Alle Stähle enthalten Kohlenstoff (zwischen.02% und 2,1%, in der Tat!), also warum wird eine Stahlsorte Kohlenstoffstahl genannt? Wie sich herausstellt, wird der Begriff Kohlenstoffstahl tatsächlich verwendet, um zwei verschiedene Arten von Stahl zu beschreiben: Kohlenstoffstahl und niedriglegierter Stahl. Edelstahl hingegen ist eine spezialisierte Gruppe von Stahllegierungen, die korrosionsbeständig sind. In diesem Artikel vergleichen und kontrastieren wir Kohlenstoffstahl mit Edelstahl.

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Was bedeutet Kohlenstoffstahl eigentlich?

„Kohlenstoffstahl“ hat zwei Bedeutungen – eine technische Definition und eine allgemeinere Klassifizierung. Die technische Definition ist sehr klar: Nach Angaben des American Iron and Steel Institute (AISI) muss ein Stahl die folgenden Normen erfüllen, um der technischen Definition von Kohlenstoffstahl zu entsprechen:

1. Für Chrom, Kobalt, Columbium, Molybdän, Nickel, Titan, Wolfram, Vanadium oder Zirkonium oder ein anderes Element, das hinzugefügt werden muss, um einen gewünschten Legierungseffekt zu erzielen, ist kein Mindestgehalt angegeben oder erforderlich, wenn der angegebene Mindestgehalt für Kupfer 0 nicht überschreitet.40 %
2. , wenn der für eines der folgenden Elemente angegebene Höchstgehalt die angegebenen Prozentsätze nicht überschreitet: Mangan 1,65, Silizium 0,60, Kupfer 0,60.

Die technische Definition ist zwar komplex, läuft jedoch auf eine einfache Einschränkung hinaus: Echte Kohlenstoffstähle dürfen fast keine Legierungselemente enthalten, sodass sie hauptsächlich aus zwei Materialien bestehen: Eisen und Kohlenstoff. Die Menge an Kohlenstoff kann variieren und es gibt einige akzeptable Legierungsmaterialien, aber diese Stähle sind einfach.

Neben der genauen Definition bezieht sich der Begriff Kohlenstoffstahl auch auf die breite Gruppe der legierten Stähle, die keine rostfreien Stähle sind. Im Gegensatz zu Kohlenstoffstählen können niedriglegierte Stähle kleine Mengen einer Vielzahl von Legierungselementen enthalten, so dass sie für eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden können. Diese Stähle erfüllen zwar nicht die technischen Anforderungen von Kohlenstoffstahl, bedeuten jedoch die größere Kluft zwischen Stahl und Edelstahl gegenüber allem anderen.

Kohlenstoffstahl (per Definition)

Einfach gesagt, Kohlenstoffstahl ist per Definition extrem einfach. Es ist Eisen mit etwas Kohlenstoff und begrenzten Legierungselementen. Darüber hinaus sind alle Stähle, die Legierungselemente erfordern (wie z. B. 4140 und 4340), keine Kohlenstoffstähle. Innerhalb der Kohlenstoffstahldefinition können Materialien entweder als kohlenstoffarmer Stahl oder kohlenstoffreicher Stahl definiert werden. Kohlenstoffarme Stähle sind äußerst häufig, während kohlenstoffreiche Stähle nur in hochfesten, nicht korrosiven Umgebungen verwendet werden. Stahl 1020, ein kohlenstoffarmer Stahl, ist einer der populärsten Stähle, die heute produziert werden.

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Kohlenstoffstahl hat je nach Kohlenstoffgehalt unterschiedliche mechanische Eigenschaften. Kohlenstoffarme Stähle sind schwächer und weicher, können aber leicht bearbeitet und geschweißt werden; während kohlenstoffreicher Stahl stärker, aber deutlich schwieriger zu verarbeiten ist. Alle Kohlenstoffstähle sind anfällig für Rost, so dass sie für den Einsatz in einer Vielzahl von Endanwendungen ungeeignet sind. Insgesamt ist Kohlenstoffstahl hervorragend, wenn Sie nach einem kostengünstigen Metall suchen, aber im Allgemeinen nicht für hochwertige oder hochpräzise Fertigungsvorgänge geeignet sind.

Niedriglegierte Stähle (manchmal auch Kohlenstoffstähle genannt)

Niedriglegierte Stähle integrieren ein oder mehrere Legierungselemente (wie Chrom, Kobalt, Niob, Molybdän, Nickel, Titan, Wolfram, Vanadium oder Zirkonium), um die Materialeigenschaften herkömmlicher Kohlenstoffstähle zu verbessern. Sie sind oft stärker, steifer und etwas korrosionsbeständiger als herkömmliche Kohlenstoffstähle.

Legierte Stähle werden durch die primären Legierungsmaterialien (zusätzlich zu Kohlenstoff) definiert. 4140, einer der gebräuchlichsten legierten Stähle, ist ein Chrom-Molybdän-legierter Stahl. Dies bedeutet, dass die primären Legierungselemente Chrom (was die Korrosionsbeständigkeit erhöht) und Molybdän (was die Zähigkeit erhöht) sind. Infolgedessen wird 4140 in den Hochverschleißanwendungen und in den erhöhten Temperaturen benutzt.

Legierte Stähle sind heute einer der am häufigsten verwendeten Stähle in der Industrie. Sie sind bearbeitbar, erschwinglich, leicht verfügbar und besitzen gute mechanische Eigenschaften. Wenn ein Teil nicht korrosionsbeständig sein muss, bieten niedriglegierte Stähle das Beste für Ihr Geld.

Die Eigenschaften, die legierten Stahl für die Herstellung mit herkömmlichen Methoden vorteilhaft machen, machen ihn für den 3D-Druck weniger wertvoll. Da es leicht zu bearbeiten und kostengünstig zu erwerben ist, machen die höheren inhärenten Teilekosten des Metall-3D-Drucks den Druck wirtschaftlich unhaltbar. Einige Metalldruckereien bieten niedriglegierte Stähle wie 4140 an, aber sie sind im Allgemeinen selten.

Rostfreie Stähle

Rostfreie Stähle sind um eine wichtige Materialeigenschaft vereint: ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die auf einen hohen Chromgehalt zurückzuführen ist (>10.5 Massen-%) und niedrigem Kohlenstoffgehalt (<1,2 Massen-%). Neben der Korrosionsbeständigkeit können die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle stark variieren.

Austenitische Edelstähle sind die häufigste Art von Edelstahl. Sie sind korrosionsbeständig und können sowohl leicht bearbeitet als auch geschweißt werden, obwohl sie nicht wärmebehandelt werden können. 303 und 304 sind die allgemeinsten Arten von Austenitedelstählen, und 316L ist eine Variante, die Korrosionsbeständigkeit maximiert. Diese Stähle werden in einer Vielzahl von Operationen verwendet – weil sie wetterfest sind, funktionieren sie fast überall. Aufgrund ihrer höheren Kosten kann der Metall-3D-Druck eine praktikable Herstellungsmethode für diese Teile sein.

Martensitische Edelstähle bieten bessere mechanische Eigenschaften als austenitische Stähle auf Kosten der Duktilität. Als Gruppe fehlt ihnen die allgemeine Vielseitigkeit austenitischer Stähle – ihre hochfeste Härte gepaart mit einer Korrosionsbeständigkeit, die niedriglegierten Stählen weit überlegen ist, machen sie jedoch für jedes hochfeste Teil geeignet, das sich in einer oxidierenden Umgebung befindet. Darüber hinaus können martensitische Stähle wärmebehandelt werden, um Härte, Festigkeit und Steifigkeit weiter zu erhöhen.

17-4 PH ist ein besonders nützlicher martensitischer Edelstahl, der wärmebehandelt werden kann, um eine Vielzahl von Materialeigenschaften anzupassen. Aufgrund seiner hohen Härte und extrem geringen Zerspanbarkeit ist der 3D-Druck oft billiger als die mühsame Bearbeitung. Wenn Sie mehr über den 3D-Druck von Metallteilen erfahren möchten, schauen Sie sich das Markforged Metal X an.

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Kohlenstoffstahl vs. Edelstahl: Endgültiges Urteil

Die Debatte zwischen Kohlenstoffstahl und Edelstahl ist etwas komplizierter als ursprünglich angenommen, da sich Kohlenstoffstahl auf zwei verschiedene Stahlsorten beziehen kann: traditionellen Kohlenstoffstahl und niedriglegierten Stahl.

Im Vergleich zu kohlenstoffarmem Stahl bietet Edelstahl eine massive Verbesserung der Festigkeit, Härte und vor allem der Korrosionsbeständigkeit. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bietet eine Festigkeit, die mit Edelstahl konkurriert und manchmal übertrifft, ist jedoch in der Fertigungswelt weitgehend ein Nischenmaterial. Im Gegensatz zu jedem Kohlenstoffstahl kann Edelstahl oxidationsfrei in korrosiven oder feuchten Umgebungen überleben und gedeihen. Davon abgesehen ist Kohlenstoffstahl viel billiger als Edelstahl und eignet sich besser für große Strukturkomponenten wie Rohre, Träger und gewalztes Stahlblech.

Niedriglegierter Stahl ist Kohlenstoffstahl in vielerlei Hinsicht überlegen, hat aber immer noch keine Korrosionsbeständigkeit. Es kann die Materialeigenschaften des Edelstahls effektiv zusammenbringen — infolgedessen werden Legierungen wie 4140 und 4340 häufig maschinell bearbeitet und in vielen Anwendungen benutzt, in denen eine kleine Oxidation nicht verletzt. Edelstahl ist ein höherwertiges Material, das besser in industriellen Betrieben verwendet wird, in denen die Teilequalität nicht beeinträchtigt werden kann.