Was ist der Unterschied zwischen ferritischen, austenitischen und martensitischen rostfreien Stählen?

Kristalline Struktur von rostfreien Stählen

Die überwiegende Mehrheit der Metalle hat eine kristalline Struktur in ihrem festen Zustand, was bedeutet, dass sie aus kristallisierten Gitterstrukturen von Atomen bestehen. Definitionsgemäß bestehen alle Stähle, einschließlich rostfreier Stähle, hauptsächlich aus kristallisierten Eisenatomen unter Zusatz von Kohlenstoff. Das Eisen in Stahl kann in verschiedenen Kristallstrukturen existieren, abhängig von den Bedingungen seiner Entstehung. Ferrit, Austenit und Martensit sind Beispiele für die Kristallstrukturen von Eisen, die alle in verschiedenen Stahlarten vorkommen. Einer der entscheidenden Unterschiede zwischen diesen Kristallstrukturen ist die Menge an Kohlenstoff, die sie absorbieren können - ein höherer Kohlenstoffgehalt macht einen Stahl im Allgemeinen, wenn auch nicht immer, härter, aber spröder.

Als Flüssigkeit ist geschmolzenes Eisen nicht kristallin und Kristalle werden nur gebildet, wenn das Material abkühlt. Wenn das Material abkühlt, erstarrt Stahl als einzelne Kristalle, die sich allmählich bilden, was bedeuten kann, dass jede Art von Stahl tatsächlich aus mehreren Kristallarten besteht, da das Metall über mehrere Temperaturstufen langsam Kristalle bildet. Dies bedeutet, dass es unabhängig von ihrer definierenden Kristallstruktur nicht ungewöhnlich ist, dass Stähle kleine Mengen an Ferrit, Austenit und Zementit enthalten.

Ferritischer rostfreier Stahl

Ferritische Stähle bestehen aus Ferritkristallen, einer Eisenform, die nur eine sehr geringe Menge (bis zu 0,025%) Kohlenstoff enthält. Ferrit absorbiert eine so kleine Menge an Kohlenstoff aufgrund seiner kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur - ein Eisenatom an jeder Ecke und eines in der Mitte. Dieses zentrale Eisenatom verleiht ferritischen rostfreien Stählen ihre magnetischen Eigenschaften.

Ferritische rostfreie Stähle sind aufgrund ihrer begrenzten Korrosionsbeständigkeit und mittleren Festigkeit und Härte weniger weit verbreitet.

Austenitischem Edelstahl

Austenitische Edelstähle enthalten Austenit, eine Eisenform, die mehr Kohlenstoff als Ferrit absorbieren kann. Austenit entsteht durch Erhitzen von Ferrit auf 912 ° C, wobei es von einer kubisch raumzentrierten Kristallstruktur zu einer flächenzentrierten kubischen Kristallstruktur übergeht. Flächenzentrierte kubische Strukturen Ferrit kann bis zu 2% Kohlenstoff aufnehmen.

Wenn sich Austenit abkühlt, kehrt es im allgemeinen zu seiner Ferritform zurück, wodurch es schwierig wird, Austenitkristalle bei irgend etwas unterhalb der extremen Temperaturen eines Schmelzofens zu verwenden. Austenit kann gezwungen sein, seine Kristallstruktur bei niedrigen Temperaturen zu behalten, unter Einschluss von chemischen Additiven, wie Nickel und Mangan, die in vielen austenitischen rostfreien Stählen gefunden werden.

Austenitische Edelstähle können durch Wärmebehandlung nicht signifikant gehärtet werden, können jedoch durch Kaltbearbeitung gehärtet werden. Austenitische rostfreie Stähle sind wegen ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit weit verbreitet.

Zementit

Cementit ist eine Eisenform, die noch mehr Kohlenstoff enthält als Ferrit und Austenit. Cementit enthält bis zu 6,67% Kohlenstoff. Aufgrund seines erhöhten Kohlenstoffgehalts ist Zementit hart und spröde, und seine Anwesenheit ist üblicherweise ein Nebenprodukt und nicht vom Design her. Zement tritt gewöhnlich in Stählen auf, wenn überschüssiger Kohlenstoff, wie Kohlenstoff, der nicht in Ferrit absorbiert werden kann, für die Bildung von Kristallen verwendet werden muß.

Perlit

Wenn Eisen abkühlt, gehen Austenitkristalle zurück in Ferritkristalle und verlieren überschüssigen Kohlenstoff, der nicht richtig von dem neu gebildeten Ferrit absorbiert werden kann. Der überschüssige Kohlenstoff erzeugt Flecken aus Kristallen mit einer Mischung aus kohlenstoffarmem Ferrit und übrig gebliebenem kohlenstoffreichem Zementit, und diese Mischkristalle sind als Perlit bekannt.

Martensitischer Edelstahl

Martensitischer rostfreier Stahl wird durch die Bildung von Martensit gebildet. Martensit ist seit hunderten von Jahren ein Schlüsselelement von vergütetem Stahl, wurde aber im 20. Jahrhundert offiziell nach dem Metallurgen Adolf Martens (1850 - 1914) benannt.

Martensit ist eine kubisch-raumzentrierte Form von kristallisiertem Eisen, die entsteht, wenn erhitzter Austenit durch Abschrecken schnell abgekühlt wird. Die erhöhte Geschwindigkeit, mit der Martensitkristalle erzeugt werden, verhindert die Bildung von Zementit und verursacht, dass Kohlenstoffatome unnatürlich in Kristallen eingeschlossen werden, die normalerweise überschüssigen Kohlenstoff während des allmählichen Abkühlens ausstoßen würden.

Martensitische rostfreie Stähle können wärmebehandelt und gehärtet werden, weisen jedoch im Vergleich zu austenitischen rostfreien Stählen eine geringere chemische Beständigkeit auf. Martensitischer rostfreier Stahl wird oft verwendet, wenn die Härte kritisch ist, wie bei Messern, wo die Oberflächenhärte eine schärfere Klinge erzeugt.