Leistung und Zuverlässigkeit
Medizin	Chirurgische Instrumente	Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität	Sicherheit und Haltbarkeit

Weitere Anwendungen umfassen:
- Komponenten der Öl- und Gasindustrie
- Marinebeschläge
- Schrauben und Verbindungselemente

Die Auswahl von 455 Edelstahl für Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilanwendungen ist hauptsächlich auf sein hohes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis zurückzuführen, das für Leistung und Effizienz entscheidend ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Eigenschaft/Eigenschaft	455 Edelstahl	AISI 316 Edelstahl	AISI 420 Edelstahl	Kurz Notiz Pro/Contra oder Trade-off
Schlüsselmikro-eigenschaft	Hohe Festigkeit	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit	Moderate Festigkeit	455 ist stärker, aber weniger korrosionsbeständig
Schlüsselkorrosionsaspekt	Mangelhaft in Chloriden	Ausgezeichnet in Chloriden	Schlecht in Chloriden	455 eignet sich für moderate Umgebungen
Schweißbarkeit	Moderat	Gut	Mangelhaft	455 benötigt Sorgfalt, um Rissbildung zu vermeiden
Zerspanbarkeit	Moderat	Gut	Schlecht	455 benötigt Hochgeschwindigkeitswerkzeuge
Formbarkeit	Moderat	Gut	Mangelhaft	455 hat höhere Festigkeit, die die Formbarkeit einschränkt
Ungefähre relative Kosten	Moderat	Höher	Günstiger	Kosten variieren je nach Marktnachfrage
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Moderat	455 ist weniger verbreitet als 316

Bei der Auswahl von 455 Edelstahl sind Überlegungen wie die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit und die Verfügbarkeit zu berücksichtigen. Während er hohe Festigkeit bietet, ist er möglicherweise nicht die beste Wahl für hochkorrosive Umgebungen im Vergleich zu austenitischen Sorten. Seine moderaten Kosten und die Verfügbarkeit machen ihn zu einer brauchbaren Option für verschiedene Anwendungen, insbesondere dort, wo die Festigkeit über die Korrosionsbeständigkeit priorisiert wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 455 Edelstahl ein vielseitiges Material ist, das Stärke und Korrosionsbeständigkeit in einem ausgewogenen Verhältnis bietet und somit für eine Vielzahl von Ingenieuranwendungen geeignet ist. Seine einzigartigen Eigenschaften und Fertigungseigenschaften bieten bedeutende Vorteile in anspruchsvollen Umgebungen, während eine sorgfältige Berücksichtigung seiner Einschränkungen für optimale Leistung entscheidend ist.