Maraging 300 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Maraging 300 Stahl (C300/M300) ist ein hochfester, niedriglegierter Stahl, der zur Familie der Maraging-Stähle gehört. Er wird hauptsächlich als niedriglegierter Baustahl klassifiziert und zeichnet sich durch seine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität aus. Die wichtigsten Legierungselemente in Maraging 300 sind Nickel, Kobalt, Molybdän und Titan, die erheblich zu seinen mechanischen Eigenschaften und der Gesamtleistung beitragen.

Umfassende Übersicht

Maraging 300 Stahl zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Festigkeit und Zähigkeit aus, die durch einen einzigartigen Alterungsprozess erreicht werden, der die Mikrostruktur des Stahls verändert. Der niedrige Kohlenstoffgehalt minimiert das Risiko der Sprödigkeit, während der hohe Nickelgehalt die Härtefähigkeit erhöht. Die Zugabe von Kobalt und Molybdän verbessert zusätzlich die Festigkeit und den Verschleißwiderstand, was ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht.

Die bedeutendsten Eigenschaften von Maraging 300 sind:

• Hohe Streckgrenze: Typischerweise über 2.000 MPa (290 ksi), was ihn ideal für Anwendungen mit hoher Tragfähigkeit macht.
• Exzellente Zähigkeit: Beibehaltung der Zähigkeit auch bei niedrigen Temperaturen, was für Anwendungen in extremen Umgebungen kritisch ist.
• Gut schweißbar: Kann mit Standardtechniken geschweißt werden, obwohl Vorwärmen und Nachbehandlungen empfohlen werden, um Risse zu vermeiden.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile	Einschränkungen
Außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht	Höhere Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Stählen
Gute Duktilität und Zähigkeit	Begrenzte Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen
Exzellente Zerspanbarkeit	Benötigt sorgfältige Wärmebehandlung zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften

Maraging 300 wird aufgrund seiner überlegenen mechanischen Eigenschaften häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Werkzeugbau und in Hochleistungsanwendungen eingesetzt. Historisch gesehen hat es eine bedeutende Rolle in der Entwicklung fortschrittlicher Materialien für kritische Ingenieuranwendungen gespielt.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	K93120	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 300M
AISI/SAE	300M	USA	Kleinere Zusammensetzungsunterschiede zu beachten
ASTM	A787	USA	Standard-Spezifikation für Maraging-Stähle
EN	1.6350	Europa	Äquivalente Sorte mit ähnlichen Eigenschaften
JIS	SCS14	Japan	Ähnliche Leistung, aber mit anderen Legierungselementen

Die Unterschiede zwischen diesen Graden können die Leistung in spezifischen Anwendungen beeinflussen, insbesondere in Bezug auf Stärke und Korrosionswiderstand. Zum Beispiel bieten sowohl K93120 als auch 300M eine hohe Festigkeit, die spezifischen Wärmebehandlungsprozesse können jedoch zu unterschiedlichen Zähigkeitsniveaus führen.

Schlüssel Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
Ni (Nickel)	17,0 - 19,0
Co (Kobalt)	8,0 - 9,0
Mo (Molybdän)	4,0 - 5,0
Ti (Titan)	0,5 - 1,0
C (Kohlenstoff)	≤ 0,03
Fe (Eisen)	Rest

Die wichtigsten Legierungselemente in Maraging 300 spielen entscheidende Rollen in seiner Leistung:
- Nickel: Erhöht die Härtefähigkeit und Festigkeit.
- Kobalt: Verbessert die Hochtemperaturfestigkeit und Härte.
- Molybdän: Erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Weichwerden bei erhöhten Temperaturen.
- Titan: Unterstützt die Korngliederung und trägt zur Festigkeit bei.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethode
Zugfestigkeit	Getempert	Raumtemp	2.000 - 2.200 MPa	290 - 320 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Abweichung)	Getempert	Raumtemp	1.800 - 2.000 MPa	261 - 290 ksi	ASTM E8
Dehnung	Getempert	Raumtemp	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Getempert	Raumtemp	40 - 45 HRC	40 - 45 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	Getempert	-196 °C	50 - 70 J	37 - 52 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht Maraging 300 besonders geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie z. B. Komponenten für die Luftfahrt und Werkzeugbau.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemp	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1.400 °C	2.552 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemp	20 W/m·K	13 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemp	500 J/kg·K	0,119 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemp	0,7 µΩ·m	0,0000007 Ω·m

Die praktische Bedeutung der Dichte und des Schmelzpunkts von Maraging 300 ist entscheidend für Anwendungen in der Luftfahrt, wo Gewichtseinsparungen von größter Bedeutung sind und Komponenten hohen Temperaturen ohne Verformung standhalten müssen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrigierendes Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3-10	20-60	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10-30	20-40	Schlecht	Nicht empfohlen
Meerwasser	-	20-30	Gut	Mittlere Beständigkeit

Maraging 300 weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen, ist jedoch anfällig für Loch- und Spannungsrisskorrosion. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie 316L, die eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bieten, erfordert Maraging 300 möglicherweise schützende Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen in aggressiven Umgebungen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale durchgehende Betriebstemperatur	300 °C	572 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Kann kurzfristig höheren Temperaturen standhalten
Skalierungstemperatur	600 °C	1.112 °F	Risiko von Oxidation über dieser Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen erhält Maraging 300 seine Festigkeit und Härte, kann jedoch Oxidation erfahren. Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung kann seine Leistung in Hochtemperaturanwendungen verbessern.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flux	Hinweise
TIG	ERNiCrMo-3	Argon	Vorwärmen empfohlen
MIG	ERNiCrMo-3	Argon/CO2	Nachbehandlung erforderlich

Maraging 300 kann mit Standardtechniken geschweißt werden, jedoch sind Vorwärmen und Nachbehandlung entscheidend, um Risse zu vermeiden und optimale mechanische Eigenschaften zu gewährleisten.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	Maraging 300	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	70	100	Benötigt Hochgeschwindigkeitswerkzeuge
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	50 m/min	80 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse

Maraging 300 weist eine gute Zerspanbarkeit auf, jedoch muss darauf geachtet werden, die angemessenen Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeuge zu verwenden, um eine Arbeitsverhärtung zu vermeiden.

Formbarkeit

Maraging 300 eignet sich sowohl für kalte als auch für heiße Umformprozesse. Aufgrund seiner hohen Festigkeit kann jedoch während der Umformvorgänge ein höherer Kraftaufwand erforderlich sein. Das Material weist eine gute Duktilität auf, die es ermöglicht, komplexe Formen ohne Rissbildung zu formen.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primäres Ziel / Erwartetes Ergebnis
Wärmelösung	820-850 °C / 1.508-1.562 °F	1-2 Stunden	Luftkühlung	Auflösen von Ausscheidungen, Verfeinerung der Kornstruktur
Alterung	480-500 °C / 896-932 °F	4-8 Stunden	Luftkühlung	Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidungs-Härte

Die Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur von Maraging 300, verbessern seine mechanischen Eigenschaften und gewährleisten eine optimale Leistung in Anwendungen.

Typische Anwendungen und Endnutzungen

Branche/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Luftfahrt	Fahrwerksysteme für Flugzeuge	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Kritische Traglastanwendung
Werkzeugbau	Formen für Spritzguss	Hohe Verschleißfestigkeit, Zerspanbarkeit	Präzision und Langlebigkeit erforderlich
Automobil	Hochleistungsbauteile	Leichtgewichtig, hohe Festigkeit	Leistungssteigerung

Weitere Anwendungen sind:

• • Hochgeschwindigkeitswerkzeuge
• • Strukturelle Komponenten in der Luftfahrt
• • Sportgeräte (z. B. Golfschläger)

Maraging 300 wird für diese Anwendungen aufgrund seiner einzigartigen Kombination von hoher Festigkeit, Zähigkeit und Zerspanbarkeit ausgewählt, die es ideal für Komponenten macht, die extremen Bedingungen standhalten müssen.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Maraging 300	AISI 4340	17-4 PH	Kurze Pro-/Kontra- oder Abwägungsnotiz
Hauptmechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	Hohe Festigkeit	Maraging 300 bietet überlegene Zähigkeit
Wesentliches Korrosionsmerkmal	Ausreichend	Gut	Exzellent	17-4 PH ist besser gegen Korrosion
Schweißbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	Maraging 300 ist einfacher zu schweißen als 4340
Zerspanbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	Maraging 300 ist einfacher zu bearbeiten als 4340
Ungefährer relativer Preis	Hoch	Moderat	Hoch	Kostenüberlegungen können die Nutzung einschränken
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Hoch	Verfügbarkeit kann Zeitpläne beeinflussen

Bei der Auswahl von Maraging 300 umfassen die Überlegungen seine Kosteneffektivität, Verfügbarkeit und spezifische Leistungsanforderungen. Obwohl es außergewöhnliche mechanische Eigenschaften bietet, könnten die höheren Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Stählen seine Nutzung auf spezialisierte Anwendungen beschränken. Darüber hinaus machen seine magnetischen Eigenschaften es geeignet für Anwendungen, die nicht-magnetische Materialien erfordern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Maraging 300 Stahl ein leistungsstarkes Material ist, das in Anwendungen, die Festigkeit, Zähigkeit und Zerspanbarkeit erfordern, hervorragende Leistungen zeigt. Seine einzigartigen Eigenschaften machen es zur bevorzugten Wahl in der Luftfahrt, im Werkzeugbau und im Bereich Hochleistungstechnik.