CPM S35VN Stahl: Eigenschaften und Hauptanwendungen

CPM S35VN-Stahl ist eine hochleistungsfähige Edelstahllegierung, die in die Kategorie der martensitischen Edelstähle fällt. Er wurde speziell für Anwendungen entwickelt, die eine hervorragende Schnittkantenbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit erfordern. Die wichtigsten Legierungselemente in CPM S35VN sind Kohlenstoff (C), Chrom (Cr), Vanadium (V) und Molybdän (Mo). Diese Elemente beeinflussen maßgeblich die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Stahls, wodurch er besonders geeignet ist für anspruchsvolle Anwendungen wie Klingen und Schneidwerkzeuge.

Umfassender Überblick

CPM S35VN ist ein Pulverbettmetallurgiestahl, der von Crucible Industries entwickelt wurde und für seine überlegenen Leistungseigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Edelstählen bekannt ist. Die Zusammensetzung des Stahls umfasst typischerweise etwa 1,4 % Kohlenstoff, 14 % Chrom, 3 % Vanadium und 2 % Molybdän, die zur Härte und Abriebfestigkeit beitragen. Der Pulverbettmetallurgieprozess verbessert die Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur, was zu verbesserter Zähigkeit und Schnittkantenbeständigkeit führt.

Wesentliche Merkmale:
- Schnittkantenbeständigkeit: Der hohe Kohlenstoff- und Vanadiumgehalt bietet außergewöhnliche Härte und ermöglicht eine langanhaltende Schärfe in Schneidanwendungen.
- Korrosionsbeständigkeit: Der Chromgehalt bietet eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und Korrosion, was ihn für den Einsatz in feuchten oder korrosiven Umgebungen geeignet macht.
- Zähigkeit: Die ausgewogenen Legierungselemente sorgen dafür, dass der Stahl seine Zähigkeit behält, wodurch das Risiko von Abplatzungen oder Brüchen unter Spannung reduziert wird.

Vorteile:
- Ausgezeichnete Abriebfestigkeit und Schnittkantenbeständigkeit.
- Gute Korrosionsbeständigkeit, geeignet für verschiedene Umgebungen.
- Verbesserte Zähigkeit im Vergleich zu anderen hochkohlenstoffhaltigen Edelstählen.

Beschränkungen:
- Höhere Kosten im Vergleich zu Standardedelstählen.
- Erfordert eine sorgfältige Wärmebehandlung, um optimale Eigenschaften zu erreichen.

Historisch gesehen hat CPM S35VN in der Messermacher-Community und unter Herstellern von Hochleistungswerkzeugen aufgrund seiner einzigartigen Kombination von Eigenschaften an Popularität gewonnen, was ihn zur bevorzugten Wahl für Premium-Produkte macht.

Alternative Namen, Normen und Entsprechungen

Normen-Organisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region of Origin	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S35VN	USA	Näheste Entsprechung zu AISI 440C mit verbesserter Zähigkeit.
AISI/SAE	35VN	USA	Entwickelt für Hochleistungsanwendungen.
ASTM	A240	USA	Normenkonvention für Edelstahlplatten.
JIS	-	Japan	Keine direkte Entsprechung, aber ähnlich zu anderen Hochleistungsstählen.

Obwohl S35VN häufig mit AISI 440C verglichen wird, bietet es aufgrund seiner einzigartigen Zusammensetzung und des Herstellungsprozesses eine verbesserte Zähigkeit und Abriebfestigkeit. Dies macht es zu einer besseren Wahl für Anwendungen, bei denen sowohl Schnittkantenbeständigkeit als auch Haltbarkeit entscheidend sind.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	1,35 - 1,45
Cr (Chrom)	14,00 - 15,00
V (Vanadium)	2,75 - 3,25
Mo (Molybdän)	1,75 - 2,25
Mn (Mangan)	0,50 max
Si (Silizium)	0,50 max
P (Phosphor)	0,03 max
S (Schwefel)	0,03 max

Die Hauptrolle der wichtigsten Legierungselemente in CPM S35VN umfasst:
- Kohlenstoff (C): Erhöht die Härte und Abriebfestigkeit.
- Chrom (Cr): Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Bildung einer schützenden Oxidschicht bei.
- Vanadium (V): Verbessert die Abriebfestigkeit und Zähigkeit, indem es die Kornstruktur verfeinert.
- Molybdän (Mo): Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Festigkeit bei erhöhten Temperaturen bei.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Angelassen	Raumtemperatur	2000 - 2200 MPa	290 - 320 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Abgeschreckt & Angelassen	Raumtemperatur	1800 - 2000 MPa	260 - 290 ksi	ASTM E8
Elongation	Abgeschreckt & Angelassen	Raumtemperatur	4 - 6 %	4 - 6 %	ASTM E8
Härte (HRC)	Abgeschreckt & Angelassen	Raumtemperatur	58 - 61 HRC	58 - 61 HRC	ASTM E18
Kerbschlagzähigkeit	Abgeschreckt & Angelassen	-40°C (-40°F)	30 - 40 J	22 - 30 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit, zusammen mit guter Zähigkeit und Härte, macht CPM S35VN geeignet für Anwendungen, die hohe mechanische Leistung erfordern, wie Klingen und Schneidwerkzeuge. Seine Fähigkeit, diese Eigenschaften unter Stress zu erhalten, gewährleistet die strukturelle Integrität in anspruchsvollen Umgebungen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	-	7,75 g/cm³	0,28 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1450 - 1500 °C	2642 - 2732 °F
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärme	20 °C	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	20 °C	0,7 µΩ·m	0,7 µΩ·in

Die Dichte und der Schmelzpunkt von CPM S35VN zeigen seine Robustheit, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme für Anwendungen, die Wärmebehandlung und thermische Zyklen umfassen, entscheidend sind. Der elektrische Widerstand ist relativ niedrig, was in bestimmten Anwendungen, in denen die Leitfähigkeit eine Rolle spielt, von Vorteil sein kann.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Salzwasser	3,5	25	Gut	Risiko von Lochkorrosion bei hoher Salinität.
Essigsäure	10	25	Akzeptabel	Empfindlich gegenüber lokalisierter Korrosion.
Chloride	1	25	Akzeptabel	Risiko von Spannungsrisskorrosion.
Schwefelsäure	5	25	Schlecht	Nicht empfohlen für den Einsatz.

CPM S35VN zeigt eine gute Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen, insbesondere gegen atmosphärische Bedingungen und milde Chloride. Er ist jedoch anfällig für Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion in Umgebungen mit hoher Salinität und bestimmten sauren Bedingungen. Im Vergleich zu anderen Edelstählen wie AISI 440C und D2 bietet S35VN eine bessere Zähigkeit und Schnittkantenbeständigkeit, was ihn für Anwendungen, bei denen sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch mechanische Leistung entscheidend sind, geeigneter macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Limit	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	350	662	Geeignet für längere Exposition.
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	400	752	Kurze Exposition akzeptabel.
Skalierungstemperatur	600	1112	Risiko von Oxidation über dieser Temperatur.

Bei erhöhten Temperaturen behält CPM S35VN seine mechanischen Eigenschaften gut, jedoch kann eine längere Exposition über 350 °C (662 °F) zu Oxidation und Skalierung führen. Es ist wichtig, diese Limits in Anwendungen zu berücksichtigen, bei denen Wärme beteiligt ist, da sie die Leistung und Langlebigkeit des Stahls beeinflussen können.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlenes Füllmetall (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flux	Hinweise
TIG	ER308L	Argon	Vorwärmung empfohlen.
MIG	ER308L	Argon + CO2-Mischung	Nachbearbeitung nach dem Schweißen kann erforderlich sein.

Das Schweißen von CPM S35VN erfordert sorgfältige Überlegungen aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts, der zu Rissen führen kann, wenn er nicht ordnungsgemäß behandelt wird. Vorwärmung vor dem Schweißen und Nachbearbeitung nach dem Schweißen werden empfohlen, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	CPM S35VN	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60%	100%	Erfordert hochwertige Werkzeuge.
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	60 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse.

Die Bearbeitung von CPM S35VN kann aufgrund seiner Härte herausfordernd sein. Es wird empfohlen, Hochgeschwindigkeitsstahl oder Hartmetallwerkzeuge zu verwenden und die optimalen Schnittgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

CPM S35VN ist aufgrund seiner hohen Härte und Festigkeit nicht besonders bekannt für seine Formbarkeit. Das Kaltumformen ist begrenzt, und das Warmumformen wird im Allgemeinen bevorzugt, um Risse zu vermeiden. Der Stahl zeigt Arbeitshärtung, was die Umformprozesse komplizieren kann.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 Stunden	Luft	Härte vermindern, Zähigkeit verbessern.
Abschrecken	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 Minuten	Öl	Maximale Härte erreichen.
Anlassen	200 - 300 / 392 - 572	1 Stunde	Luft	Brittleness reduzieren, Zähigkeit erhöhen.

Der Wärmebehandlungsprozess für CPM S35VN umfasst Austenitisierung, Abschrecken und Anlassen. Diese Abfolge ist entscheidend für die Erreichung des gewünschten Gleichgewichts zwischen Härte und Zähigkeit. Die metallurgischen Transformationen während dieser Behandlungen beeinflussen die Mikrostruktur erheblich und führen zu verbesserten Leistungseigenschaften.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Messermacherei	Hochwertige Taschenmesser	Ausgezeichnete Schnittkantenbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Leistung und Haltbarkeit
Werkzeugbau	Schneidwerkzeuge	Hohe Härte, Abriebfestigkeit	Langlebigkeit und Effektivität
Luftfahrt	Bauteile	Zähigkeit, Hitzebeständigkeit	Sicherheit und Zuverlässigkeit

Weitere Anwendungen umfassen:
- Chirurgische Instrumente
- Industrieklingen
- Hochleistungs-Ausrüstung für den Außenbereich

CPM S35VN wird für Anwendungen gewählt, bei denen eine Kombination aus Schnittkantenbeständigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit entscheidend ist. Seine Leistung in anspruchsvollen Umgebungen macht ihn zur bevorzugten Wahl für hochwertige Produkte.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	CPM S35VN	AISI 440C	D2	Kurznotiz zu Pro/Contra oder Trade-off
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Moderat hohe Härte	Hohe Härte	S35VN bietet bessere Zähigkeit.
Wesentliche Korrosionsaspekte	Gut	Akzeptabel	Schlecht	S35VN ist korrosionsbeständiger.
Schweißbarkeit	Moderat	Gut	Schlecht	S35VN erfordert sorgfältiges Schweißen.
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Schlecht	S35VN ist schwieriger zu bearbeiten.
Formbarkeit	Schlecht	Akzeptabel	Schlecht	Begrenzte Formmöglichkeiten.
Ungefährer relativer Preis	Hoch	Moderat	Niedrig	S35VN ist teurer.
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Hoch	S35VN könnte weniger verfügbar sein.

Bei der Auswahl von CPM S35VN sind Überlegungen zu seiner Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit und speziellen Anwendungsanforderungen wichtig. Während es teurer sein kann als Alternativen, rechtfertigen seine überlegenen Leistungen bei Schnittkantenbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit die Investition für Hochleistungsanwendungen. Darüber hinaus machen seine einzigartigen Eigenschaften es passend für Nischenanwendungen, bei denen herkömmliche Stähle möglicherweise nicht ausreichen.

Zusammenfassend sticht CPM S35VN-Stahl durch sein außergewöhnliches Gleichgewicht zwischen Härte, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit hervor und ist damit die beste Wahl für anspruchsvolle Anwendungen in verschiedenen Branchen.