Hitzebeständiger Stahl

So messen Sie die Leistung
Die Schlüsselkomponente eines hitzebeständigen Stahls ist jedoch seine Haltbarkeit bei hohen Temperaturen, die auf verschiedene Weise gemessen werden kann. Eine Möglichkeit, die Leistung eines Stahls bei hohen Temperaturen zu messen, besteht darin, die UTS und die YS bei erhöhten Temperaturen zu messen, typischerweise über 1200 °F. Viele hitzebeständige Stähle können einem UTS von 30-50ksi bei 1400F und einem YS von bis zu 30ksi standhalten. Typischerweise schneiden Legierungen mit einem ausreichend hohen Chrom- und Nickelgehalt in dieser Kategorie der Zug- und Streckgrenze bei erhöhter Temperatur am besten ab, einschließlich HL, HP, HU und HK. Legierungen dieser Kategorie haben typischerweise eine vollständig austenitische Struktur. Aufgrund des höheren Anteils an Legierungselementen sind diese Legierungen tendenziell auch teurer.
Eine andere Möglichkeit, die Leistung von hitzebeständigem Stahl zu messen, ist seine Kriech- und Spannungsbruchfestigkeit. Kriechen kommt bei hitzebeständigen Stahlgussteilen sehr häufig vor. Für diejenigen, die es nicht kennen: Kriechen ist die Spannung, die bei Gussteilen auftritt, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Obwohl es nicht möglich ist, das Kriechen vollständig zu verhindern, sind die meisten hitzebeständigen Stahllegierungen so konzipiert, dass sie den Effekt des Kriechens bis zu einem gewissen Grad minimieren, was wiederum die Lebensdauer des Gussstücks verlängert. Kriechen wird in bestimmten Fällen am problematischsten, wenn es zu einer Verformung des Gussstücks führt und sogar zu Brüchen führen kann, da die Festigkeit des Gussstücks so beeinträchtigt wird, dass es unterhalb der in einem Zugversuch bei erhöhter Temperatur definierten Eigenschaften bricht.

Legierungsauswahl
Kriechen kann bei der Gusskonstruktion und bei der Auswahl der Legierung berücksichtigt werden. Ein Ingenieur kann eine Gusskonstruktion auswählen, die es dem Gussteil ermöglicht, im Falle von Kriechen über einen längeren Zeitraum weiterhin zu funktionieren, und kann auch eine Legierung auswählen, die widerstandsfähiger gegen Kriechen ist . Bei der Legierungsauswahl sollte ein Ingenieur eine Legierung auswählen, die den Prozess der plastischen Verformung verlangsamt und eine hohe Bruchspannung aufweist, und je nach Anwendung der einen oder anderen Legierung Vorrang geben. Im Hinblick auf die Verformungskontrolle ist es in der Regel am besten, eine Legierung zu verwenden, die mindestens 30 % Nickel und 15 % Chrom enthält, um eine vollständig austenitische Struktur zu erhalten. HT, HU und HP sind gute Beispiele. Auch einige Eisen-Chrom-Nickel-Legierungen wie HK schneiden in diesem Bereich gut ab.
Wenn es um die Bruchspannung geht, ist die Steuerung des Kohlenstoffgehalts im Bereich von {{0}},3-0,7 % die wichtigste Variable. Im Kohlenstoffbereich von 0.3-0,7 % ist das Metall viel widerstandsfähiger gegen Bruchspannungen als solche mit 0,2 % und weniger. Andere Legierungselemente sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung, insbesondere ausreichend Nickel zur Bildung einer austenitischen Struktur (mindestens 18 %, vorzugsweise 22 %+) und ein Chromgehalt von mehr als 15 % sind entscheidend. HK, HN und HP sind Qualitätsbeispiele. Einige der bruchsichersten Legierungen enthalten einen gewissen Anteil an speziellen Legierungselementen wie Wolfram oder Niob, obwohl der Kohlenstoffgehalt nach wie vor die einflussreichste zu kontrollierende Variable bleibt.

Oxidation vermeiden
Ein weiterer Schlüssel bei Edelstahl ist die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Aus diesem Grund muss ein hitzebeständiger Edelstahl mindestens 12 % Chrom enthalten, um der Eisenoxidbildung bei hohen Temperaturen zu widerstehen. Durch einen höheren Chrom- und Nickelgehalt kann eine weitere Oxidationsbeständigkeit erreicht werden.

Thermische Ermüdung
Wenn ein Gussstück thermischen Wechseln oder Stößen ausgesetzt ist, muss dies auch bei der Legierungsauswahl für einen hitzebeständigen Stahl berücksichtigt werden. Es gibt keine gute Möglichkeit, die thermische Ermüdung in einem Gussstück zu messen. Es gibt Tests zur thermischen Ermüdung, aber diese lassen sich nicht sehr gut auf die Realität übertragen.

So widerstehen Sie der Aufkohlung
Die Aufkohlungsbeständigkeit ist ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt, insbesondere bei Gussteilen, die einer Anwendung wie der kommerziellen Wärmebehandlung unterzogen werden. Höhere Nickel- und Chromgehalte erhöhen den Widerstand des Metalls gegen das Eindringen von Kohlenstoff in die Gussoberfläche erheblich. Silizium spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Aufkohlungsbeständigkeit. Kleine Erhöhungen des Siliziumgehalts können die Fähigkeit der Legierung, dem Eindringen von Kohlenstoff zu widerstehen, drastisch beeinflussen. Typischerweise werden etwa 2 % Silizium in Gussteilen verwendet, die der Aufkohlung widerstehen sollen. Andere Legierungselemente wurden rostfreien Stählen zugesetzt, um der Aufkohlung zu widerstehen, werden jedoch nicht häufig verwendet und ihre Wirksamkeit bleibt fraglich.
Andere Überlegungen
In seltenen Fällen muss eine Umgebung mit hohem Schwefelgehalt in Betracht gezogen werden, die zu Oxidation in den Stahlgussteilen führen kann. Hitzebeständige Legierungen mit hohem Nickelgehalt sind aufgrund ihrer vollständig austenitischen Struktur in einer Umgebung mit hohem Schwefelgehalt sehr anfällig für Korrosion. Daher sind Legierungen, die vollständig ferritisch sind, in der Regel die bessere Wahl.