Streckgrenze von nichtrostendem Stahl
Rostfreier Stahl ist ein Material, das seit Jahren in verschiedenen Branchen sehr beliebt ist. Seine einzigartigen Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Langlebigkeit und Ästhetik machen ihn zu einem unverzichtbaren Bestandteil im Bauwesen, im Werkzeugbau, bei Küchengeräten und sogar in der Automobilindustrie. Einer der wichtigsten Parameter, der das Verhalten von nichtrostendem Stahl unter Belastung bestimmt, ist die Streckgrenze. Im Folgenden werden wir daher näher darauf eingehen, was diese Streckgrenze ist, welche Bedeutung sie für nichtrostenden Stahl hat und welche Faktoren ihren Wert beeinflussen.
Wie hoch ist die Fließgrenze?
Die Streckgrenze ist eine der grundlegenden mechanischen Kenngrößen von Werkstoffen, zu denen natürlich auch nichtrostender Stahl gehört. Sie definiert die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es vom elastischen in den plastischen Zustand übergeht. Mit anderen Worten: Sie ist der Punkt, an dem ein Material beginnt, sich dauerhaft zu verformen, und seine Verformung nicht verschwindet, wenn die Last entfernt wird.
Für viele Ingenieure und Konstrukteure ist die Streckspannung ein wichtiger Indikator, da sie es ihnen ermöglicht, zu beurteilen, wie sich ein Werkstoff unter Belastung in der Praxis verhält. Eine Überschreitung dieser Grenze kann nämlich zu einer dauerhaften Verformung und in extremen Fällen sogar zu einem Versagen der Struktur führen, was im Falle von nichtrostendem Stahl schwerwiegende Folgen haben kann, insbesondere bei tragenden Strukturen oder bei unter Druck arbeitenden Geräten.
Streckgrenze und Arten von nichtrostendem Stahl
Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass nichtrostender Stahl kein homogenes Material ist - das heißt, es gibt viele Arten von nichtrostendem Stahl, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, Kristallstruktur und ihren mechanischen Eigenschaften unterscheiden. Je nach Art des nichtrostenden Stahls kann die Streckgrenze daher erheblich variieren. Die am häufigsten verwendeten nichtrostenden Stähle lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen: austenitische, ferritische und martensitische Stähle.
Austenitische Stähle - sind die gebräuchlichsten nichtrostenden Stahlsorten, die sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Streckgrenze auszeichnen. Die Streckgrenze von austenitischen Stählen liegt in der Regel zwischen 200 und 300 MPa (Megapascal). Aufgrund ihrer Struktur sind sie weniger anfällig für eine Härtung durch Wärmebehandlung, sprechen aber gut auf mechanische Verfahren wie Kaltwalzen an.
Ferritischer Stahls - haben einen geringeren Nickelgehalt als austenitische Stähle, was sie wirtschaftlicher macht. Die Streckgrenze für ferritische Stähle liegt in der Regel zwischen 250 und 400 MPa. Sie sind zwar weniger korrosionsbeständig als austenitische Stähle, haben aber eine bessere Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Martensitische Stähle - zeichnen sich durch hohe Härte und Festigkeit aus, wobei die Streckgrenze zwischen 350 und 500 MPa liegt. Sie sind im Vergleich zu austenitischen und ferritischen Stählen weniger korrosionsbeständig, aber ihre Zugfestigkeit macht sie zu einer idealen Wahl für Anwendungen, die eine hohe mechanische Festigkeit erfordern.
Faktoren, die die Streckgrenze von nichtrostendem Stahl beeinflussen
Die Streckgrenze von nichtrostendem Stahl kann durch Faktoren wie Wärmebehandlung, Umformung und die chemische Zusammensetzung der Legierung verändert werden.
Wärmebehandlung - Verfahren wie Abschrecken, Anlassen oder Glühen beeinflussen die mechanischen Eigenschaften von Stahl, einschließlich seiner Streckgrenze, erheblich. So kann beispielsweise martensitischer Stahl, der einer Abschreckung unterzogen wird, seine Zugfestigkeit erheblich steigern, was wiederum die Streckgrenze erhöht.
Umformen - Kaltwalzen oder Drahtziehen sind Verfahren, die die Festigkeit von nichtrostendem Stahl durch Härten seiner kristallinen Struktur erhöhen können. Infolge dieser Verfahren kann die Streckgrenze erhöht werden, so dass dünnere, aber gleich starke Bauteile verwendet werden können.
Chemische Zusammensetzung - Der Zusatz bestimmter Legierungselemente wie Chrom, Nickel, Molybdän oder Mangan kann die Eigenschaften von nichtrostendem Stahl, einschließlich seiner Streckgrenze, verändern. Der Zusatz von Molybdän beispielsweise erhöht die Korrosionsbeständigkeit des Stahls sowie seine Festigkeit, was zu einer Steigerung der Streckgrenze führt.
Die Bedeutung der Streckgrenze in der Praxis
Wie eingangs erwähnt, ist die Kenntnis der Streckgrenze von nichtrostendem Stahl von entscheidender Bedeutung für die Konstruktion von Strukturen, Maschinen oder Komponenten, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. In der technischen Praxis wird häufig davon ausgegangen, dass die auf ein Material einwirkenden Spannungen 60-70% seiner Streckgrenze nicht überschreiten sollten, um eine ausreichende Sicherheitsmarge zu gewährleisten.
Die Auswahl der richtigen Edelstahlsorte im Hinblick auf ihre Streckgrenze ermöglicht daher die optimale Konstruktion von Bauteilen, die nicht nur langlebig, sondern auch sicher in der Anwendung sind. Bei tragenden Konstruktionen, bei denen sowohl die Festigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit wichtig sind, ist dieser Ansatz unerlässlich, um Ausfälle zu vermeiden und die Langlebigkeit der Konstruktion zu gewährleisten.
