Edelstahl 455 (UNS S45500) ist eine martensitische, aushärtbare Edelstahllegierung, die eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie die austenitische Legierung 304 mit einer Streckgrenze kombiniert, die weit höher ist als bei herkömmlichen Edelstahlsorten.
1. Was ist nichtrostender Stahl 455?
Custom 455 Stainless Steel ist ein aushärtbarer martensitischer Edelstahl, der entwickelt wurde, um nach einem einfachen einstufigen Alterungszyklus eine hohe Streck- und Zugfestigkeit zu erreichen, während er im geglühten Zustand relativ weich und bearbeitbar bleibt. Die Legierung erreicht im gealterten Zustand Festigkeiten, die um ein Vielfaches höher sind als die von rostfreiem Standardstahl der Serie 300. Gleichzeitig bietet sie eine Korrosionsbeständigkeit, die in vielen atmosphärischen Umgebungen mit 304 vergleichbar ist. Zu den typischen Produktformen gehören Stangen, Bleche, Streifen, Draht und präzisionsgefertigte Komponenten.
2. Chemische Zusammensetzung
Die chemische Nennzusammensetzung bestimmt Härtbarkeit, Ausscheidungsverhalten, Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit. Die nachstehenden Zusammensetzungsbereiche spiegeln die üblichen Industriespezifikationen für Zoll 455 (UNS S45500 / EN 1.4543) wider. In den Quellen werden geringe Zusätze von Kupfer, Nickel, Titan und Niob angegeben, um die Aushärtung zu ermöglichen und die Korrosionsleistung auszugleichen.
| Element | Typischer Bereich (wt%) |
|---|---|
| Kohlenstoff, C | ≤ 0.05 |
| Chrom, Cr | 11.0 - 12.5 |
| Nickel, Ni | 7.5 - 9.5 |
| Kupfer, Cu | 1.5 - 2.5 |
| Titan, Ti | 0.8 - 1.4 |
| Niob + Tantal, Nb+Ta | 0.10 - 0.50 |
| Mangan, Mn | ≤ 0.50 |
| Molybdän, Mo | ≤ 0.50 |
| Silizium, Si | ≤ 0.50 |
| Phosphor, P | ≤ 0.040 |
| Schwefel, S | ≤ 0.030 |
| Eisen, Fe | Bilanz |
(Zur Erstellung dieser Zusammenfassung wurden repräsentative Zusammenstellungen aus technischen Datenblättern und von Materiallieferanten verwendet).
3. Metallurgie und Mikrogefüge
Custom 455 ist im geglühten Zustand martensitisch. Die Legierung ist so formuliert, dass eine Ausscheidungshärtung während einer Alterungsbehandlung möglich ist, bei der sich feine intermetallische oder Karbid/Nitrid-Ausscheidungen bilden, die die Streck- und Zugfestigkeit erhöhen, während eine akzeptable Duktilität und Zähigkeit erhalten bleibt. Das Alterungsverhalten ermöglicht eine toleranzgenaue Bearbeitung im weichen (geglühten) Zustand vor der Härtung mit minimalen Maßänderungen während der Alterung, was für Präzisionsbauteile wichtig ist. Die niedrige Kaltverfestigungsrate unterstützt bei Bedarf die Kaltumformung.
4. Mechanische Eigenschaften und Leistung
Die mechanischen Werte hängen stark vom Zustand und den Alterungsparametern ab. Die nachstehende Tabelle enthält typische Eigenschaftsbereiche für geglühte und gealterte Zustände. Verwenden Sie für die endgültigen Konstruktionswerte die zertifizierten Prüfdaten des Lieferanten.
| Zustand | Brinell / Härte (ca.) | Streckgrenze (0,2% Offset) | Zugfestigkeit | Dehnung (in 2 Zoll oder 50 mm) |
|---|---|---|---|---|
| Geglüht (weich) | ~200 HB oder niedriger | ~200-350 MPa | ~450-600 MPa | 20-35% |
| Gealtert - mäßig | ~300-420 HB | 900-1300 MPa | 1000-1500 MPa | 5-20% |
| Gealtert - hohe Festigkeit | ~420+ HB | bis zu >1400 MPa | bis zu >1600 MPa | geringere Duktilität (einstellige Werte möglich) |
Die Hersteller geben eine Streckgrenze nach der Alterung an, die in vielen Zuständen etwa dreimal so hoch sein kann wie die von 304, was erklärt, warum Custom 455 dort eingesetzt wird, wo hohe statische Belastungen und enge Toleranzen erforderlich sind. Geben Sie bei der Beschaffung immer den genauen Zustand, den Alterungszyklus und die Prüfzeugnisse an.
5. Äquivalent aus 455er Edelstahl
455 Edelstahl (UNS S45500) ist eine spezielle ausscheidungshärtende (PH) martensitische Stahlsorte, so dass sie keine direkten "gleichwertigen" Noten hat sondern wird anhand seiner Eigenschaften verglichen; es handelt sich um eine starke, verformbare Legierung, die die dreifache Festigkeit von Edelstahl 304 bietet, mit Alternativen wie Zoll 465 (UNS S46500) für noch höhere Festigkeit, 13-8 Rostfreiund Benutzerdefiniert 450 für unterschiedliche Festigkeits-/Zähigkeitsverhältnisse, alle innerhalb der PH-Edelstahlfamilie für Hochleistungsanwendungen.
Die wichtigsten Merkmale von 455 Stainless:
- Art: Ausscheidungsgehärteter (PH) martensitischer Edelstahl.
- Eigenschaften: Ausgezeichnete Verformbarkeit im geglühten (weichen) Zustand, die komplexe Formen ermöglicht, gefolgt von hoher Festigkeit (bis zu 230 ksi UTS) und guter Duktilität nach der Alterung.
- Korrosion: Gute Beständigkeit, besser als Typ 410, annähernd Typ 430.
Gemeinsame Vergleiche und Alternativen:
- Zoll 450 (UNS S45000): Eine weitere PH-Sorte, die häufig im Hinblick auf allgemeine Festigkeit/Zähigkeit verglichen wird, wobei 455 eine höhere Härte aufweist.
- Zoll 465 (UNS S46500): Eine Premium-Option für noch höhere Festigkeit (250 ksi UTS) und Zähigkeit, insbesondere im Zustand H1000.
- 13-8 Stainless (13-8 Mo): Auch eine hochfeste PH-Legierung, die häufig für Anwendungen in Betracht gezogen wird, die eine ausgezeichnete Zähigkeit und SCC-Beständigkeit erfordern.
- Standardgüten (304/316): 455 bietet eine wesentlich höhere Festigkeit (3x) als austenitische Güten wie 304/316 und eignet sich daher für festigkeitskritische Umgebungen.
6. Wärmebehandlung und Alterungspläne
Die Wärmebehandlung ist ein wichtiger Schritt, um die gewünschte Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen. Typische Verarbeitungsschritte:
| Schritt | Typische Parameter |
|---|---|
| Lösungsglühen (falls für bestimmte Formen erforderlich) | Erhitzen auf ~900-1050 °C, Abschrecken auf Raumtemperatur |
| Alterung (einstufig) | Temperaturbereich: 400-500 °C typisch; Zeit: 2-8 Stunden je nach gewünschter Festigkeit |
| Schnelle Luftkühlung nach der Alterung | Auf Raumtemperatur |
Eine einstufige Alterungsbehandlung führt in der Regel zu einer außergewöhnlich hohen Streckgrenze bei gleichbleibender Duktilität und Zähigkeit. Die Maßänderung bei der Alterung ist gering, etwa -0,001 in/in in vielen berichteten Fällen, was eine Fertigbearbeitung vor der Alterung für enge Toleranzen ermöglicht. Genaue Zyklen hängen von der Produktform, der Querschnittsdicke und den endgültigen mechanischen Zielen ab. Siehe Datenblatt des Lieferanten für validierte Zyklen.
7. Korrosionsbeständigkeit und vergleichendes Verhalten
Custom 455 bietet aufgrund seines Chrom- und Nickelgehalts und des auf der Oberfläche gebildeten passiven Schutzfilms unter vielen Bedingungen eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie Edelstahl 304. Aushärtung und Ausscheidungschemie verschlechtern die allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit nicht wesentlich, wenn eine ordnungsgemäße Verarbeitung und Endbearbeitung durchgeführt wird. Allerdings sollte die Legierung in aggressiven Chloridumgebungen nicht ohne Eignungsprüfung als immun behandelt werden. Für chirurgische Instrumente und den Einsatz in Süßwasser ist die Korrosionsbeständigkeit in der Regel zufriedenstellend; für Dauerimplantate wird diese Sorte in der Regel nicht spezifiziert.
Schnappschuss zum Vergleich:
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Korrosionsbeständigkeit nahe 304 für allgemeine Atmosphäre und Süßwasser.
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Hervorragende mechanische Festigkeit nach der Alterung im Vergleich zu 304 und vielen ferritisch-martensitischen Sorten.
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Kein direkter Ersatz für hochlegierte Austenitwerkstoffe (316), wenn eine hohe Chloridbeständigkeit erforderlich ist.
8. Anleitung zur Fertigung: Bearbeitung, Umformung, Schweißen, Endbearbeitung
Zerspanung: Im geglühten Zustand lässt sich die Legierung ähnlich wie andere ausscheidungshärtbare nichtrostende Stähle bearbeiten. Verwenden Sie stabile Werkzeuge, positive Schnitte, gründliches Kühlmittel und kontrollierte Vorschübe, um Kanten- und Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Geglühtes Material kann nach der Endaushärtung standardmäßig bearbeitet werden.
Umformung: Geringe Kaltverfestigung und gute Umformbarkeit im geglühten Zustand erlauben eine moderate Kaltumformung. Das Tiefziehen von schweren Profilen sollte durch Umformversuche validiert werden.
Schweißen: Metallschutzgas- und Metalllichtbogenschweißverfahren sind für viele Anwendungen akzeptabel, wenn eine angemessene Vor- und Nachbehandlung vorgesehen ist. Autogenes Schweißen sollte vermieden werden. Das Schweißen kann die örtliche Härte verändern und kann eine örtliche oder ganzflächige Alterung erfordern, um die Eigenschaften wiederherzustellen. Befolgen Sie die Schweißverfahren und Eignungsprüfungen des Lieferanten für kritische Baugruppen.
Oberflächenbehandlung: Typische Oberflächenbehandlungen für Instrumente und Präzisionsteile sind Elektropolieren, Passivieren, Schleifen oder Polieren. Elektropolieren verbessert die Korrosionsbeständigkeit und entfernt Oberflächenverunreinigungen, die bei der Herstellung entstehen.
9. Normen und typische Spezifikationen
Zu den allgemeinen Spezifikationen und Standardverweisen für Custom 455 gehören:
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UNS S45500 Registrierung.
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AMS 5617 und AMS 5860 für bestimmte Produktformen.
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ASTM-Referenzen wie ASTM A564 und ASTM F899, die von den Lieferanten für bestimmte Formen und medizinische Anwendungen angegeben werden.
Bei der Erstellung von Einkaufsdokumenten sind die UNS-Nummer, die genauen chemischen Grenzwerte, der erforderliche Härtegrad und die mechanischen Eigenschaften, der erforderliche Wärmebehandlungszyklus, die zulässigen Produktformen und die Anforderungen an das Prüfzertifikat, einschließlich Schmelzweg (VIM/VAR, falls erforderlich) und NDT- oder mechanische Prüfberichte, anzugeben.
10. Typische Anwendungen und Fallbeispiele
Custom 455 wird gewählt, wenn hohe Festigkeit, angemessene Korrosionsbeständigkeit und Dimensionsstabilität erforderlich sind. Typische Anwendungen:
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Chirurgische Instrumente wie Scheren, Pinzetten und Präzisionsführungen, bei denen es auf hohe Festigkeit und Schnitthaltigkeit ankommt, aber die Legierung wird nicht für Dauerimplantate verwendet.
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Strukturbauteile für die Luft- und Raumfahrt, die eine hohe Streck- und Ermüdungsfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit erfordern.
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Federn, Betätigungselemente und Befestigungselemente, bei denen eine höhere Festigkeit von Vorteil ist.
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Hochfeste Wellen, Rollen und verschleißfeste Präzisionsteile.
Hinweis: Hersteller von medizinischen Instrumenten bevorzugen Custom 455 für viele Handwerkzeuge, da es sich schärfen lässt, nach der Alterung formstabil bleibt und bei korrekter Verarbeitung den typischen Sterilisationsbedingungen standhält. Prüfen Sie vor der Spezifikation stets die Biokompatibilitätsanforderungen für jede medizinische Anwendung.
11. Beschaffung, Bestandsformulare und Anpassungen (MWalloys-Angebot)
Gängige Lagerformen: Rundstahl, Flachstahl, Blech, Band, Draht, Bandspule und präzisionsgeschliffenes Material. Profilgrößen und Verfügbarkeit variieren je nach Werk und Händler.
Beschaffungs-Checkliste für Einkäufer:
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Geben Sie UNS S45500 und die anwendbare internationale oder Luft- und Raumfahrtnorm (AMS, ASTM) an.
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Geben Sie die erforderlichen Zielwerte für den Härtegrad und die mechanischen Eigenschaften sowie einen akzeptablen Alterungsplan an oder verlangen Sie vom Lieferanten, dass er in einem bestimmten Härtezustand liefert.
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Verlangen Sie Prüfbescheinigungen für das Werk (chemische Analyse und mechanische Prüfungen) und Rückverfolgbarkeit (Schmelznummer).
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Wenn hochreine Vakuumschmelzen erforderlich sind, geben Sie die Verarbeitung VIM + VAR an.
Anmerkung von MWalloys: Unsere Marke MWalloys liefert Custom 455-Lagerware und fertige Komponenten mit 100 Prozent Werkspreisen und flexiblen Anpassungsleistungen. Wir können das Material in bestimmten Zuständen liefern, die Alterung nach dem Zeitplan des Käufers durchführen, die Bearbeitung und Endbearbeitung übernehmen und vollständige Materialzertifikate liefern. Für die Beschaffung großer Mengen geben Sie bitte die Bestellmenge, die gewünschte Form, die Toleranzen und die Oberflächenbehandlung an, um ein maßgeschneidertes Angebot zu erhalten.
12. Empfehlungen zu Inspektion, Prüfung und Qualitätskontrolle
Empfohlene QS-Schritte für kritische Teile:
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Vollständige chemische Analyse jeder Hitze oder Partie.
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Mechanische Prüfungen: Zugfestigkeit, Streckung, Dehnung, Härte an repräsentativen Proben.
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Inspektion der Oberflächenbeschaffenheit einschließlich Überprüfung der Rauheit und des Finishs.
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Gegebenenfalls ZfP: Farbeindringprüfung, Magnetpulver- oder Ultraschallprüfung für kritische Bauteile.
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Korrosionsprüfungen für Bauteile, die für aggressive Umgebungen bestimmt sind (z. B. Lochfraßpotenzial in Chloridlösungen), wenn die Einsatzbedingungen schwierig sind.
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Bei Medizinprodukten sind die entsprechenden Unterlagen zur Biokompatibilitäts- und Sterilisationsvalidierung beizufügen, wenn die Komponente mit Patienten in Berührung kommt.
13. Überlegungen zur Gestaltung und Auswahl für Ingenieure
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Die Dicke des Profils ist entscheidend für die Gleichmäßigkeit der Alterung und das mechanische Ergebnis. Validieren Sie Alterungszyklen für die maximale Querschnittsdicke in der Baugruppe.
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Geben Sie die Endhärte oder Streckgrenze an, um Überalterung oder Versprödung zu vermeiden.
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Berücksichtigen Sie die Alterung nach der Herstellung, wenn Schweißvorgänge die lokale Mikrostruktur verändern.
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Bei Gewindeteilen ist auf die Kombination von Härte und Gewindetoleranz zu achten, um ein Aufreiben zu verhindern.
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Wenn eine Chloridbelastung zu erwarten ist, sollten Sie die Verwendung von 316er- oder Duplex-Güten in Betracht ziehen oder gezielte Korrosionstests durchführen, anstatt sich auf allgemeine Aussagen zu verlassen.
14. Nachhaltigkeit und Recycling
Custom 455 enthält übliche Legierungselemente, die es in den üblichen Recyclingströmen für rostfreie Materialien vollständig recycelbar machen. Verlangen Sie beim Einkauf eine Dokumentation des Schrottanteils und fordern Sie die Lieferanten auf, verantwortungsvolle Beschaffungsrichtlinien zu befolgen, wenn dies für die Beschaffungsziele relevant ist.
15. Typische Produktformen, Größen und Gewichtsangaben
Die Lieferanten führen in der Regel Rundstangen von kleinen Durchmessern bis hin zu großen Schmiedestücken, Bandspulen in schmalen Breiten und Bleche bis hin zu Standardwalzgrößen auf. Erkundigen Sie sich bei Ihrem Lieferanten nach Mindestbestellmengen und Lieferzeiten. Viele Händler führen geschliffene Stangen und Präzisionsstäbe für Instrumentenbauer.
16. FAQs
1. Wofür wird der rostfreie Stahl 455 verwendet?
2. Ist nichtrostender Stahl 455 aushärtbar?
3. Wie verhält sich 455 im Vergleich zu 304 und 17-4 PH?
4. Kann 455 für chirurgische Implantate verwendet werden?
5. Welche Wärmebehandlung ist für eine hohe Festigkeit erforderlich?
6. Ist die Bearbeitung schwierig?
7. Welche Normen gelten für den Zoll 455?
UNS S45500
DE 1.4543
AMS 5617
AMS 5860
ASTM A564
ASTM F899
8. Beeinflusst das Schweißen die Eigenschaften?
9. Welche Oberflächenbehandlungen werden für Instrumentenbauer empfohlen?
10. Wie bestelle ich präzise Zeitmesser und Zeugnisse?
Abschließende Empfehlungen für Beschaffungsteams
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Verlangen Sie eine vollständige Spezifikation in den Bestellungen, einschließlich UNS-Nummer, Normverweise, Alterungszyklus oder Härte und Prüfzertifikatsanforderungen.
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Fordern Sie bei einem Lieferantenwechsel Musterkupons zur Überprüfung der Alterung von dicken Abschnitten an.
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Bei medizinischen Werkzeugen sollten Sie die Rückverfolgbarkeit des Materials, die Prozessdokumentation und die Validierung der Reinigung/Sterilisation anfordern.
