Edelstahl und Nickellegierungen für Bauteile
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- 2019/12/27
Zu den Anwendungen von Edelstahl- und Nickellegierungen gehören verschiedene Branchen wie Bauwesen, Transportwesen, Architektur, Lebensmittel- und Getränkehandling (Kochgeschirr), medizinische Geräte und Pharmaindustrie. Beide Arten von Legierungen werden auch zur Herstellung von Militärteilen, Schiffsprodukten, Schmuck sowie industriellen und petrochemischen Teilen verwendet.
Edelstahllegierungen
Edelstahl ist ein Oberbegriff für eine Vielzahl von Stahlsorten und -qualitäten, die eine hohe Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bieten. Im Allgemeinen enthalten rostfreie Stähle Eisen und mindestens 10,5% Chrom. Von anderen Legierungselementen ist Nickel das wichtigste.
In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften kann Edelstahl in vier Qualitäten unterteilt werden:
1. Austenitische Grade
Dies ist die häufigste Art von Edelstahl. Zusätzlich zu 16-25% Chrom enthält es Nickel und manchmal Stickstoff in Lösung. Austenitischer Stahl ist nicht magnetisch, extrem formbar und schweißbar. Es zeichnet sich auch durch geringe Dehnfestigkeit, starke Kaltverfestigung und sehr hohe Duktilität aus.
2. Ferritische Qualitäten
Ferritische Typen weisen eine hohe Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit auf und sind außerdem hochbeständig gegen Spannungsrisskorrosion. Diese magnetischen Stähle enthalten kein Nickel und können nicht durch Wärmebehandlung verstärkt werden. Sie weisen auch eine geringe Dehnfestigkeit, eine begrenzte Kaltverfestigung und eine verringerte Duktilität bei hohen Chromgehalten auf. Ferritische Qualitäten werden häufig in Privathaushalten (Waschbecken, Zierleisten) sowie im Transportwesen (Autoabgasanlage) eingesetzt.
3. Duplex-Noten
Duplex-Typen sind im Wesentlichen eine ferritisch-austentische Edelstahlkombination. Sie enthalten neben geringen Mengen an Nickel und Molybdän mehr als 20% Chrom. Diese Zusammensetzung verleiht ihnen eine gute Beständigkeit gegen Korrosion und Spannungsrisskorrosion, eine gute Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Energieabsorption sowie eine geringe Wärmeausdehnung und eine gute Schweißbarkeit. Die zahlreichen Anwendungen von Duplex-Edelstahl umfassen die Papierindustrie, Rohrsysteme in Chemietankschiffen, Meerwassersysteme, Firewalls, Brücken, Lagertanks, Wärmetauscher, Warmwasserbereiter, Konstruktionskomponenten und mehr.
4. Martensitische Grade
Martensitische Edelstahlsorten enthalten neben 12-18% Chrom eine relativ hohe Menge an Kohlenstoff. Sie sind durch Manipulation und Abschrecken aushärtbar und können einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Abhängig von der Art der Wärmebehandlung können diese Typen neben einer geringen Bruchdehnung auch eine hohe Reißfestigkeit aufweisen.
Sogenannte supermartensitische rostfreie Stähle sind ein moderner Typ, der eine hohe Festigkeit, Niedertemperaturzähigkeit und akzeptable Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Die Wahl einer bestimmten Edelstahllegierung und -sorte hängt weitgehend von den Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit ab. Verschiedene mechanische und physikalische Eigenschaften von rostfreien Stählen sollten ebenfalls berücksichtigt werden, um bestimmte Anforderungen an die Serviceleistung zu erfüllen.
Nickellegierungen
Im Allgemeinen können Nickellegierungen in die folgenden zwei Kategorien unterteilt werden: Nickel-Kupfer-Legierungen und Nickel-Chrom-Basislegierungen.
1. Nickel-Kupfer-Legierungen
Nickel-Kupfer-Legierungen werden auch als Monel-Legierungen bezeichnet. Neben Nickel enthalten sie 29-33% Kupfer sowie geringe Mengen Eisen und Mangan. Die Haupteigenschaften von Nickel-Kupfer-Legierungen umfassen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit, eine gute Duktilität und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Sie neigen jedoch dazu, schnell hart zu werden.
Im Allgemeinen werden Nickel-Kupfer-Legierungen verwendet, bei denen im Vergleich zu reinem Nickel eine höhere Festigkeit erforderlich ist. Aufgrund ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen Säuren und Laugen werden sie häufig in chemischen Anlagen eingesetzt. Mit geringen Zusätzen von Aluminium und Titan können Monel-Legierungen auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden. Andere übliche Anwendungen umfassen Ventilschäfte, Wärmetauscher, Schraubenmaschinenprodukte, Rohrleitungssysteme, Kraftstoff- und Wassertanks, Küchenspülen und mehr.
2. Nickel-Chrom-Basislegierungen
Nickel-Chrom-Legierungen bieten Beständigkeit gegen Oxidation und Metallversagen durch einen Festigkeitsverlust, der häufig bei hohen Temperaturen auftritt (mit Ausnahme von schwefelreichen Hochtemperaturumgebungen). Nickel-Chrom-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen Säure, Laugen, Wasser und Meerwasser, Oxidation, Entflammbarkeit und organische Lösungsmittel üblicherweise dort eingesetzt, wo eine besondere Wärme- und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Nickel-Chrom-Legierungen können in zwei Kategorien unterteilt werden:
1. Die erste Gruppe umfasst Gusslegierungen, die 40-50% Nickel und 50-60% Chrom enthalten. Diese Legierungen sind hitze- und korrosionsbeständig. Ihre Anwendungen umfassen Bauteile, Behälter, Stützen, Aufhänger, Abstandshalter usw., die Temperaturen von bis zu 1090 ° C ausgesetzt sind.
2. Die andere Gruppe von Nickel-Chrom-Legierungen enthält deutlich mehr Nickel (70-80%). Ihre Anwendungen umfassen Widerstandsheizelemente, die Temperaturen von bis zu 1150 ° C ausgesetzt sind.
Die neueren Legierungen auf Nickel-Chrom-Basis enthalten eine Vielzahl von Nebenelementen, deren Zugabe neue und verbesserte Legierungseigenschaften schafft.
Geringe Ausdehnung und magnetische Legierungen
Zwei besondere Nickelgruppenlegierungen, die charakteristische Eigenschaften aufweisen, sind Legierungen mit geringer Ausdehnung und magnetische Legierungen.
Legierungen mit geringer Ausdehnung sind Nickel-Eisen-Legierungen, die über einen bestimmten Temperaturbereich einen niedrigen und konstanten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Sie werden in der medizinischen, wissenschaftlichen und Automobilindustrie zur Herstellung von Präzisionsinstrumenten, wissenschaftlichen Instrumenten, Laborgeräten, Motorventilen, Teilen der Flugzeugindustrie und elektronischen Teilen verwendet.
Magnetlegierungen sind komplexe Legierungen. Die magnetischen Legierungen mit hohem Nickelgehalt weisen eine hohe Anfangspermeabilität und eine relativ geringe Sättigungsinduktion auf, während weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierungen in Schaltanlagen sowie für Gleichstrommotoren und -generatoren verwendet werden.
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