Härtbare Stähle fast ohne C (Maraging Steels)

[herbert]

hier hatten dcjs und kababear noch mehr wissen wollen über solche Werkstoffe.

Also, ein klitzekleiner Ausflug in die Metallkunde muß aber sein.
Maraging bedeutet "martensitic aging" und bezeichnet eine Methode, durch künstliches Altern, also auslagern bei erhöhter Temperatur, die martensitische Phase zu härten, durch Ausscheidung von Teilchen in diesem Fall.

Die harte Phase im Stahl (so denn keine Karbide drin sind mit cr, v, w....) ist der Martensit, also das tetragonal verzerrte Gitter. Zum Verzerren hats halt C. Außer im falle der Maraging Stähle. Die enthalten halt nur weniger als 0,02 % C und werden daher durch Ausscheiden von sogenannten intermetallischen Phasen, also Verbindungen zwischen z.B. Ni und Co, Mo, Ti etc (auch Cu) gebildet, beim 1.6356 vor allem Fe 2 Mo und Ni 3 Ti. Im Geglühten Zustand sind die Stähle prima bearbeitbar, dann kann man sie sozusagen fröhlich bei ca. 500° oder so verzugsfrei aushärten. 4 bis 6 Stunden kann das dauern, hängt alles vom Werkstoff ab und den Abmessungen.
Nickel senkt die Martensitstarttemperatur auf ca. 200° ab, und die Austenitrückbildung setzt halt erst wieder bei 500° ein. Diese Umwandlungshysterese kann man ausnutzen zur Teilchenausscheidung.
Zur Zeit arbeitet man auch an Maraging steels mit C-Gehalten von ca. 1%. weiß aber nicht, was draus geworden ist.

Der Star unter diesen Werkstoffen ist 1.6356 (X 2 NiCoMoTi 18-12-4).
Es werden auch für 100 mm Durchmesser mindestens 57 HRC garantiert, bei dünnen Abmessungen und geschickter Wärmebehandlung geht das noch wesentlich höher.

Ob das für Messer ideale Werkstoffe sind, möchte ich nicht sagen. Die Zähigkeitswerte sind schlechter als bei "klassischen" Stählen, und sie sind sehr teuer. Ist für die Raketentechnik entwickelt worden, da braucht man Werkstoffe, die hohe Festigkeit und Streckgrenze haben bei recht guter Zähigkeit, die sich gut kaltverarbeiten lassen und sich anschließend - teils als Bauteil - problemlos ohne Gefahr von Verzug oder Entkohlung härten lassen.
Also, keine Karbide, intermetallische Phasen, und teuer wegen Vakuumerschmelzung und der sehr teuren Legierungselemente.

Sorry für den ERguß, aber es gab zwei,die wollten es wissen. Und niemand muß es lesen. Ist aber interessant. Ich schau mal, wo ich was von dem Zeugs herkriege. Berichte dann drüber.

 

[dcjs]

danke herbert!


genau so was wollte ich wissen, war keinesfalls zu viel. ist die "auslagerung" genau so zu verstehen wie beim härten mit C (verzerren eines gitters)?

habe ich das jetzt richtig verstanden, dass der eigentliche grosse vorteil das verzugsfreie härten ist?
unser ausbilder (mache gerade ein praktikum für's maschinenbaustudium...) hat mal so am rande angemerkt, dass die stähle für messgeräte "künstlich gealtert" seien, um späteren verzug auszuschliessen. macht ja auch sinn, wenn man auf ein paar tausendstel genau messen will. ist das wohl das selbe verfahren?

für messer scheinen diese stähle nicht optimal zu sein, aber interessant ist es allemal.


PS: jetzt ist mir doch glatt noch ne frage eingefallen, auch wenn es evtl. ein bisscvhen kompliziert wird: findet dieser "auslagerungs-effekt" nicht auch bei"normalen" härtbaren stählen statt bzw. spielt er eine rolle beim anlassen? es soll ja stähle geben, die beim anlassen eine höhere[b/] härte annehmen, wäre das ein erklärung dafür?
und gibt's da eigentlich ein empfehlenswertes buch drüber?

 

[herbert]

Hi, David!
es ist schon richtig, einer der Hauptvorteile ist das verzugsfreie Härten. Stell Dir vor, Du hast komplizierte Bauteile (Raketenhüllen), und Du mußt entweder härten und dann teuer bearbeiten (so das überhaupt geht), oder das Härten nachher besorgen, mit Verzug.
Maraging Steels lassen sich prima umformen und dann härten. Schon ganze Fahrzeugkabinen (schußsichere Bauweise) hat man so fit gemacht.

Prinzipiell ist aber das Auslagern und das künstliche Altern vom Härten und Anlassen zu unterscheiden. Beim Auslagern und künstlichen Altern beschleunigt man Vorgänge, die auch im Laufe der Zeit auftreten würden. Hauptsächlich eine Sache mit Ausscheidungen diverser Phasen, manches wird auch künstlich hervorgerufen. Bei härtbaren Aluminiumwerkstoffen ist das die einzig mögliche Form.
Beim Stahl dagegen besteht der Härteeffekt in einer Kombination aus einer allotropen Umwandlung (Ferrit zu Austenit, z.B.) mit einer höheren Löslichkeit für C, dann kühlt man rasch ab, der C muß aus dem Gitter, klappt aber nicht so schnell, denn der kann nur diffundieren, und die Umwandlung ist ein Umklappprozess. Der geht schneller.
Das Gitter wird verzerrt.
Beim Auslagern wird das Gitter natürlich auch verzerrt, aber durch Teilchen, die sich bilden.

Das Anlassen der Stähle läßt C ausdiffundieren, es tritt Entspannung ein. In wirklichkeit ist der Prozess vielschichtig und komplex, man unterscheidet ja verschiedene Anlaßstufen, in denen unterschiedliches passiert. Aber bleiben wir beim Wesentlichen.

Und in der sogenannten 4. Anlaßstufe gibt es tatsächlich den Fall, dass die Härte zunimmt. Das ist die Geschichte mit den Sonderkarbiden. Stähle, die viel C und noch viel Cr, Mo, V, W ..enthalten, bilden bei höheren Temperaturen eben auch feinverteilte Phasen, die Carbide, die sehr hart sind und somit den Stahl deutlich härter werden lassen. Erhöht man die Temperatur weiter, dann lösen sich diese Carbide wieder auf, und futsch isse, die sogenannte Sekundärhärte. Fast alle rostfreien Messerstähle sind von dieser Sorte.

Bei den maraging steels sinds keine Karbide, sondern andere , eben intermetallische, Verbindungen. Es gibt da prinzipiell viele Ähnlichkeiten, aber ich hoffe, ich konnte den Unterschied so in etwa rüberbringen.

Die Spezialisten mögen die vereinfachte Darstellung verzeihen, aber man solls ja kapieren.

Und klar, ruhig fragen. Auf solche Fragen antworte ich halt gern.

 

[luftauge]

Hallo Herbert !

Wo Du gerade von Raumfahrtfertigung sprichst :

1. Hat der Begriff "monokline Fertigung bzw. monoklines Bauteil" entfernt etwas mit dem eben Erklärten zu tun ?

Die Frage deshalb, weil dieses "maraging" ja wohl nur für ganz spezielle Teile aus ganz besonderen Legierungen angewandt wird - in einem P.M. Sonderheft wurde mal von monoklinen Turbinenschaufeln gesprochen
Wenn ich mich recht erinnere bedeutet monoklin in eine Richtung, bzw. ununterbrochene(s) Kristallbildung/-wachstum beim erkalten der Masse.

2. Hast Du schon etwas über die kleine Turbinenschaufel herausfinden können ?

Gruß Andreas/L

 

[herbert]

Hallo Andreas,
mit der Turbinenschaufel bin ich noch nicht weitergekommen. Kommt aber noch.

Monokline Fertigung bezieht sich auf gerichtetes Wachstum, hat also so direkt mit dem maraging steel nix zu tun.

 

[onlytherealschaller]

Turbinenschaufeln

.....in einem P.M. Sonderheft wurde mal von monoklinen Turbinenschaufeln gesprochen

das ist richtig, turbinenschaufeln werden so gefertigt, daß sie möglichst große kristalle bilden (vielleicht auch nur einer, weiß ich nicht genau).
das wird gemacht, um dem "kriechen" (verformung eines bauteils unter temperatur und spannung) vorzubeugen.
hierbei wirken sich nämlich korngrenzen negativ aus (ausnahmen bestätigen die regel), weil bei diesen betriebsbedingungen ein sogenanntes korngrenzgleiten stattfinden kann, was eine schnellere verformung zur folge hätte.