Alles über 440 Stahl (Eigenschaften, Festigkeit und Verwendung)

Leitfaden

Christian Cavallo

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Physikalische Eigenschaften von 440er Stahl
Corrosion resistance & temperature effects
Mechanische Eigenschaften
Table 1: Summary of mechanical properties for 440 steel.
Anwendungen von 440er Stahl
Summary
Sources:
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Die Metalle, die als Stahl bezeichnet werden, sind eine vielfältige Klasse von Materialien, die aus der modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken sind. Stahl ist eine Legierung, die durch die Kombination von Eisen mit Kohlenstoff und anderen Elementen hergestellt wird, die ihm eine unübertroffene Festigkeit verleihen. Seit seinen Anfängen im frühen 20. Jahrhundert hat sich Stahl zu Hunderten von Arten entwickelt, von denen jede ihr eigenes einzigartiges Materialprofil hat. Um diese Stähle zu ordnen, haben das American Iron & Steel Institute (AISI) und die Society of Automotive Engineers (SAE) bestimmte Stahlsorten unterschieden, und in diesem Artikel wird eine Stahlklasse der rostfreien Stähle oder derjenigen, die widerstandsfähiger gegen Flecken, Korrosion und Rost sind, untersucht. Diese Edelstahlklasse ist als 440er-Stahl bekannt und dank seiner Härte und Verschleißfestigkeit ein sehr beliebtes Material. In diesem Artikel werden die Merkmale, Materialeigenschaften und Anwendungen von 440er Stahl untersucht, damit der Leser versteht, wo er verwendet werden kann und wie man dieses Metall am besten einsetzt.

Physikalische Eigenschaften von 440er Stahl

440er Stahl gehört zu den nichtrostenden Stählen oder zu den legierten Stählen, die mindestens 10 % Chrom enthalten, was diesen Legierungen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit verleiht. Die AISI hat einen dreistelligen Namensindex für die nichtrostenden Stähle geschaffen (im Gegensatz zu den typischen vierstelligen Bezeichnungen für andere, nicht rostfreie Stähle; weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über die Stahlsorten), wobei die erste Ziffer für die Stahlsorte und die Legierungselemente steht. Die nichtrostenden Stähle werden auch nach ihrer Molekularstruktur bezeichnet, wobei es sich um austenitische, ferritische, martensitische oder Duplex-Stähle handeln kann. Die Unterschiede zwischen diesen Typen liegen in ihren Kristallgitterstrukturen, die den nichtrostenden Stählen bestimmte vorteilhafte Arbeitseigenschaften wie erhöhte Härte, Verformbarkeit oder Bruchfestigkeit verleihen. Weitere Informationen über nichtrostende Stähle finden Sie in unserem entsprechenden Artikel, in dem die Arten und Sorten dieser Metalle beschrieben werden.

Die Klasse der nichtrostenden Stähle 4xx ist mit Chrom legiert und hat eine ferritische oder martensitische Struktur. 440er Stahl bezieht sich eigentlich auf vier Stahlsorten: 440A, 440B, 440C und 440F, die sich nur durch den Kohlenstoffgehalt in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Alle 440er-Stahlsorten sind beliebt, aber 440C-Stahl ist der beliebteste der vier Stähle, da er die höchste Härte aufweist. Nachstehend sind die chemischen Zusammensetzungen der einzelnen Typen aufgeführt:

Gemeinsame Elemente in allen 440er Stählen:

16-18% Chrom
1% Mangan
1% Silizium
0.75% Molybdenum
0.04% Phosphorus
0.03% sulfur
Some percentage of Carbon

440A steel

0.6-0.75% Carbon

440B steel

0.75-0.95% Carbon

440C and 440F steels

0.95-1.20% Carbon

All 440 steels are hardenable, meaning they gain additional strength via heat treatment, and they are considered a high carbon alloy steel. When strengthened using this process, 440 steels are the hardest of all the stainless steels, making them both abrasion-resistant as well as corrosion-resistant. When in its soft „annealed“ state, 440 steel is easily worked, machined, and manipulated into shape, where it can then be hardened and gain the increased strength for which it is known.

Corrosion resistance & temperature effects

While most stainless steels are resistant to rusting, 440 steels are slightly less corrosion resistant. Dies ist auf seine martensitische Struktur zurückzuführen, die seine Härte erhöht, ihn aber anfälliger für Korrosion macht als austenitische und ferritische nichtrostende Stähle. Das heißt nicht, dass 440er Stahl leicht rostet, denn er ist korrosionsbeständiger als die meisten anderen Stähle, aber man sollte ihn nicht nur wegen seiner Rostbeständigkeit wählen.

Es ist auch wichtig zu wissen, dass 440er Stähle bei extremen Temperaturen nicht gut funktionieren. Sie verlieren ihre Festigkeit bei hohen Temperaturen, weil sie überhärten und weicher werden, und sie verlieren ihre Duktilität bei einer Temperatur unter 0o Celsius. Diese Tatsache ist wichtig für jeden Konstrukteur, der diesen Stahl in besonders rauen Umgebungen einsetzen möchte, da 440er Stahl wahrscheinlich nicht die beste Wahl wäre.

Mechanische Eigenschaften

Tabelle 1 unten zeigt einige wichtige mechanische Eigenschaften von 440er Stahl. Es ist wichtig zu beachten, dass jede Legierungsmischung ihre eigenen Werte hat, und diese Werte schwanken je nach Verfestigungsbehandlung. Table 1 shows values for AISI 440 stainless steel, which is closest to 440C steel:

Table 1: Summary of mechanical properties for 440 steel.

Mechanical Properties	Metric	English
Ultimate Tensile Strength	1750 MPa	254000 psi
Tensile Yield Strength	1230 MPa	186000 psi
Hardness (Rockwell)
Modulus of Elasticity	200 GPa	29000 ksi
Charpy Impact	19.0 J	14.0 ft-lb

440 steel has impressively high strengths, as can be seen through its ultimate and tensile yield strengths. Diese Werte stammen aus experimentellen Belastungstests, bei denen eine Probe aus 440er Stahl axial auseinandergezogen und ihre Dehnung gegenüber der Spannung auf einer Kurve aufgetragen wird. Die Streckspannung ist die maximale Spannung, die eine Probe erfahren kann, bevor sie sich plastisch (oder dauerhaft) verformt, und die Bruchfestigkeit ist die maximale Spannung, die die Probe erfährt, bevor sie bricht. Diese Maße sind nützlich für strukturelle Anwendungen, bei denen sich ein Material unter starkem Gewicht nicht dauerhaft verformen darf, und für Anwendungen mit hoher Beanspruchung, bei denen es nicht zu einem Versagen kommen darf.

Die Materialhärte ist ein vergleichendes Maß dafür, wie schwierig es ist, die Oberfläche eines Materials zu zerkratzen, zu ätzen oder zu beschädigen. Es gibt viele Skalen, wie z. B. die bekannten Brinell-, Vickers- und Mohs-Härteskalen, aber Stahl wird am häufigsten auf der Grundlage der Rockwell-Härteskala eingestuft. 440er Stahl hat eine Rockwell-Härte von 58, was als ziemlich hart gilt. Zum Vergleich: Harte Stähle, die für Klingenkanten verwendet werden, haben eine Härte von 60. Es ist also klar, dass 440er Stahl gegenüber Oberflächenverformungen recht widerstandsfähig ist.

Der Elastizitätsmodul ist ein Maß dafür, wie ein Material bei elastischer oder nicht dauerhafter Verformung reagiert. Ein hoher Elastizitätsmodul bedeutet, dass eine hohe Spannung erforderlich ist, um ein Material zu dehnen, was man als erhöhte Steifigkeit bezeichnen kann. 440er Stahl hat einen hohen Elastizitätsmodul, was bedeutet, dass er unter Belastung nicht so leicht nachgibt, was ihn insgesamt zu einem steifen Material macht.

Bei der Kerbschlagbiegeprüfung wird die Energiemenge ermittelt, die ein Material unter extremen Bedingungen absorbiert, d. h. unter Bruch- oder Hochbelastungsbedingungen. Ein schweres Pendel wird in eine gekerbte Stahlprobe geschwungen, wobei ein Messgerät anzeigt, wie viel Energie in Joule durch das Material absorbiert wird. Im Allgemeinen können hochfeste Werkstoffe nicht viel Energie aufnehmen, da sie stattdessen einfach brechen (zur Erinnerung: die Sprödigkeit steigt mit der Festigkeit). Daher haben die meisten Stähle einen relativ niedrigen Charpy-Kerbschlagzähigkeitswert, und 440er Stähle sind nicht anders. Dies ist ein weiterer Beweis für die Steifigkeit und Festigkeit von 440er Stählen, da sie nur weniger als 20 Joule Energie absorbieren, wenn sie vom Charpy-Testpendel getroffen werden.

Anwendungen von 440er Stahl

440er Stahl ist in den meisten Werkstätten zu finden, da er im geglühten Zustand ein leicht zu bearbeitendes Metall ist und bei der Wärmebehandlung stark und widerstandsfähig ist. Dieses Material eignet sich hervorragend für Bauteile, die relativ korrosionsbeständig sein müssen und sich bei wiederholter Verwendung nicht abnutzen. Es ist ein hervorragender Stahl für Messerkanten, da seine Härte und Formbarkeit bei der Verwendung für Küchenbesteck hervorragend ist. There are some other notable applications of 440 steel, listed below:

Mold and dies
Valve components
Instruments/measurement devices
Textile components
Ball bearings

to name but a few.

Summary

This article presented a brief summary of the properties, strength, and applications of 440 steel. For information on other products, consult our additional guides or visit the Thomas Supplier Discovery Platform to locate potential sources of supply or view details on specific products.

Sources:

https://www.academia.edu
http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf
http://www.astmsteel.com/product/440c-stainless-steel-aisi/
https://continentalsteel.com/stainless-steel/grades/alloy-440/
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=704ebd5797b944898f5cf39260fecce0
https://www.yorksaw.com/rockwell-hardness/
http://www.materials.unsw.edu.au/tutorials/online-tutorials/1-charpy-impact-test

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