Ausscheidungshärtung von Edelstahl erklärt: Sorten, Anwendungen und Vorteile

Edelstahl ist das Material der Wahl, wenn ein robustes, langlebiges und korrosionsbeständiges Metall benötigt wird. Allerdings ist Edelstahl nicht gleich Edelstahl. Einige Sorten sind so konzipiert, dass sie zusätzlicher Belastung, höheren Beanspruchungen und anspruchsvollen Einsatzbedingungen standhalten. Ausscheidungshärtender Edelstahl ist eine solche Spezialsorte, die sich hierfür sehr gut eignet.

Dieser Leitfaden erklärt Ihnen die Bedeutung von ausscheidungshärtendem Edelstahl, seine Wirkungsweise, seine Anwendungsgebiete und die jeweils zu verwendende Güteklasse.

1. Was ist ausscheidungshärtender Edelstahl?

Ausscheidungshärtender Edelstahl, auch PH-Edelstahl genannt, ist eine spezielle Edelstahlsorte, die ihre Festigkeit durch Erhitzen erlangt. Anstatt einen festen Festigkeitswert beizubehalten, lässt sich die Härte und Festigkeit des Stahls durch Anpassung der Wärme- und Abkühlzyklen gezielt einstellen.

Es beginnt mit einem biegsamen und weicheren Material. Nach der Formgebung oder Bearbeitung wird es wärmebehandelt. Dabei wird die Festigkeit des Stahls fixiert, ohne seine Form zu verändern.

Wie es sich von anderen Edelstahlsorten unterscheidet

PH-Edelstahl unterscheidet sich in drei wesentlichen Aspekten:

• Die Festigkeit kann nach der Fertigung erreicht werden.
• Sie verfügen über eine hohe Festigkeit und einen guten Korrosionsschutz.
• Sie sind formstabil und wärmebehandelt.

Austenitische Edelstähle wie 304 sind zwar korrosionsbeständig, aber nicht hochfest. Martensitische Edelstähle sind zwar fest, aber weniger korrosionsbeständig. PH-Edelstahl bietet einen guten Kompromiss zwischen diesen beiden Eigenschaften.

2. Wie die Ausscheidungshärtung von Edelstahl funktioniert

Durch eine kontrollierte Wärmebehandlung wird PH-Edelstahl fester. Dabei entstehen kleine Partikel innerhalb der Metallstruktur, die sich nicht bewegen können und dadurch härter werden.

Erläuterung des Wärmebehandlungsprozesses

Der Wärmebehandlungsprozess besteht aus zwei Hauptschritten:

• Lösung
• Alterung (Ausfällungshärtung).

Die Lösungsglühung erfolgt durch Erhitzen des Stahls auf eine hohe Temperatur. Dadurch wird verhindert, dass sich die Legierungselemente gleichmäßig im Metall verteilen. Nach dem Abkühlen ist der Stahl weich und gut bearbeitbar.

Alterungs- und Stärkungsmechanismus

Mit zunehmendem Alter des Stahls erfolgt das Recycling bei niedrigeren Temperaturen. Durch diese Schritte bilden sich feine Partikel im Metallgefüge. Diese Partikel verhindern innere Bewegungen und erhöhen die Festigkeit des Stahls.

Die Härte wird durch die Kontrolle von Alterungstemperatur und -zeit beeinflusst. Niedrigere Temperaturen führen zu höherer Festigkeit. Höhere Temperaturen verbessern Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

3. Wichtigste Eigenschaften von ausscheidungshärtendem Edelstahl

PH-Edelstahl vereint verschiedene vorteilhafte Eigenschaften, die ihn für anspruchsvolle und hochbelastende Anwendungen prädestinieren. Dank dieser Eigenschaften eignet er sich ideal für Anwendungen, bei denen Festigkeit, Zuverlässigkeit und Korrosionsbeständigkeit gleichermaßen wichtig sind.

Hohe Festigkeit und Härte

PH-Edelstahl bietet eine extrem hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze nach Wärmebehandlung. Durch Auslagern erreicht das Metall Festigkeitswerte, die mit denen hochlegierter Stähle vergleichbar sind, ohne die Vorteile von Edelstahl zu verlieren. Die Härte lässt sich durch die Auslagerungstemperatur anpassen, wodurch die Leistungsfähigkeit je nach Belastung gezielt gesteuert werden kann.

Korrosionsbeständigkeit

Die überwiegende Mehrheit der PH-Edelstähle ist korrosionsbeständiger als martensitischer Edelstahl und eignet sich für zahlreiche Anwendungsbereiche. Sie werden durch Feuchtigkeit, schwache Chemikalien und Salze nicht so schnell beschädigt. Diese Eigenschaften machen PH-Edelstahl zu einer hervorragenden Wahl für Industrie-, Schiffs- und Außenteile.

Robustheit und Langlebigkeit

PH-Edelstahl zeichnet sich durch hohe Zähigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit aus. Diese Kombination macht Bauteile widerstandsfähig gegen Risse, Stoßschäden und Belastungen. PH-Edelstahlkomponenten sind vibrations- und wechsellastbeständiger, was ihre Lebensdauer und Sicherheit erhöht.

4. Arten von ausscheidungshärtendem Edelstahl

Hersteller haben PH-Edelstähle anhand ihrer Mikrostruktur in drei Hauptgruppen unterteilt. Die verschiedenen Typen werden für unterschiedliche Anforderungen an Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitung eingesetzt.

Martensitischer PH-Edelstahl

Dieser Stahl bietet die höchste Festigkeit aller PH-Edelstähle. Er eignet sich für die Luft- und Raumfahrt, den Militärbereich und für hochbelastete mechanische Bauteile, die extremen Belastungen ausgesetzt sind. Martensitischer PH-Edelstahl ist weniger korrosionsbeständig und eignet sich daher für regulierte oder mildere Umgebungsbedingungen.

Halbaustenitischer PH-Edelstahl

Dieses Gefüge beginnt als Austenit und verändert sich im Zuge der Wärmebehandlung. Es ist gut formbar und bearbeitbar und wird anschließend ausgehärtet. Nach der Wärmebehandlung weist es eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit auf und eignet sich daher für komplexe Formen und Präzisionsbauteile.

Austenitischer PH-Edelstahl

Dieser Stahl zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit aus. Er eignet sich gut für chemische Anwendungen, den Schiffbau und alle Bereiche, in denen Korrosionsbeständigkeit wichtiger ist als maximale Härte.

Die verschiedenen Typen sind für unterschiedliche Funktionen ausgelegt, je nach erforderlicher Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Formgebungsanforderungen.

5. Gängige Sorten von ausscheidungshärtendem Edelstahl

17-4 PH Edelstahl

Die beliebteste Sorte ausscheidungshärtender Edelstahl ist 17-4 PH. Sie bietet eine sehr gute Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und einfacher Wärmebehandlung.

Diese Note sieht man häufig in:

• Luft- und Raumfahrtkomponenten
• Ventile und Armaturen
• Öl- und Gasausrüstung

Es lässt sich auch im lösungsgeglühten Zustand gut bearbeiten.

15-5 PH Edelstahl

Die Zähigkeit und Querfestigkeit von 15-5 PH sind besser als die von 17-4 PH. Es eignet sich für Druckbehälter, Flugzeugstrukturen und Bauteile, die gerichteten Belastungen ausgesetzt sind. Zudem bietet diese Sorte eine verbesserte Gleichmäßigkeit über große Flächen.

13-8 PH Edelstahl

13-8 PH bietet extrem hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und Dauerfestigkeit. Es wird häufig von Ingenieuren in der Luft- und Raumfahrt für Armaturen, Wellen und hochbelastete Bauteile eingesetzt, bei denen ein Versagen ausgeschlossen ist.

17-7 PH Edelstahl

Vor der Wärmebehandlung weist 17-7 PH eine gute Umformbarkeit auf und lässt sich daher leicht zu dünnen oder komplexen Teilen verarbeiten. Es eignet sich für Federn, Befestigungselemente, Klammern und leichte Strukturbauteile, die vor der Aushärtung biegsam sein müssen.

Vergleichstabelle der wichtigsten PH-Edelstahlsorten

6. Chemische Zusammensetzung von PH-Edelstahl

PH-Edelstahl verfügt über sorgfältig abgestimmte Eigenschaften, die Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls bestimmen. Bereits geringfügige Abweichungen dieser Faktoren können die Eigenschaften des Stahls beeinträchtigen.

Die Rolle von Chrom, Nickel, Kupfer und Aluminium

• Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit und schützt die Oberfläche vor Rost.
• Nickel macht die Struktur stabiler und erhöht die Zähigkeit und Duktilität.
• Kupfer unterstützt den Aushärtungsprozess und erhöht die Festigkeit.
• Aluminium trägt zur Bildung feiner, härtender Partikel während des Alterungsprozesses bei.

Wie die Zusammensetzung die Leistung beeinflusst

Geringfügige Änderungen in der Legierungszusammensetzung beeinflussen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Alterungsverhalten. Erhöhte Kupfer- oder Aluminiumanteile verbessern die Beständigkeit nach der Wärmebehandlung, während Chrom und Nickel die Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen erhöhen. Jede PH-Sorte verfügt über eine ausgewogene Mischung, um die gewünschten mechanischen und industriellen Leistungsanforderungen zu erfüllen.

7. Wärmebehandlungsbedingungen und -bezeichnungen

Das Verhalten von ausscheidungshärtendem Edelstahl wird reguliert durch Wärmebehandlung. Auf diese Weise können Sie das angemessene Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit bestimmen.

Lösungsbehandlung

Bei der Lösungsglühung wird der Stahl auf eine hohe Temperatur erhitzt. Dabei lösen sich alle härtenden Elemente im Metall auf. Nach dem Abkühlen ist der Stahl weich, flexibel und gut bearbeitbar.

In diesem Arbeitsschritt werden in der Regel Schneiden, Bohren und Formen vorgenommen.

Alterungsbedingungen (H900, H1025, H1150)

Die Alterungsbeständigkeit wird durch die Lösungsbehandlung verbessert.

• H900: Dieser Zustand gewährleistet maximale Festigkeit und Härte. Er ist besonders effizient bei Bauteilen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.
• H1025: Es handelt sich um einen Zustand der Ausgewogenheit zwischen Festigkeit und Zähigkeit. Er wird in vielen Branchen eingesetzt, die sicherheitskritische Bauteile verwenden.
• H1150: Dieser Zustand erhöht die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Er eignet sich für anspruchsvolle und dynamische Umgebungen.

Einfluss der Wärmebehandlung auf die Festigkeit

Niedrigere Alterungstemperaturen führen zu erhöhter Härte und Festigkeit. Höhere Alterungstemperaturen verringern die Festigkeit und verbessern Zähigkeit und Flexibilität. Diese Steuerungsmöglichkeit hilft Ihnen, den Stahl optimal an die jeweilige Anwendung anzupassen. 

8. Vorteile der Ausscheidungshärtung von Edelstahl

Vorteil im Verhältnis zum Gewicht

Ausscheidungshärtender Edelstahl bietet extrem hohe Festigkeit ohne zusätzliches Gewicht. Dieser Vorteil ermöglicht die Entwicklung leichter Bauteile ohne Funktionseinbußen.

Verbesserte Ermüdungsresistenz

Die Stahlgriffe waren im Vergleich zu den meisten anderen Metallen weniger anfällig für häufige Belastungen und Vibrationen. Diese Widerstandsfähigkeit wirkt sich positiv auf die Lebensdauer von Maschinen und Fahrzeugen aus.

Dimensionsstabilität

PH-Edelstahl verformt sich beim Erhitzen nicht. Diese Formstabilität ermöglicht eine präzise Passung der Teile innerhalb enger Toleranzen.

9. Industrielle Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von PH-Edelstahl

PH-Edelstahl findet in zahlreichen Branchen Anwendung, die Festigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit erfordern.

Luft- und Raumfahrtkomponenten

Die Flugzeugkomponenten erfordern Festigkeit, geringes Gewicht und Sicherheit. PH-Edelstahl erfüllt alle drei Anforderungen. Ingenieure nutzen ihn für Fahrwerkskomponenten, Befestigungselemente und Strukturbauteile.

Öl-und Gasindustrie

PH-Edelstahl wird effektiv eingesetzt in der Ventile, Pumps, Es eignet sich für Bauteile, die hohem Druck und widrigen Bedingungen ausgesetzt sind. Es ist robust sowie korrosions- und verschleißbeständig.

Medizinische und chirurgische Instrumente

Medizinische Geräte müssen robust, langlebig und zuverlässig sein. PH-Edelstahl ist hierfür ideal, da er nicht korrodiert und auch nach wiederholtem Gebrauch formstabil bleibt.

Automobil- und Industriemaschinen

PH-Edelstahl findet Anwendung in Automobilsystemen als Getriebe, Es wird für Wellen, Befestigungselemente und hochbelastete Bauteile eingesetzt. Es findet Verwendung in Industriemaschinen an Bauteilen, die ständiger Bewegung und Belastung ausgesetzt sind.

Marine und chemische Umgebungen

PH-Edelstahl ist beständiger gegen Salzwasser und andere schwache Chemikalien als viele andere Edelstahlsorten. Er wird häufig in Schiffsausrüstung und auch in chemischen Verarbeitungsanlagen eingesetzt.

10. Ausscheidungshärtung von Edelstahl im Vergleich zu anderen Edelstählen

PH vs. austenitischer Edelstahl

Austenitischer Edelstahl Es besitzt eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, weist jedoch eine geringe Festigkeit auf. PH-Edelstahl bietet sogar eine höhere Festigkeit und bleibt dennoch korrosionsbeständig.

PH vs. martensitischer Edelstahl

Martensitischer Edelstahl weist eine hohe Festigkeit, aber eine geringe Korrosionsbeständigkeit auf. PH sorgt für ein besseres Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und Festigkeit bei Edelstahl.

PH vs Duplex-Edelstahl

Duplex-Edelstahl PH-Edelstahl ist korrosionsbeständig, seine Festigkeit lässt sich jedoch nicht so gut steuern. Er bietet Ihnen mehr Flexibilität bei der Wärmebehandlung.

Vergleichstabelle

11. Bearbeitbarkeit und Fertigungsüberlegungen

Bearbeitung im lösungsgeglühten Zustand

PH-Edelstahl sollte maschinell gealtert werden. In diesem Zustand bleibt das Metall weich und minimiert den Werkzeugverschleiß. Diese Methode ist zeit- und kostensparend.

Herausforderungen und bewährte Verfahren beim Schweißen

PH-Edelstahl ist schweißbar, die Wärmezufuhr muss jedoch reguliert werden. Nach dem Schweißen werden Festigkeit und Eigenschaften durch eine geeignete Wärmebehandlung wiederhergestellt.

Tipps zum Formen und Veredeln

Der Stahl sollte vor der Alterung geformt werden. Nach der Alterung wird das Material extrem hart und lässt sich nur noch schwer formen. Vor der abschließenden Wärmebehandlung sind Nachbearbeitungsverfahren wirksam.

12. Korrosionsbeständigkeit und Umweltverträglichkeit

Ausscheidungshärtender Edelstahl eignet sich hervorragend für die meisten Umgebungen, in denen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind. Die ausgewogene Legierungszusammensetzung ermöglicht eine problemlose und langlebige Konstruktion, die auch bei täglicher Beanspruchung nicht schnell verschleißt.

Leistungsfähigkeit in rauer Umgebung

Bei Wahl der richtigen Edelstahlsorte und Wärmebehandlung ist PH-Edelstahl beständig gegen Feuchtigkeit, Nässe und schwache Chemikalien. Er ist ein zuverlässiges Material für Außen-, Schiffs- und Industrieanwendungen, wo normaler Kohlenstoffstahl leicht korrodieren würde. Viele PH-Edelstahlsorten vertragen im Normalbetrieb auch Spritzer von Salz und Chemikalien.

Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion

Viele PH-Stähle weisen im Vergleich zu martensitischem Edelstahl eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion auf. Diese Beständigkeit trägt dazu bei, dass Bauteile kombinierter Belastung und Korrosion standhalten, insbesondere in Drucksystemen und rotierenden Teilen und Komponenten. Die Beständigkeit gegen Rissausbreitung wird durch eine geeignete Wärmebehandlung weiter verbessert.

13. Einschränkungen von PH-Edelstahl

Kostenüberlegungen

PH-Edelstahl ist aufgrund der Legierungselemente und des Wärmebehandlungsverfahrens teurer als normaler Edelstahl.

Temperaturbeschränkungen

Die Festigkeit kann mit der Zeit aufgrund hoher Temperaturen abnehmen. PH-Edelstahl kann bei moderaten Temperaturen eingesetzt werden.

Korrosionsgrenzen im Vergleich zu austenitischen Stahlsorten

Austenitischer Edelstahl weist auch unter stark aggressiven chemischen Bedingungen weiterhin eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf.

14. Wie man die richtige Edelstahlsorte für die Ausscheidungshärtung auswählt

Die Wahl des geeigneten ausscheidungshärtenden Edelstahls sollte stets auf die jeweiligen Anwendungsanforderungen abgestimmt sein. Eine gute Wahl erhöht Sicherheit, Leistung und Lebensdauer.

Last- und Festigkeitsanforderungen

Wählen Sie die Güteklasse und den Alterungsprozess je nach gewünschter Belastung und Beanspruchung. Bauteile mit hoher Belastung profitieren von niedrigeren Alterungstemperaturen, während Bauteile mit gemischter Beanspruchung einen Kompromiss zwischen Festigkeit und Zähigkeit erfordern.

Korrosionsbelastung

Vor der Auswahl einer Güteklasse sollten die Umgebungsbedingungen geprüft werden. Feuchtigkeit, Chemikalien, Temperatur und Einwirkungsdauer sind dabei zu berücksichtigen. Die Anpassung der Korrosionsbeständigkeit an die tatsächlichen Betriebsbedingungen trägt dazu bei, vorzeitigen Ausfall zu vermeiden.

Branchenspezifische Auswahltipps

13-8 PH und 15-5 PH sind aufgrund ihrer hohen Zähigkeit und Festigkeit in der Luft- und Raumfahrt beliebt. 17-4 PH wird üblicherweise in industriellen und allgemeinen Anwendungen eingesetzt, da es ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Kosten und Verfügbarkeit bietet.

15. Schlussfolgerung

Ausscheidungshärtbarer Edelstahl vereint Festigkeit, Langlebigkeit und Korrosionsbeständigkeit in einem einfachen Werkstoff. Er ermöglicht zudem die einfache Fertigung von Bauteilen und deren späteres Nachhärten ohne Verformung. Dank dieser Eigenschaften ist ausscheidungshärtbarer Edelstahl eine sinnvolle Option für anspruchsvolle Industrieanwendungen.

Wir bei HDC wissen, wie wichtig die Wahl des richtigen Materials für Ihr Projekt ist. Wir unterstützen Sie bei der Auswahl, Beschaffung und Anwendung von ausscheidungshärtendem Edelstahl, der langfristige Leistungsfähigkeit bietet. Benötigen Sie professionelle Beratung, zuverlässige Lieferungen oder technische Unterstützung? Dann rufen Sie uns noch heute an. Unser Team hilft Ihnen gerne dabei, stärkere, intelligentere und sicherere Lösungen zu entwickeln.

Häufig gestellte Fragen

1. Welche ist die gebräuchlichste Sorte von ausscheidungshärtendem Edelstahl?

Die beliebteste Güteklasse ist 17-4 PH, da sie die beste Balance zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bietet.

2. Ist PH-Edelstahl magnetisch?

Ja, die PH-Edelstahlsorten sind größtenteils magnetisch.

3. Kann PH-Edelstahl geschweißt werden?

Ja, allerdings macht es einen Unterschied, ob beim Schweißen die richtige Temperatur eingehalten wird.

4. Ist Ph-Edelstahl fester als Edelstahl 304?

Ja, PH-Edelstahl ist nach der Wärmebehandlung wesentlich fester als Edelstahl 304.

5. Kann ausscheidungshärtender Edelstahl geschweißt werden?

Ja, es kann geschweißt werden, allerdings ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen wichtig.

6. Rostet PH-Edelstahl?

Es ist außerdem sehr rostbeständig, dennoch kann es in rauen Umgebungen im Laufe der Zeit zu Korrosion kommen.