Rost- und Säurebeständige Stähle

Transkript

1 Seite Vorbemerkung: Endlich widmen wir uns den "Rostfreien". Der Begriff hat sich eingebürgert, echt rostfrei sind diese Stähle auch nicht wirklich, das hängt auch den Wärmebehandlungen ab. Echt rostfrei sind eigentlich nur die austenitischen Cr-Ni-Stähle. Die sind allerdings für Klingen nicht geeignet. Ich rede jetzt nicht über laminierte Stähle, sondern nur über Monostähle. Für Messeranwendungen gibt es ja viele Diskussionen über die generelle Tauglichkeit überhaupt und Vor- und Nachteile für ziehenden, drückenden usw. Schnitt. Das werde ich hier nicht behandeln. Es gibt rostfreie Stähle für Messer, und die haben durchaus ihren Sinn, und man kann auch prima Messer draus machen. Die generelle Diskussion möchte ich hier nicht führen. Es geht hier um die Nutzung des Stahlschlüssels. Zu den Bezeichnungen: Die rost- und säurebeständigen Stähle, kurz "rostfrei" (stainless steels) genannten Stähle heißen oft auch einfach "Edelstahl rostfrei" oder "chemisch beständige Stähle". Im wesentlichen werden wir sie hier rostfreie Stähle nennen und im Hinterkopf behalten, dass es eigentlich nur ein bequemer Name ist. Kurz: RS Einordnung: auf Seite 119 des kleinen Stahlschlüssels finden wir die RS Legierte Stähle Edelstähle chemisch beständige Stähle mit den Gruppen-Zählnummern 40.. bis 45 Dabei wird folgende Unterscheidung getroffen: es gibt sie mit und ohne Mo, aber immer ohne Nb und Ti begleitet weniger oder mehr als 2,5% Ni. damit haben wir die Gruppen und (<2,5%Ni, immer ohne Nb und Ti, einmal mit, einmal ohne Mo) und die Gruppen und (>2,5%Ni, immer ohne Nb und Ti, einmal mit, einmal ohne Mo) erfasst. Ein Blick auf die Tabelle (Seite 190) zeigt, dass unter keine Stähle aufgelistet sind. unter jedoch (auf Seite 119 heißen sie "mit Sonderzusätzen") sind tröstlicherweise eine ganze Menge erfasst. Das sieht dann in der Logik etwa so aus: Tabelle 1. Sortierung der chemisch beständigen Stähle Rostfreie Stähle Ni 2,5% Ni 2,5% ohne Mo 1.40nn 1.43nn mit Mo 1.41nn 1.44nn mit Sonderzusätzen 1.45nn

2 Seite DIN-Kurzbezeichnung: Wenn wir uns ab Seite 98 die "technischen Daten" dieser Stähle ansehen, so finden wir immer ein "X" vor der DIN-Kurzbezeichnung: X46Cr13 für , einen der übrigens am meisten unterschätzten Stähle. X steht ja dafür, dass die Legierungselemente mit ihren echten Gehalten dahinterstehen, also im Mittel 13% Cr, und dass man die Zahl hinter dem X als den C-Gehalt x 100 interpretieren muß. Ihr erinnert Euch, hoffentlich. Da die Rostfreiheit durch Zulegieren Cr hergestellt wird, und das in erheblichen Mengen, nämlich ca. 13%, sind das alles hochlegierte Stähle. Kennzeichnende Eigenschaften der RS: Die wichtigste Eigenschaft ist die Beständigkeit gegen Rost und Säuren. Infolge des Cr-Gehaltes (siehe auch das Kapitel über die Schnellarbeitsstähle) verringert sich die Löslichkeit des Kohlenstoffs im Austenit, daher verhält sich der Stahl bei der Wärmebehandlung so, als ob er mehr Kohlenstoff besäße. In der Tat ist es auch so, dass die Stähle der Gruppe , die ja eigentlich nur Cr als Legierungsbestandteil enthalten, relativ wenig C besitzen. Der (X65Cr13) ist der mit dem höchsten C-Gehalt. Natürlich bekommt man diese Stähle hart, keine Frage. Was die Härtetemperaturen angeht, so muß man wieder einen Blick in das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (EKD) werfen, auf Seite 12/13, und so wissen wir schon, dass wir es mit sehr hohen Härtetemperaturen zu tun bekommen werden. Leider kann man nicht einfach den Cr-Gehalt durch 4 teilen und zum C hinzuaddieren, das gilt nur anhaltsweise für niedrig legierte Stähle und sollte auch bei den Schnellarbeitsstählen nur eine Veranschaulichung und keine exakte Aussage sein. Auf jeden Fall landet man bei Härtetemperaturen über 1000 C, und man ist in Gebieten, in denen neben Austenit (γ-mischkristalle) noch "Sekundärzementit" vorliegt. Zementit ist Eisenkarbid Fe 3 C. Was jetzt kommt, in kursiver Schrift, ist mehr für Interessierte, wird vielleicht etwas kompliziert. Kurzer Einschub: "Sekundär" deshalb, weil es nicht direkt aus der Schmelze sich gebildet hat, sondern aus dem Zweiphasengebiet, das durch die Punkte AECA beschrieben wird. Primärzementit bildet sich direkt aus der Schmelze, wenn der Kohlenstoffgehalt ab 4,3% beträgt, also am Punkt C und höher. Hier sind wir bei den ledeburitischen Stählen. Wir können bei solchen Gehalten Cr auch nicht mehr dieses Diagramm heranziehen, wir bräuchten dann ein Diagramm Eisenkohlenstoff mit sagen wir mal 13% Cr, um das alles richtig interpretieren zu können. Unten ist so ein Diagramm zu sehen. Die Größe ist ETWA so, dass man es über das im Stahlschlüssel enthaltene Diagramm legen kann, die Masstäbe stimmen dann einigermaßen.

3 Seite Bild 1. Zustandsschaubild Fe-13%Cr-C Quelle: H. Berns, Stahlkunde für Ingenieure, 2. Auflage, Springer-Verlag, 1993, Seite 148, ISBN X, entnommen aus Bungardt, K; Kunze, E; Horn, E; Archiv Eisenhüttenwes. 29(1958) S Was bedeutet das? Wir haben einen Stahl, bei dem schon die 12% Cr berücksichtigt sind. Nehmen wir z.b. den 4034, also mit knapp 0,5%C, dann muß man schon auf mehr als 1000 erhitzen, um reinen Austenit zu bekommen. Dazu genügen im normalen EKD, also dem ohne Cr, knapp 800 C. Vergleicht mal aus dem normalen EKD das Gebiet GOSE mit dem entsprechenden Gebiet A aus diesem Diagramm! Die Bezeichnungen K 1, K 2 etc. bezeichnen verschiedene Karbide nach folgendem Schema: Tabelle 2. Bezeichnungen der Karbide Bezeichnung Zusammensetzung (M-Metall) Bemerkung K c M 3 C Also z.b. Fe 3 C, Zementit K 1 M 23 C 6 Sonderkarbid K 2 M 7 C 3 Sonderkarbid Wenn man viele Karbide hat, also z.b. bei Stählen der Sorten CPM oder ELMAX, dann ist eine Warmformgebung des Stahls problematisch. Begriffserklärung: Ledeburit ist ein Phasengemisch, das aus (zerfallenem) Austenit und Zementit, also Eisenkarbid, besteht. Zur Rolle der Karbide: Es gibt ja auch bei den Werkzeugstählen aus der Gruppe , also CrMoV-legierte und ähnlich legierte, die den "rostfreien" Stählen sehr ähnlich sind. Hier braucht man die Karbide, die sehr hart sind, als verschleißhemmende Substanzen. Bei Messeranwendungen ist man da kritisch, da große Karbide zu Ausbrüchen führen können. Und die Zähigkeit ist geringer. Daher bemüht man sich, bei

4 Seite den sehr hoch legierten Stählen, die Pulvermetallurgie durchzusetzen (RWL 34, S60V, ELMAX, Böhler K190 ), da man hier die Karbidgröße in der Hand hat. Das Problem bei der Schmelzmetallurgie ist, dass bei den hochgezüchteten Sorten mit mehr als 1%C und vielen Legierungselementen die Karbide beim Erstarren aus der Schmelze entstehen als Primärkarbide, und die wird man nicht mehr los. Gehen wir in Bild 1 bei ca. 1%C senkrecht runter, so entstehen aus der Schmelze S zunächst Schmelze S und Austenit A, und später Austenit (kohlenstoffarm) und Karbide (kohlenstoffreich) im Gebiet A und K 2 bei etwas über 1200 C. Diese Karbide wachsen dann bei Abkühlen weiter, und das wars. Würde man die wieder auflösen wollen, so müsste man an die 1200 C heran, hätte also Aufschmelzungen zu befürchten. Diese Karbide, die im Stahl bleiben, entziehen ihm natürlich Kohlenstoff, der auch nicht mehr gelöst wird, so dass man mit dem reduzierten C-Gehalt für das Härten rechnen muß. Ist natürlich immer noch genug C drin, keine Frage. Um bei unseren Beispielen zu bleiben: wenn man mit ca. 0,5%C rechnen muß (4034), so muß man schon auf ca C gehen, um reinen Austenit zu bekommen und allen Kohlenstoff zu lösen, bei Stählen mit mehr Kohlenstoff, z.b. 1%C, kommt man in Gefahr zu schmelzen (bei ca ) oder hat weiter viele Karbide drin, die nicht mehr weggehen. Wenn aber Karbide, dann möglichst fein.

5 Seite Sehen wir uns dazu ein Beispiel an: 12C27 Sandvik (X60Cr14, ähnlich 4034/4037) im Vergleich zu 440C. Die Quelle des Bildes ist mir unbekannt, es war ein Artikel über Sandvik Stähle, der im Internet übersetzt vorlag, ohne Quellenangabe: Bild 2. Karbide in einer Messerschneide bei zwei Cr-legierten Stählen. Der 440C hat gegenüber dem 12C27 deutlich mehr Kohlenstoff (0,6% zu 1,05%) und statt 14% Cr etwa 17%). Die Blickrichtung ist hier genau auf die Schneide der Klinge. Man kriegt beim 12C27 also bei der Härtung die Karbide weitestgehend gelöst. Die empfohlene Härtetemperatur 1080 C führt in Bild 1 in das reine austenitische Gebiet. Voilà. Wir müssen immer im Gedächtnis behalten, dass all diese schönen Stähle nicht für uns Messermacher entwickelt worden sind. Selbst die dort aufgeführten Stähle, die als Verwendungszweck Messer haben, sind eben Messer für Gebiete, wo es unbedingt rostfrei sein muß. Nicht für Messer, die das höchstmögliche an Leistung im reinen Druckschnitt bringen sollen. Obwohl das auch geht, Beispiel AEBL für Rasierklingen.

6 Seite Wärmebehandlung: Jetzt wieder zurück zum Stahlschlüssel. Die Daten der RS stehen auf den Seiten 98 und 99 (Analysen) sowie 100 und 101. Daten zur Wärmebehandlung fehlen, es wird lediglich eine Zusammenstellung der Eigenschaften gegeben. Die Tabelle ist auch ganz anders aufgebaut, als wir es gewohnt sind. Wie schon öfter gesagt: die Sache mit dem Stahlschlüssel richtet sich in erster Linie nach der Verwendung. In der ersten Spalte stehen die Werkstoffnummern. In den folgenden drei Spalten wird unterschieden, ob der Zustand geglüht, vergütet, gehärtet oder abgeschreckt ist. Dies ist ein Hinweis darauf, was man mit diesen Stählen macht. Nicht alle werden gehärtet, sondern viele auch vergütet (siehe dazu das Kapitel über Vergütungsstähle). Eigentlich sagen uns diese Werte für Messeranwendungen wenig. Lediglich am Beispiel des , der gehärtet angegeben ist, ist in eckigen Klammern [60-62] die Rockwell-Härte angegeben. Ansonsten ist auf mechanische Daten Wert gelegt: Streckgrenzen und Zugfestigkeiten sowie Kerbschlagwerte. Und das alles meist nur für den geglühten Zustand, schwarzer Punkt in der ersten Spalte. OK, aus den Zugfestigkeiten kann man mit Hilfe der Tabelle auf Seiten 147 bis 149 auf die Rockwellhärte schliessen, aber das Verfahren ist eigentlich für legierte Stähle nicht statthaft. So kann man der Tabelle z.b. folgendes entnehmen für den Stahl : Zustand: geglüht, Brinellhärte HB 30: 245, Zugfestigkeit R m <800 N/mm 2. Gehen wir damit in die Tabelle auf S 149, so finden wir bei Zugfestigkeit 800 (erste Spalte) die zugehörige HB-Härte (dritte Spalte) 238, und weiter rechts unter Rockwellhärte die HRC-Werte, hier 22,2. Daten gewinnen können wir noch aus verwandten Stählen, z.b. gibt es folgende Entsprechungen: ähnelt stark dem ähnelt stark dem oder vielleicht auch dem ? Oder dem !!!! Vergleich und Härte HRC X 50 CrMoV 15 (1.4116) T=1010 X 42 Cr 13 (1.2083) T=1050 C X46Cr13 (1.4034), T= 1010 C Anlaßtemperatur in C Bild 3. Anlassverhalten ähnlicher Stähle.

7 Seite Man sieht, dass die höhere Härtetemperatur des Werkzeugstahls im unteren Anlassbereich zu höherer Härte führt, die Zugabe Mo, V bei gegenüber dem bei gleicher Härtetemperatur führt ebenfalls zu einer Härtesteigerung. Hier jedoch bilden sich früh und viele Sonderkarbide (Unterschied zum 2083), die sich auch etwas später als beim erst auflösen. Hinweis: es lohnt sich, einmal systematisch nach ähnlichen Werkstoffen bei den Werkzeugstählen zu suchen. Vornehmlich in der Gruppe (klar, Cr-legiert, siehe Seiten 118 und 119). Dort kann man dann "Anleihen" machen für die Wärmebehandlung. Die Sekundärhärtung: Der hohe Gehalt an Cr und anderen Karbidbildnern lässt vermuten, dass diese Stähle auch ein Sekundärhärtemaximum haben, ähnlich wie die Schnellarbeitsstähle. Das ist in der Tat so. Ich habe unten im Bild 4 für einige Stähle die Anlasskurven angegeben. Quelle: unterschiedlich. Ich habe teilweise selbst gemessen, teils aus Literatur, Werksangaben, umgewertet Zugfestigkeiten auf Härten usw. Insgesamt ein lückenhaftes Bild, leider, und meist nur für eine Härtetemperatur. Aber besser als nichts. Und den Einfluß der Härtetemperatur zeige ich weiter unten. Für die Praxis: wenn man die höchstmögliche Härtetemperatur anstrebt, muß man wirklich die Temperaturen alle im Griff haben, sonst macht man sich das Leben unnötig schwer. Dann lieber etwas weniger, dafür richtig. Anlaßkurven verschiedener Messerwerkstoffe Härte HRC X102CrMo17 (1.4125, 440 C) X50CrMoV15 (1.4116) X90CrMoV18 (1.4112, 440 B) X110CrMoV15 (1.4111) X70CrMo15 (1.4109) X46Cr13 (1.4034) 90MnCrV8 (1.2842) ELMAX CPMT 440V Anlaßtemperatur T_a [ C] Bild 4. Anlasskurven hochlegierter Stähle. Anlasszeit immer 2 h. Zum Vergleich ist angegeben.

8 Seite Problem ist hier, dass die Härtetemperaturen für die meisten Stähle immer am unteren Bereich liegen. Entsprechende Behandlung vorausgesetzt (mehrfaches Anlassen, Tiefkühlen ) kann man durch höhere Härtetemperaturen höhere Härteniveaus erreichen. Diese Kurven beziehen sich alle auf die "normalen" in den Datenblättern angegebenen Behandlungen. Unten habe ich die Daten für die Kurven oben zusammengestellt. Tabelle 3. Härtetemperaturen der Werkstoffe aus Bild 4. Werkstoffbezeichnung Nummer Härtetemperatur/ C 440 C, X102CrMo X50CrMoV / B, X90CrMoV X110CrMoV X70CrMo15, etwa AUS , X46Cr ELMAX (X170CrVMo17-3-1) 1050 S60V=CPMT 440V (X215CrVMo18-6-1) MnCrV8, O Kursiv gedruckt sind ungefähre Entsprechungen. Diese Werkstoffe sind so nicht im Stahlschlüssel verzeichnet, sondern aus den Zusammensetzungen abgeleitet nach dem Schema, das früher schon einmal im Laufe dieses Lehrgangs angegeben wurde. Ein weiteres interessantes Beispiel für hochlegierte Werkstoffe und den Einfluß der Härtetemperatur ist der K190 Fa. Böhler: Härten Böhler 2380 PM (X 220 CrVMo 13-4) Härtetemp C Härtetemp C Härtetemp C Böhler-Angabe Anlasstemperatur [ C ] Bild 5. Anlassverhalten des Stahls Böhler K 190 (etwa P/M, X 220 CrVMo 13-4) nach Härten aus verschiedenen Austenitisierungstemperaturen 1050, 1100 und 1150.

9 Seite Weiter unten ist noch eine Anlasskurve für den der Firma Timbken Latorbe zu sehen, in der oberen Tabelle ist der Einfluss der Härtetemperatur zu sehen. Heat Treatment response ist hier als "Ansprungshärte" zu lesen. Das Anlassdiagramm startet bei 393 C, da hat er schon Härte abgegeben. Achtung! die untere Temperaturachse ist in Fahrenheit! Die obere Achse gilt. Bild 6. Anlassverhalten Auch hier stellt sich die Frage, durch welche Anlassvorgänge man die angestrebte Härte erreichen will, nämlich bei ca. 100 bis 200 oder im Sekundärhärtemaximum. Läßt man im Sekundärhärtemaximum an, so hat man feinverteilte Karbide geringer Größe, aber auch weniger Cr in der Matrix, also weniger Korrosionsresistenz, und auch weniger Schlagzähigkeit. (Dazu gibt es am Schluss dieses Beitrags ein paar Bilder und eine Tabelle (Karbidgrößen und Zähigkeiten)) Dafür aber bei statischer Beanspruchung bessere Stabilität in der Schneide. Und keinen Restaustenit. (Das mit den Karbiden des Chroms und dem damit einhergehenden Cr-Entzug der Matrix erklärt auch die ab und zu berichtete Erscheinung, dass ein "rostfreier Stahl" doch rostet. War vermutlich im Sekundärhärtemaximum (SHM) angelassen). Der Mechanismus der Beseitigung Restaustenit ist wie folgt: Bei der Ausscheidung der Sonderkarbide (z.b. des Cr) wird der Matrix Kohlenstoff entzogen, dadurch wird der Austenit instabil (je weniger C er enthält, um so höher muß die Temperatur sein, damit er überhaupt auftreten kann. Das kann man leicht im kleinen Stahlschlüssel an Hand des EKD nachvollziehen. Auf Seite 12 verfolgen wir die Linie GOS, je weniger C, umso höhere Temperatur muß vorliegen, damit man im Austenitgebiet ist.

10 Seite Die Forderung nach mehrfachem Anlassen wird jetzt auch verständlicher: der zerfallene Austenit führt zu Martensit, und zwar zu sprödem, nicht angelassenem. Man holt mit dem zweiten Anlassen gewissermaßen für den neu entstandenen Martensit das Anlassen nach, kriegt dann natürlich wieder Sonderkarbide etc. Also, ein drittes Anlassen macht die Sache erst richtig rund. Also wenn Rostfreiheit ein primäres Ziel ist, dann muß man konsequent sein und im unteren Temperaturbereich anlassen. Dabei wird man, um Restaustenit zu beseitigen und das volle Härtepotential ausschöpfen zu können, um ein Tiefkühlen nicht herumkommen. Was das Tiefkühlen ausmacht, sieht man z.b. an dem folgenden Bild: X46Cr13 (1.4034) Anlasskurve X 46 Cr 13 (1.4034) gehärtet 1010 C Härtetemperatur 1075 C, Tiefkühlen, Anlassen 150 C, Tiefkühlen, Anlassen 190 C (Günter) 56 Härte Rockwell (HRC) Anlasstemperatur in C Bild 7. Einfluß des Tiefkühlens auf die Härte des Stahls Die blauen Punkte geben Wärmebehandlung nach Norm wieder: Härtetemperatur 1010 C. Der rosa Punkt wurde Günter aus dem Messerforum an einem ihm hergestellten Messer ermittelt und im Forum mitgeteilt. Die Wärmebehandlung war: Härten bei 1075, Tiefkühlen, Anlassen 150, erneut Tiefkühlen und Anlassen bei 190. Das ist ein wahrhaft gewaltiger Unterschied. Weitere rostfreie Stähle für Messeranwendungen: Was den ATS 34 bzw. RWL 34 angeht, so sind sie chemisch fast gleich, unterscheiden sich jedoch im Gefüge. Die Wärmebehandlung ist für beide gleich. RWL könnte als die pulvermetallurgische Variante des ATS 34 (ähnlich 154 CM) bezeichnet werden. Sie könnten nach dem deutschen System als

11 Seite X105CrMo 14 4 für ATS 34 bzw. X105CrMoV 14 4 für RWL 34 bezeichnet werden. Anlasskurven ATS Härte HRC Härte bei TA = 1070 C Härte bei TA = 1040 C Härte bei TA = 1010 C Anlasstemperatur in C Bild 8. Anlasskurven des Stahls ATS 34 (etwa X105CrMo 14 4)

12 Seite Bild 9. Anlasskurven RWL 34 (etwa X105CrMoV 14 4) bei unterschiedlichen Härtetemperaturen. Die oberste Kurve ist für Tiefkühlung nach Härtung bei 1100 C, die dicke Kurve gilt für 1100 C ohne Tiefkühlung, Die allerunterste (ab 550 Anlasstemperatur) ist die Kurve für Härten aus 1000 C, die darüber liegende für 1050 C. Für den direkten Vergleich des Einflusses einer Tiefkühlung sind also die oberste und die unterste für 1100 heranzuziehen. Die Kurven sind auch im Internet unterwegs, sie sind wohl irgendwann Hitachi an Brian Lyttle gefaxt worden. Weiß nicht mehr, woher ich das habe. War wohl mal im forum verlinkt. Die ATS 34-Kurve hab ich aus dem Original umgezeichnet wegen der Einheiten. Man sieht, das Leben mit den rostfreien Stählen ist ziemlich mühselig. Man muß sich seine Daten überall zusammenklauben, und man muß sich sehr genau überlegen, was man haben will, und wie man es erreichen kann. Vielleicht gehe ich in einem späteren Beitrag noch auf die unterschiedlichen Gefüge P/M-Stählen und "normalen" ein. Diese nennt man übrigens Ingot Metallurgy Materials, I/M, im Gegensatz zu den P/M, also Powder Metallurgy Materials. Viele Probleme mit dem Gefüge (wer diese Probleme denn ernst nimmt und sie auch hat) werden durch die P/M überwunden. Ich persönlich meine, wenn schon legiert, dann am liebsten P/M. Also RWL 34 statt ATS 34, um ein Beispiel zu nennen. Abkühlgeschwindigkeiten: Bevor wir die Wärmebehandlung verlassen, noch eine Besonderheit der Cr-legierten Stähle. Das Härten erfordert ja ein Abschrecken in einem Abkühlmedium, meist Wasser oder Öl bei den unlegierten und den niedrig legierten Stählen, man will ja sehr hohe Abkühlgeschwindigkeiten erzielen, damit man die volle Härte erhält und nicht in andere Gefügezusammensetzungen rutscht. Bei den hoch legierten ist das rapide Abschrecken nicht nötig, es geht sogar mit Luftabkühlung.

13 Seite Das bedeutet auf der anderen Seite natürlich auch, dass offenbar dann diese Werkstoffe auch weit im Inneren, da wo es langsam abkühlt, noch hart werden, wenn die Abkühlgeschwindigkeit nicht so kritisch ist. Das ist in der Tat so. Zunächst einmal anhand eines Werkzeugstahls (90MnCrV 8), im Vergleich mit (X100CrMoV 5-1), ist zu sehen, wie sich schon ein relativ geringer Cr-Gehalt 5% auf die anzustrebende Abkühlgeschwindigkeit auswirkt (Diskussion bei dem Bild am Ende). Hier zeigt sich auch, warum es bei rostfreien Stählen schwierig, bei manchen fast unmöglich ist, einen Hamon zu erzeugen. Das geht, wenn überhaupt, nur mit Kunstgriffen, die dann in meinen Augen mit Klingentechnologie nicht mehr viel zu tun haben, sondern mehr mit Expertise im Wärmebehandeln um der Wärmebehandlung willen. Diese Bilder gehen auch über den Stahlschlüssel hinaus. Aber diese Daten braucht man, wenn man erfolgreich solche komplexen Werkstoffe zu einer vernünftigen Klinge verarbeiten will. Das war ein hartes Kapitel, viel Theorie. Da im kleinen Stahlschlüssel sehr wenig dem steht, was uns im Zusammenhang mit Messern interessiert, habe ich etwas mehr Theorie hineingebracht, damit man wenigsten etwas in Bezug auf Messer da hat. Jetzt ist es wohl an der Zeit, ein Resumee zu ziehen. Fassen wir das alles einmal zusammen: Rostfreie Stähle (RS) sind eigentlich chemisch beständige Stähle, nicht wirklich rostfrei (zumindest die, die wir im Zusammenhang mit Messerklingen meinen) Die Beständigkeit erhalten sie durch Legierungselemente, vorzugsweise Cr Es müssen mindestens 13% Cr in der Matrix enthalten, also in dem interessierenden Zustand gelöst sein Diese Stähle stehen unter den Werkstoffnummern , , die anderen Gruppen sind für Messer weniger geeignet Die hier infrage kommenden Cr-Gehalte verringern die Löslichkeit des Kohlenstoffs oberhalb der Umwandlungstemperatur. Ein reiner Vergleich des C-Gehaltes C-Stählen und legierten ist demnach kein richtiges Kriterium für erreichbare Härte Diese Stähle enthalten teilweise grobe Karbide, insbesondere wenn man zu hohen C- Gehalten geht (Stichwort: ledeburitische Cr-Stähle), die nicht wieder gelöst werden können bei hohen Gehalten, da man dann in die Nähe des Schmelzpunktes kommt (Blick ins ED KD). Inwieweit man mit groben Karbiden leben möchte, muß jeder selbst wissen die Härtetemperaturen sind sehr hoch, man muß ja C in Lösung bringen, aus den Karbiden, und statt des normalen EKD braucht man noch eins für 12%Cr Man muß den Stahl vor Entkohlung schützen Man kann ihn wie einen Werkzeugstahl anlassen, dann ist die Korrosionsfestigkeit höher Man kann auch das Sekundärhärtemaximum ausnutzen diese Stähle neigen zu Restaustenitbildung wenn man im Sekundärhärtemaximum anlässt, dann bilden sich winzige feine schön verteilte Sonderkarbide, die eine Aushärtung bewirken. Da Cr in diese Karbide geht, reduziert sich der Korrosionswiderstand entsprechend diese Sonderkarbide entziehen dem ev. vorhandenen Austenit Kohlenstoff, so dass der Austenit instabil wird, und in Martensit zerfällt. Dieser Martensit muß wieder angelassen werden, sonst bleibt er spröde mehrfaches Anlassen ist zu empfehlen sehr gute Prozesskontrolle (Temperaturen!) ist wichtig

14 Seite Tiefkühlen ist bei diesen Stählen eine feine Sache Pulvermetallurgisch hergestellte Stähle vermeiden grobes Gefüge sie erlauben auch eine richtige "Hochdosierung" mit Legierungslementen, um Karbide, Anlasskarbide, Rostträgheit etc. zugleich zu gewährleisten die Wärmebehandlung wird dann richtig ekelhaft aufwendig der Stahlschlüssel enthält leider nicht die messerrelevanten Informationen zu diesen Stählen Je höher die Härtetemperatur ist, umso höher wird die maximal erreichbare Härte, aber auch die Gefahr Restaustenit diese Stähle erfordern wenn man das Leistungspotential ausschöpfen möchte intensive Beschäftigung mit der Materie Wenn man all diese Dinge in Betracht zieht, dann frage ich mich, warum der 4034 so einen schlechten Ruf genießt. Wenn schon rostfreier Stahl für eine Klinge, so bietet der eigentlich seiner Mixtur her das beste Potential für gute Klingen. Richtige Wärmebehandlung vorausgesetzt, klar. Kontrollfrage: zu meinem letzten Punkt kann man ja mal versuchen, Argumente dafür zu finden, incl. der Begründungen, und als Gegenbeispiel z.b. einen Böhler K 190 zu diskutieren. Aspekte der Diskussion wären dann Härteniveau, Komplexität der Wärmebehandlung, zu erwartendes Gefüge, Restaustenit und die Beseitigung etc. Wer das machen will, der kann mir seine Ausarbeitung gerne mailen. Ich antworte darauf, und wenn der jeweilige Autor will, diskutiere ich das gern im forum. Oder wieder einmal Kontrollfragen, bevor wir uns auf die Federstähle schmeissen? Die Kontrollfragen würden die HS und die RS abdecken. Was meint Ihr? Gemeine Kontrollfrage: X15TN (1.4123, X40CrMoVN 16-2), oder Cronidur 30 (1.4108, X30CrMoN 15 1), ziemlich bis sehr ähnlich, liefern harte Klingen, und die sind auch noch richtig toll rostfrei. Wie kann das, mit 0,3% C? Ach ja, mit den P/M-Stählen müssten wir uns gesondert beschäftigen. Das gibt der kleine Stahlschlüssel nicht her. Aber vielleicht am Ende des Lehrganges? Da gibt es ja ohnehin eine Reihe speziellen Kapiteln. Da würde das ganz gut hinpassen. Das Kapitel über den Einfluß Legierungselementen muß man nämlich speziell für Messeranwendungen etwas anders interpretieren. Aber erst noch die Federstähle. Und für die Neugierigen noch der Vergleich zwischen Cronidur 30 und X15TN Tabelle 4. Analysenvergleich Cronidur 30 und X 15TN Bez. Cronidur 30 X15TN W-Nr C 0,25-0,30 0,4 Si max. 1,0 0,3 Mn max. 1,0 0,3 Cr 14,0-16,0 15,5 Ni max. 0,5 k.angabe Mo 0,85-1,1 2 V 0 0,3 N 0,3-0,5 0,3

15 Seite Für den Cronidur 30 habe ich Werte aus dem Datenblatt der Firma Energietechnik Essen, die Daten für X15TN habe ich aus einer eigenen Analyse. Und nein, der INFI ist kein aufgestickter Stahl. Aus meiner Analyse habe ich dort nur 0,01% Stickstoff gefunden. Das ist nicht zulegiert, das war prozesstechnisch drin. Für Interessierte gibt es auf den folgenden Seiten den Einfluß Cr auf die einzuhaltende Abkühlgeschwindigkeiten, etwas über Zähigkeit, Karbidkorngrößen und so weiter. Gewissermaßen ein Anhang für Wissbegierige, geht über den Stahlschlüssel weit hinaus, passt aber in das, was wir brauchen. Ist aber streng genommen nicht zwingend der Inhalt eines Lehrganges "Kleiner Stahlschlüssel", aber ich denke, das werdet Ihr mir verzeihen.

16 Seite (90MnCrV8) (X100CrMoV 5-1) Bild 10. Der Einfluß 5% Cr auf die Abkühlgeschwindigkeit zur Erreichung der Martensithärte. Als Orientierung diene die (zu vermeidende) Perlit"nase".

17 Seite Bild 11. Zusammenhang zwischen Abkühlgeschwindigkeit, Gefügeausbildung und Härteausbildung als Schema. Beachten, dass die Härte hier eine Funktion der unterschiedlichen Gefüge ist, das hat nichts mit Anlassen zu tun.

18 Seite Das folgende Bild zeigt für einfache Stähle bei gleichem C-Gehalt den Einfluß Legierungselementen wie Cr, V, Mo auf die Abkühlgeschwindigkeiten. Das ist hier indirekt zu sehen über die Härten in verschiedenen Randtiefen. Ohne Cr etc. spielt die Abkühlgeschwindigkeit eine große Rolle, schon bei 2 mm Randabstand beim Ck 50 fällt die Härte stark ab, da die in dieser Tiefe vorliegende Abkühlgeschwindigkeit nicht mehr ausreicht. bei den legierten Sorten wird dieser Einfluß immer geringer. Einhärtung für 0,5% C und Legierungen CrV und CrMo Ck 50 (1.1206) 50 CrV 4 (1.8159) 50 CrMo 4 (1.7228) Härte HRC Randabstand t in mm Bild 12. Einfluß CrV und CrMo auf die Einhärtung eines 0,5%-C-Stahles.

19 Seite Karbidgrößen Zu den vielbeschworenen Karbiden und deren Größe habe ich aus der Diplomarbeit Roman Landes bzw. aus seinem Buch "Messerklingen und Stahl" typische Karbidgrößen entnommen und aufgetragen. Im wesentlichen sind das die Größen des Zementits. Karbidkorngrößen einiger typischer Werkzeugstähle Karbidkorngröße in µm unterer Wert (µm) oberer Wert (µm) Cr 6 (1.3505) 140 WV 13 (1.2562) CPMT 440 V, ELMAX, RWL 34 ATS 34, X 105 CrMo 17 (1.4125) D2 bzw. X 155 CrVMo 12-1 (1.2379) Stahlsorte Bild 13. Karbidgrößen unterschiedlicher Werkzeugstähle (nach Roman Landes) Die typischen Größen unterschiedlicher Karbidarten gehen aus der folgenden Tabelle hervor: Tabelle 5: zur typischen Größeneinordnung der unterschiedlichen Karbide (Vgl. auch Bild 1, M=Metall) Bezeichnung, Herkunft Typ Eigenschaften und typische Größe in µm (P/M) Werte in Klammern Primärkarbide (aus Erstarrung) Fe 3 C (Zementit) Sekundäre Karbide (aus Mischkristall, z.b. Wärmebehandlung) Bei KAS 1, 2 durch C- Überschuß Bei hoch legierten: Anlasskarbide Bei Stählen mit Sekundärhärtemaximum Fe 3 C (Zementit) Cr-, V-, Mo-, W- Karbide W,V, Mo, Cr In der Reihenfolge der Neigung zu Karbidbildung, Typen M 23 C 6 und M 7 C 3 (Sonderkarbide) 0,1-1 Ca. 200 (P/M:10-15!) 0,005 0,1

20 Seite Zähigkeit und Legierungslemente Die folgenden Bilder zeigen, wie Legierungselemente bei gleicher Härte die Zähigkeit der Werkstoffe beeinflussen. Hier wurden keine als rostfrei ausgewiesenen Stähle gezeigt, sondern lediglich hoch Crhaltige. Plastische Bruchbiegearbeit zweier Werkzeugstähle 18,0 16,0 y = 0,2653x 2-34,092x ,3 14,0 5mm Plast. Biegeverformungsarbeit in J 12,0 10,0 8,0 6,0 75 mm 90 MnCrV 8 (1.2842) X 210 Cr 12 (1.2080) Polynomisch (90 MnCrV 8 (1.2842)) Linear (X 210 Cr 12 (1.2080)) nach Mülders, O., Meyer-Rhotert, R.: DEW Techn. Ber. 1 (1961) S ,0 2,0 0,0 54,0 56,0 58,0 60,0 62,0 64,0 66,0 68,0 Härte in HRC Bild 14. zur Veranschaulichung der Zähigkeit niedrig legierten und hochlegierten Werkzeugstählen in Abhängigkeit der eingestellten Härte. Das Versuchsprinzip ist schematisch dargestellt. Interessant ist noch das folgende Bild (nach: Becker, Hans Josef: Einfluss der Anlasstemperatur auf die Ergebnisse statischer Biegeversuche an Schnitt- und Schnellarbeitsstählen, Archiv für das Eisenhüttenwesen 1961m S. 557 ff. zusammengestellt Gerfin, Ulrich: Mechanische Eigenschaften Messerstählen, Das Messer, 3/85, Stutenseeverlag). Hier sieht man das Verhalten der Stähle (vorwiegend auch HS, die ja auch ein Sekundärhärtemaximum haben) in Abhängigkeit der Anlasstemperatur. Das hat jetzt streng genommen nichts mehr mit rein rostfrei zu tun, aber der Einfluß der Legierungselemente wird hier klar, und andere Literaturwerte habe ich nicht vorliegen. Entscheidend ist ja weniger, ob der Stahl rostfrei ist oder nicht, sondern wie sich Legierungsbestandteile, die Karbide bilden, auf das Verhalten auswirken. Man sieht, dass auch im Bereich der hohen Anlasstemperaturen die Zähigkeit nicht gar so berauschend ist. Ab 600 C lösen sich die Karbide wieder auf, und die Zähigkeit steigt wieder an.

21 Seite plastische Bruchbiegearbeit Mn Cr V 8 X 210 CrW 12 BMo9 (HS2-9-1) DMo5 (HS 6-5-2) EV 4 (HS ) 7 Bruchbiegearbeit in Nm Anlasstemperatur T in C Bild 15. Bruchbiegearbeit in Abhängigkeit der Anlasstemperatur verschiedener Schnittstähle und Schnellarbeitsstähle. Als bedingt rostfrei kann eigentlich nur der X 210CrW 12 gelten, insofern ist das Bild nur bedingt repräsentativ, der allgemeine Trend ist aber gut wiedergegeben.