Martensitaushärtender Stahl 350 Pulver
Maraging-Stahl 350 ist ein ausscheidungshärtbares, martensitisches Stahlpulver für die additive Fertigung, insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Härte und Festigkeit bei guter Duktilität erfordern. Es ist bekannt für seine ultrahohe Festigkeit durch eine einzigartige Mischung aus Molybdän, Kobalt, Nickel, Aluminium, Titan und anderen Legierungselementen.
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Inhaltsübersicht
Übersicht
Martensitaushärtender Stahl 350 Pulver ist ein ausscheidungshärtbares, martensitisches Stahlpulver für die additive Fertigung, insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Härte und Festigkeit bei guter Duktilität erfordern. Es ist bekannt für seine ultrahohe Festigkeit durch eine einzigartige Mischung aus Molybdän, Kobalt, Nickel, Aluminium, Titan und anderen Legierungselementen.
Martensitaushärtende Stähle sind aufgrund ihres geringeren Kohlenstoffgehalts und der höheren Verfügbarkeit von Nickel-Aluminium-Molybdän einzigartig. Der niedrige Kohlenstoffgehalt verhindert die Seigerung oder Ausscheidung von Karbiden, während die starke Legierung die Aushärtung innerhalb der Martensitmatrix durch die Ausscheidung intermetallischer Phasen fördert.
Die wichtigsten Eigenschaften von martensitaushärtendem Stahl 350 Pulver:
- Ultrahohe Streckgrenze und Bruchfestigkeit
- Gute Duktilität und Zähigkeit
- Ausgezeichnete Bruchzähigkeit
- Hohe Härte
- Beständig gegen Überalterung und Dimensionsänderungen bei mäßig hohen Temperaturen
- Gute Schweißbarkeit
- Wärmebehandelbar für maßgeschneiderte Eigenschaften
- Gute Bearbeitbarkeit und Polierbarkeit
Martensitaushärtender Stahl 350 wird in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsbereich, in der Öl- und Gasindustrie, im Motorsport, im Werkzeug- und Formenbau sowie für Formteile verwendet. Er ermöglicht Ingenieuren eine Gewichtsreduzierung bei gleichbleibender Leistung und Haltbarkeit.
Die Bezeichnung "350" bezieht sich auf eine Zugfestigkeit von 350 ksi oder 2400 MPa nach der Alterungsbehandlung. Höhere Festigkeitsvarianten wie Maraging-Stahl 300 und Maraging-Stahl 550 sind ebenfalls erhältlich.
Zusammensetzung
Martensitaushärtender Stahl 350 hat in der Regel die folgende Zusammensetzung:
Martensitaushärtender Stahl 350 Zusammensetzung des Pulvers
| Legierungselement | Gewicht % |
|---|---|
| Nickel (Ni) | 17-19 |
| Kobalt (Co) | 8-9 |
| Molybdän (Mo) | 4-5 |
| Titan (Ti) | 0.6-0.8 |
| Aluminium (Al) | 0.05-0.15 |
| Kohlenstoff (C) | ≤ 0.03 |
| Mangan (Mn) | ≤ 0.1 |
| Phosphor (P) | ≤ 0.01 |
| Schwefel (S) | ≤ 0.01 |
| Silizium (Si) | ≤ 0.1 |
| Eisen (Fe) | Bilanz |
Die Festigkeit von martensitaushärtenden Stählen beruht auf intermetallischen Ausscheidungen, die sich während der Alterungsbehandlung bilden, und nicht auf Karbiden auf Kohlenstoffbasis. Daher wird der Kohlenstoffgehalt absichtlich niedrig gehalten.
Titan ist entscheidend für die Bildung der härtenden Ni3Ti-Ausscheidungen. Aluminium optimiert die Aktivität des Titans durch die Bildung von Ni3(Al,Ti)-Ausscheidungen. Der hohe Nickel- und Kobaltgehalt sorgt für eine stärkere Verteilung beim Abschrecken und verbessert die Kinetik der Aushärtung.
Das Molybdän trägt zur Festigkeitssteigerung in Mischkristallen bei. Verunreinigungen wie Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel werden auf ein Minimum reduziert, da sie die Bruchzähigkeit verringern können.
Eigenschaften
Physikalische und mechanische Eigenschaften von Maraging Steel 350 Powder
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Dichte | 8 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 1400°C ± 30°C |
| Wärmeleitfähigkeit | 10-12 W/m.K |
| Elastizitätsmodul | 190-210 GPa |
| Querkontraktionszahl | 0.28-0.30 |
| Elektrischer spezifischer Widerstand | 0,80 Mikrohm-cm |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 10-11 x 10-6 /K |
| Härte | 40-52 HRC, 400-550 HB |
Typische mechanische Eigenschaften von As-Built-Teilen
| Eigenschaften | Martensitaushärtender Stahl 350 |
|---|---|
| Zug-Streckgrenze | 235 ksi (1600 MPa) |
| Zugfestigkeit | 290-330 ksi (2000-2275 MPa) |
| Dehnung bei Bruch | 3-8% |
| Verkleinerung der Fläche | 30-35% |
Typische mechanische Eigenschaften - wärmebehandelt und gealtert
| Eigenschaften | Martensitaushärtender Stahl 350 |
|---|---|
| Zug-Streckgrenze | 280-300 ksi (1930-2070 MPa) |
| Zugfestigkeit | 340-350 ksi (2350-2400 MPa) |
| Dehnung bei Bruch | 8-13% |
| Verkleinerung der Fläche | 8-15% |
| Bruchzähigkeit | 75-100 MPa√m |
| Härte | 50-52 HRC, 475-525 HB |
Die bemerkenswerten ultrahohen Festigkeiten werden durch zusätzliche Wärmebehandlung und Alterungszyklen erreicht, die die Ausscheidungshärtung fördern.
Die richtige Temperatur und Dauer der Aushärtung ist entscheidend für das Erreichen des gewünschten Aushärtungsgrades - eine zu lange Aushärtung kann zu einer Verringerung der Festigkeit und Härte führen.
Neben der Festigkeit weisen Teile aus martensitaushärtendem Stahl im Vergleich zu anderen Legierungen für die Luft- und Raumfahrt auch eine gute Duktilität, Bruchzähigkeit und Bruchsicherheit auf. Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist außergewöhnlich hoch.
Anwendungen
Das unvergleichliche Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von martensitaushärtendem Stahl 350 macht ihn geeignet für:
Martensitaushärtender Stahl 350 Pulver Anwendungen
| Sektoren | Teile und Komponenten |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Fahrwerkskomponenten, Aktuatoren, Beschläge, Befestigungen, Zahnräder |
| Avionik | Robuste Schränke und Gehäuse |
| Verteidigung | Munition, Geschützrohre, Munitionshülsen, Optik |
| Motorsport | Aufhängung, Lenkmechanismen |
| Automobilindustrie | Präzisionswerkzeugbau, Spritzgussformen |
| Werkzeug und Matrize | Umformwerkzeuge, Presswerkzeuge, Gussformen, Gießwerkzeuge |
| Öl und Gas | Ventile, Pumpen, Drahtleitungen |
Die leichten und dennoch außerordentlich stabilen Teile aus martensitaushärtendem Stahl 350 ermöglichen entscheidende Gewichtseinsparungen, ohne die extreme Haltbarkeit zu beeinträchtigen, die bei dynamischen Arbeitsbelastungen erforderlich ist.
Durch die Wärmebehandlung können die Eigenschaften von Maraging-Stahl für verschiedene Anwendungen maßgeschneidert werden - mäßig hohe Härte für Verschleißfestigkeit, maximale Streckgrenze für tragende oder ballistische Anwendungen oder ausgewogene Festigkeit und Duktilität.
Mit Hilfe des 3D-Drucks können komplexe Geometrien wie Gitter und Kühlkanäle in martensitaushärtende Stahlteile eingearbeitet werden, um das Gewicht weiter zu senken und gleichzeitig die Steifigkeit und Leistungsfähigkeit zu erhalten. Dies wird von Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und dem Motorsport zunehmend geschätzt.
Spezifikationen, Güteklassen und Normen
Material-Spezifikationen
| Spezifikation | Beschreibung |
|---|---|
| AMS 6514 | Geglühte und ausscheidungsgehärtete Stähle, Stäbe, Schmiedestücke und Knüppel |
| MIL-S-46850 | Hochfester martensitaushärtender Stahl für Flugzeugfahrwerksteile |
| ASTM A564 / A564M | Standardspezifikation für martensitaushärtende Stähle |
| AMS 2759 / 2759M | Geglühte und ausscheidungsgehärtete Stahlplatten |
| MIL-S-16216K | Militärische Spezifikation für martensitaushärtende Stahlplatten |
Verfügbare Qualitäten
| Klasse | Nenn-Zugfestigkeit |
|---|---|
| Martensitaushärtender Stahl 200 | 200 ksi (1380 MPa) |
| Martensitaushärtender Stahl 250 | 250 ksi (1720 MPa) |
| Martensitaushärtender Stahl 350 | 350 ksi (2400 MPa) |
| Martensitaushärtender Stahl 550 | 550 ksi (3790 MPa) |
Die Sorte gibt die Nennzugfestigkeit an, die nach Wärmebehandlung und Alterung erreicht wird. Es gibt auch andere Varianten wie martensitaushärtender Stahl 300 (2110 MPa) für spezielle Anwendungen.
Industrie-Normen
- AMS 2772 - Wärmebehandlung von martensitaushärtenden Stählen
- AMS 2773 - Rückverfestigung von martensitaushärtenden Stählen
- AMS 2774 - Aushärtung von martensitaushärtenden Stählen
- SAE AMS 7001 - Ultraschallprüfung von martensitaushärtendem Stahl
- SAE AMS 2655 - Magnetpulverprüfung von martensitaushärtendem Stahl
Diese Normen helfen Herstellern und Endverbrauchern bei der konsistenten Verarbeitung und Qualitätskontrolle von martensitaushärtenden Stahlwerkstoffen und Komponenten.
Maraging Steel 350 Pulver Lieferanten
Maraging Steel 350 Pulver Hersteller
| Unternehmen | Beschreibung |
|---|---|
| LPW-Technologie | Führender Anbieter von Metallpulver für die AM-Industrie |
| Sandvik Fischadler | Renommierter Hersteller von Speziallegierungspulvern |
| Erasteel | Hersteller von weichen und rostfreien Hochleistungsstählen |
| Zimmerer-Zusatzstoff | Großer Hersteller von kundenspezifischen Legierungspulvern |
| Praxair | Liefert fortschrittliche Metallpulver an die Luft- und Raumfahrtindustrie |
| AP&C | Spezialisiert auf gas- und wasserverdüste Metallpulver |
Vorläufige Preisgestaltung
| Produkt Form | Preisspanne |
|---|---|
| Martensitaushärtender Stahl 350 Pulver | $115-145 pro kg |
| Martensitaushärtender Stahl 350 Draht | $165-215 pro kg |
Die Preise variieren je nach Bestellmenge, Vorlaufzeit, Qualitätskontrolle und Mehrwertdiensten des Herstellers. Bei Großbestellungen werden in der Regel Rabatte von Pulverlieferanten gewährt.
Dienstleistungen mit Mehrwert
- Siebung und Klassifizierung
- Entwicklung von Mischungen und kundenspezifischen Legierungen
Verarbeitung von Maraging Steel Powder
Martensitaushärtende Stahlpulver weisen eine gute Fließfähigkeit und Packungsdichte auf und eignen sich daher für die additive Fertigung durch Binder-Jetting und Laser-Pulverbettschmelzen.
Die Parameter müssen optimiert werden, um Drucke mit hoher Dichte und den gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen.
Druckparameter
| Parameter | Typischer Bereich | Rolle |
|---|---|---|
| Schichtdicke | 20-50 μm | Dünnere Schichten verbessern die Auflösung |
| Laserleistung | 100-400 W | Schmelzen von Partikeln zur Konsolidierung |
| Scan-Geschwindigkeit | 100-1000 mm/s | Gleichgewicht zwischen Dichte und Bebauungsrate |
| Abstand zwischen den Luken | 80-150 μm | Überlappende Luken zur Verdichtung |
| Pulverbetttemperatur | 100-150°C | Minimiert Eigenspannungen |
Wärmebehandlung
Die Lösungsglühung mit anschließender Alterungsbehandlung ist für die Erzielung ultrahoher Festigkeit von martensitaushärtendem Stahl 350 von entscheidender Bedeutung.
Typischer Zeitplan für die Wärmebehandlung
- Lösungsglühen - Erhitzen bei 820-830°C für 1 Stunde und Abkühlen an der Luft
- Ausscheidungshärtung - 6 Stunden lang bei 480°C aushärten und an der Luft auf Raumtemperatur abkühlen
Die Temperaturen und die Dauer können je nach Größe der Teile und den Einschränkungen des Ofens leicht angepasst werden.
Die meisten Teile aus martensitaushärtendem Stahl müssen zusätzlich durch CNC-Fräsen oder -Drehen bearbeitet werden, um die von der Endanwendung geforderten Toleranzen und Oberflächengüten zu erreichen, insbesondere in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt.
Vergleich mit anderen Materialien
Vergleich mit nichtrostenden Stählen
| Parameter | Martensitaushärtender Stahl 350 | Rostfreie Stähle |
|---|---|---|
| Dichte | Höher | 7,7-8 g/cm3 |
| Stärke | 2-3x höher | Bis zu 1000 MPa |
| Schweißeignung | Vergleichbar | Ausgezeichnet |
| Korrosionsbeständigkeit | Unter | Extrem hoch |
| Kosten | 5-10x teurer | Geringere Kosten pro kg |
Martensitaushärtender Stahl ist zwar nicht korrosionsbeständig, bietet aber eine wesentlich höhere Festigkeit als alle anderen nichtrostenden Stähle, einschließlich Inconel-Superlegierungen. Dies macht ihn ideal für Strukturbauteile.
Vergleich mit Aluminium- und Titan-Legierungen
| Parameter | Martensitaushärtender Stahl 350 | Al/Ti-Legierungen |
|---|---|---|
| Dichte | Ähnlich/Höher | ~4,5/7,8 g/cm3 |
| Stärke | Bis zu 2X höher | 330-1100 MPa |
| Duktilität | Unter | Dehnung bis zu 25% |
| Steifigkeit | Höher | Mäßige Steifigkeit |
| Kosten | Ähnlich/niedriger | Vergleichbare Preise |
Martensitaushärtende Stähle können mit dem Festigkeits-/Gewichtsverhältnis von Flugzeugaluminium und Titan mithalten, vermeiden aber Probleme wie Rissbildung und Verzug, die bei diesen leichteren Legierungen auftreten. Der höhere Elastizitätsmodul macht ihn außerdem steifer.
Vergleich mit anderen Stählen
| Parameter | Martensitaushärtender Stahl 350 | Platten-/Werkzeugstähle |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 1,5-2x höher | Bis zu 300 ksi |
| Zähigkeit | Besser | Variable Zähigkeit |
| Härte | 1,5-2x höher | Bis zu 54 HRc |
| Bearbeitbarkeit und Polierbarkeit | Besser | Mehr Werkzeugverschleiß |
Maraging-Stahlpulver übertrifft die Standard-Sorten von Formen- und Werkzeugstählen in Bezug auf die erreichbare Härte, Zugfestigkeit und Streckgrenze. Dies ist nützlich für Schneidwerkzeuge, die Warmhärte benötigen.
Anwendungen Fallstudien
Luft- und Raumfahrt Klammern
- Halterungen aus martensitaushärtendem Stahl 350 für die Montage des Radarsystems mit AM erstellt
- 30% reduziert das Gewicht gegenüber herkömmlichen Teilen aus Edelstahl 316L
- Beibehaltung der Steifigkeit in dünnen Bereichen durch Topologieoptimierung
Rennwagen-Getriebe
- Komplettes H-Getriebegehäuse 3D-gedruckt
- Hält extremen Vibrationen, Drücken und Temperaturen während des Rennens stand
- 70% leichter als Aluminiumgussgehäuse
- Kürzere Rundenzeiten und höhere Kraftstoffeffizienz
Spritzgießwerkzeuge
- Einsätze aus martensitaushärtendem Stahl 350 für das Kunststoffspritzgießen
- UltiMaker sPro 230 für den Druck der Werkzeugeinsätze
- Verkürzung der Vorlaufzeiten von 26 Wochen auf 2 Wochen
- Wendeschneidplatten 60% hielten länger als Werkzeuge aus Werkzeugstahl
Artilleriegeschosse
- Herstellung von Obus-Schalen aus martensitaushärtendem Stahl durch Laser-Pulverbettschweißen
- Erzielte 30% erhöhte Mündungsgeschwindigkeiten durch Gewichtsreduzierung
- Widersteht Schießbelastungen von über 50.000 psi
- Geringere Streuung und verbesserte Genauigkeit
Cryogenic Pin Tooling
- Einsätze, Fixierungen, Spannvorrichtungen aus Maraging-Stahl
- Optimiert für Tiefsttemperaturen bis zu -150°C
- Umgang mit thermischen Spannungen beim kryogenen Aluminiumschweißen
- 8-fach höhere Werkzeugstandzeit als bei Teilen aus Werkzeugstahl
Diese Anwendungsbeispiele verdeutlichen die Vorteile von martensitaushärtender Stahl 350 Pulver wie z. B. extreme Bauteilfestigkeit, Gewichtsreduzierung, Designflexibilität, kundenspezifische Anpassung von Bauteilen und Leistungssteigerung in schwierigen Betriebsumgebungen.
Pro und Kontra
Vorteile
- Außergewöhnliche Zugfestigkeit und Streckgrenze
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Wärmebehandelbar für maßgeschneiderte Eigenschaften
- Gute Bruchzähigkeit
- Formbeständigkeit bei höheren Temperaturen
- Ausgezeichnete Bearbeitbarkeit und Polierbarkeit
- Teile können geschweißt und repariert werden
Beschränkungen
- Teurer als Standardstähle
- Geringere Korrosionsbeständigkeit
- Neigung zur Rissbildung bei unsachgemäßer Verarbeitung
- Erfordert Nachbearbeitung und Veredelung
- Nach Gebrauch schwer zu recyceln
- Begrenzte kommerzielle Verfügbarkeit und Erfahrung
Zukünftiger Ausblick
Martensitaushärtender Stahl wird immer häufiger in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsbereich, im Motorsport, bei der Herstellung von Werkzeugen und in anderen Bereichen verwendet, in denen ultrahochfeste metallische Werkstoffe benötigt werden.
Fortschritte in der Nachbearbeitung und Qualitätssicherung versprechen eine Steigerung der Akzeptanzraten durch eine Verbesserung der Qualität und Zuverlässigkeit der Endprodukte.
Neue Spritzguss- und Kondensationsverfahren sollen auch die Kosteneffizienz und Umweltverträglichkeit von AM auf der Basis von Maraging-Stahlpulver verbessern.
Hohe Anfangskosten, lange Vorlaufzeiten und firmeneigene Beschränkungen haben bisher eine breitere Anwendung verhindert. Durch die Weiterentwicklung der Metallurgie, die Verbesserung der Lieferkette und die Normung sollen martensitaushärtende Stähle jedoch auch für kleine und mittlere Unternehmen leichter zugänglich werden.
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