Die Wahl zwischen legiertem Stahl und Edelstahl erfordert einen Kompromiss. Sie müssen die Leistungsanforderungen mit den Umweltrisiken abwägen. Eine falsche Wahl führt oft zu Korrosion, vorzeitigem Verschleiß oder Mehrkosten. Viele Teams wählen ein Material anhand seines Namens anstatt anhand seiner spezifischen Güteklasse und Wärmebehandlung. Dieser Leitfaden bietet einen praktischen Vergleich, der Ihnen hilft, die richtige Wahl zu treffen.
Was sind legierter Stahl und Edelstahl?
Legierter Stahl ist Stahl, dem neben Eisen und Kohlenstoff weitere Elemente beigemischt sind. Diese Zusätze verleihen dem Stahl spezifische mechanische oder thermische Eigenschaften. Edelstahl ist eine spezielle Art von legiertem Stahl. Er enthält mindestens 10,51 % Chrom (Cr). Dieses Chrom bildet eine Passivschicht auf der Oberfläche, die die Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Kurz gesagt, Edelstahl ist keine eigene Metallfamilie. Er ist ein Zweig der legierten Stähle, der auf Korrosionsbeständigkeit ausgelegt ist.
Wesentliche Unterschiede in der Zusammensetzung
Die Leistungsunterschiede zwischen diesen Stählen resultieren aus drei Faktoren:
- Welche Elemente werden hinzugefügt?.
- Wie viel von jedem Element hinzugefügt wird.
- Ob der Stahl wärmebehandelt ist.
Grundstahl besteht aus Eisen und Kohlenstoff. Die meisten Stähle enthalten bis zu etwa 2,11 % Kohlenstoff. Legierungselemente werden hinzugefügt, um die endgültigen Eigenschaften feinabzustimmen.
Eine einfache Regel unterscheidet niedriglegierte von hochlegierten Stählen. Niedriglegierte Stähle enthalten weniger als 51 % der Legierungselemente (TP5T). Hochlegierte Stähle enthalten mehr als 51 % der Legierungselemente (TP5T). Ein höherer Legierungsgehalt kann die Härte, die Festigkeit bei hohen Temperaturen oder die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Er kann jedoch auch die Kosten erhöhen und die Verarbeitung komplexer gestalten.
Hier sind gängige Legierungselemente und ihre Funktion:
- Chrom (Cr): Erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit. Höhere Konzentrationen verbessern die Korrosionsbeständigkeit.
- Nickel (Ni): Verbessert die Zähigkeit. Höhere Konzentrationen fördern die Korrosionsbeständigkeit und die Leistung bei niedrigen Temperaturen.
- Molybdän (Mo): Unterstützt die Festigkeit bei hohen Temperaturen. Es hilft auch, bestimmten Arten von Korrosion, wie z. B. durch Chloride, zu widerstehen.
- Vanadium (V): Es trägt zur Bildung eines feinen Korns bei, was die Festigkeit erhöht. Es wird häufig bei hochfesten Stählen eingesetzt.
- Mangan (Mn): Unterstützt Festigkeit und Härtbarkeit. Es trägt außerdem zur Verarbeitbarkeit des Stahls bei.
Hauptarten von Edelstahl und ihre Verwendung
Edelstahl wird anhand seiner inneren Struktur in verschiedene Gruppen eingeteilt. Die Wahl der richtigen Gruppe ist oft wichtiger als das Auswendiglernen einzelner Güteklassen. Im Folgenden werden die fünf gängigen Kategorien beschrieben.
Austenitisch (300er-Serie)Austenitische Edelstähle wie 304 und 316 sind für viele Projekte die Standardwahl. Sie bieten eine gute Korrosionsbeständigkeit und lassen sich leicht umformen und schweißen. Man findet sie in Lebensmittelanlagen, Chemikalientanks und Bauteilen, die eine hohe Duktilität erfordern. Für Anwendungen, die eine sehr hohe Härte durch Wärmebehandlung erfordern, sind sie weniger geeignet.
Ferritisch (400er-Serie): Ferritische Edelstähle wie 409 und 430 werden aufgrund ihrer geringeren Kosten gewählt. Sie bieten eine mäßige Korrosionsbeständigkeit. Diese Stähle werden häufig in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen und anderen, weniger aggressiven Umgebungen eingesetzt. Für Strukturbauteile, die eine hohe Zähigkeit erfordern, sind sie nicht die erste Wahl.
Martensitisch (400er-Serie): Martensitische Edelstähle wie 410 und 420 eignen sich für Bauteile, die hart und fest sein müssen. Diese Eigenschaften lassen sich durch Wärmebehandlung erzielen. Man findet sie beispielsweise in Wellen, Messern und chirurgischen Instrumenten. Ihr Nachteil ist die geringere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu austenitischen Stählen.
Doppelhaushälfte: Duplex-Edelstähle wie 2205 zeichnen sich durch hohe Festigkeit aus. Sie sind zudem korrosionsbeständiger gegenüber Chloriden als viele austenitische Stähle. Daher werden sie häufig in der Schifffahrt und der chemischen Industrie eingesetzt. Ihre Umformbarkeit kann jedoch schwieriger sein als die von austenitischen Stählen.
Niederschlagsverhärtung (PH): PH-Edelstähle gewinnen ihre Festigkeit durch eine Wärmebehandlung, die als Auslagern bezeichnet wird. Dadurch eignen sie sich gut für hochfeste Bauteile mit engen Toleranzen. Sie werden in der Luft- und Raumfahrt sowie in anderen Präzisionsbereichen eingesetzt. Diese Stahlsorten erfordern eine sorgfältige Wärmebehandlung, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.
| Edelstahlfamilie | Am besten geeignet für | Vorsicht! |
|---|---|---|
| Austenitisch | allgemeine Korrosion + Umformbarkeit | nicht für höchste Härte geeignet |
| Ferritisch | Kosten + leichte Korrosion | niedrigerer Zähigkeitsbereich |
| Martensitisch | wärmebehandelbare Härte | Korrosionskompromisse |
| Doppelhaushälfte | Festigkeit + Chloridbeständigkeit | Formgebungs-/Fertigungsdisziplin |
| PH-Edelstahl | hohe Festigkeit nach der Alterung | Wärmebehandlungskontrolle |
Mechanisches Verhalten vs. Korrosionsverhalten
Legierter Stahl bietet oft ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis hinsichtlich Festigkeit und Härte. Edelstahl punktet in der Regel mit Korrosionsbeständigkeit und geringem Wartungsaufwand. Zu beachten ist jedoch, dass die spezifische Stahlsorte und die Wärmebehandlung das Ergebnis beeinflussen können.
Mechanische Eigenschaften:
- Zugfestigkeit: Legierte Stähle weisen oft eine höhere Festigkeit auf. Ihr typischer Festigkeitsbereich liegt zwischen 758 und 1882 MPa. Viele Edelstähle erreichen Festigkeitswerte im Bereich von 515 bis 827 MPa.
- Härte: Legierte Stähle können durch Wärmebehandlung auf hohe Härtegrade (200–600 HB) gebracht werden. Viele gängige Edelstahlsorten sind weicher (150–300 HB).
- Ermüdung: Richtig wärmebehandelte legierte Stähle weisen eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung auf. Auch einige Edelstähle, wie beispielsweise Duplexstahl, sind sehr wettbewerbsfähig.
Korrosionseigenschaften:
- Allgemeine Korrosion: Edelstahl bietet aufgrund seiner Chromschicht einen natürlichen Vorteil. Viele legierte Stähle benötigen eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung, um einen vergleichbaren Schutz unter feuchten Bedingungen zu gewährleisten.
- Lochfraß-/Spaltkorrosion: Die Leistungsfähigkeit von Edelstahl hängt stark von der Güteklasse ab. Höher legierte Edelstähle sind, insbesondere gegenüber Chloriden, besser als unlegierte Stähle.
- Galvanische Korrosion: Das Mischen von Edelstahl mit Kohlenstoff- oder legiertem Stahl in feuchter Umgebung kann Probleme verursachen. Das unedlere Material kann schneller korrodieren. Konstruktion und Isolierung sind daher wichtig.
| Entscheidungsachse | Legierter Stahl (allgemein) | Edelstahl (allgemein) |
|---|---|---|
| Festigkeits-/Härtepotenzial | Hoch (oft wärmebehandelbar) | Variiert; manche Familien wärmebehandelbar |
| Korrosionsbeständigkeit | Kommt darauf an; benötigt oft Schutz | Starke Basislinie aufgrund von Cr-Passivfilm |
| Instandhaltungsaufwand | Häufig höher in nassen/korrosiven Umgebungen | Bei Einwirkung korrosiver Stoffe oft niedriger. |
| Kosten (Material) | Oft niedriger | Oft höher (je nach Klassenstufe) |
Überlegungen zur Herstellung
Die Art der Fertigung eines Bauteils kann dessen Gesamtkosten stärker beeinflussen als der Materialpreis. Dies gilt insbesondere für Bauteile mit engen Toleranzen oder hohen Produktionsmengen.
Wärmebehandlung:Legierte Stähle werden häufig wärmebehandelt, um die gewünschten Festigkeits- und Härtewerte zu erreichen. Die Wärmebehandlung von Edelstahl hängt von der jeweiligen Sorte ab. Die Wahl eines wärmebehandelbaren Edelstahls ist nur dann sinnvoll, wenn für Ihre Konstruktion diese verbesserten Eigenschaften erforderlich sind.
Bearbeitung:Edelstahl ist oft schwieriger zu bearbeiten als herkömmliche legierte Stähle. Durch Kaltverfestigung und Hitzeeinwirkung kann es zu stärkerem Werkzeugverschleiß kommen. Daher erfordert die Bearbeitung von Edelstahl häufig mehr Zeit und eine sorgfältigere Prozesskontrolle.
Schweißen und Umformen:Beide Werkstoffe lassen sich schweißen und umformen, die Ergebnisse hängen jedoch von der Güte ab. Austenitischer Edelstahl ist im Allgemeinen unempfindlicher. Martensitischer Edelstahl und einige Duplex-Sorten erfordern mehr Sorgfalt, um ihre Eigenschaften zu erhalten.
Eine praktische Auswahl-Checkliste
Eine gute erste Wahl kann man treffen, indem man drei Faktoren priorisiert: Expositionsrisiko, mechanische Anforderungen und gesamte Herstellungskosten.
- Umweltschutz zuerst: Feuchtigkeit, Chemikalien oder Chloridbelastung sprechen für Edelstahl. Dies hilft Ihnen auch bei der Auswahl der richtigen Edelstahlsorte.
- Belastung und Verschleiß: Bei hohem Verschleiß oder hoher Beanspruchung eignen sich oft wärmebehandelbare legierte Stähle oder martensitische/PH-Edelstähle.
- Wartung: Wenn Beschichtungen oder Lackierungen schwer zu pflegen sind, reduziert Edelstahl oft langfristige Probleme.
- Herstellung: Aufwendige Bearbeitungsprozesse können Edelstahl verteuern. Wärmebehandlungsschritte können die Kosten von legierten Stählen erhöhen.
- Budget und Verfügbarkeit: Vergleichen Sie die Gesamtkosten für die einzelnen Güteklassen, nicht nur die allgemeinen Materialbezeichnungen.
Abschluss
Bei hohem Korrosionsrisiko und schwieriger Wartung empfehlen wir in der Regel Edelstahl für eine optimale Lebensdauer. Unter kontrollierten Umgebungsbedingungen und wenn Festigkeit und Verschleißfestigkeit Priorität haben, bietet legierter Stahl oft ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis – insbesondere nach der richtigen Wärmebehandlung. Bei Yonglihao Machinery, als Rapid-Prototyping-Unternehmen, Wir wählen Materialien nicht abstrakt aus. Wir stimmen die richtige Güteklasse, den richtigen Zustand und den richtigen Verarbeitungsprozess auf Ihre Belastungen, Expositionsanforderungen, Toleranzen und Ihren Produktionsplan ab, damit Ihre ersten Prototypen die Grundlage für eine wiederholbare Produktion bilden.
Häufig gestellte Fragen
Ist Edelstahl ein legierter Stahl?
Ja, Edelstahl ist eine Art legierter Stahl. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Edelstahl mindestens 10,51 % Chrom enthalten muss. Dieses Chrom bildet eine Passivschicht, die den Stahl korrosionsbeständiger macht. Die Kategorie der legierten Stähle ist wesentlich breiter gefasst. Hierbei liegt der Fokus häufig auf Festigkeit, Verschleißfestigkeit oder Wärmebeständigkeit.
Welcher Stahl ist stabiler: legierter Stahl oder Edelstahl?
Es kommt auf die Güteklasse und die Wärmebehandlung an. Legierte Stähle werden häufig für Anwendungen gewählt, die sehr hohe Festigkeit oder Härte erfordern. Viele legierte Stähle lassen sich durch Wärmebehandlung sehr fest machen. Auch einige Edelstahlsorten, wie martensitischer, PH- oder Duplexstahl, erreichen hohe Leistungsniveaus. Man sollte verschiedene Güteklassen unter gleichen Bedingungen vergleichen.
Welcher Stahl ist korrosionsbeständiger: legierter Stahl oder Edelstahl?
Edelstahl ist in der Regel die sicherere Wahl für Korrosionsbeständigkeit. Seine Chromschicht schützt ihn in vielen feuchten oder chemischen Umgebungen. Im Gegensatz dazu benötigen viele legierte Stähle eine Beschichtung oder einen Oberflächenschutz, um eine vergleichbare Beständigkeit zu erreichen. Bei Kontakt mit Chloriden sollte die Edelstahlsorte sorgfältig ausgewählt werden. Die Beständigkeit gegen Lochfraß kann je nach Sorte stark variieren.
Warum ist die Bearbeitung von Edelstahl oft teurer?
Edelstahl kann Werkzeuge stark beanspruchen und die Prozessstabilität beeinträchtigen. Dies verteuert die Bearbeitung häufig. Faktoren wie Kaltverfestigung, Wärmeentwicklung und Spankontrolle können den Werkzeugverschleiß erhöhen. Im Vergleich zu gängigen legierten Stählen können sich dadurch auch die Zykluszeiten verlängern. Die Form des Werkstücks, die erforderlichen Toleranzen und die Oberflächengüte können diesen Unterschied noch verstärken.
Kann ich Edelstahl durch legierten Stahl ersetzen, um Geld zu sparen?
Das ist unter bestimmten Umständen möglich, jedoch nur in milden Umgebungen. Zudem muss die Oberfläche zuverlässig geschützt werden können. Bei Kontakt mit Feuchtigkeit, Chemikalien oder Chloriden können die Einsparungen zunichtegemacht werden. Es können Kosten für Beschichtungen und Wartung anfallen oder ein vorzeitiger Ausfall riskiert werden. Berücksichtigen Sie daher vor einer Umstellung stets die gesamten Lebenszykluskosten und die potenziellen Risiken.
