Leitfaden zum Schmieden von rostfreiem Stahl: Die 3 wichtigsten Arten erklärt

Rostfreier Stahl ist eine Art hochlegierter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (im Allgemeinen nicht mehr als 0,4% nach Masse) und verschiedenen Legierungselementen (mit einem Massenanteil an Legierungselementen von mehr als 13%).

Rostfreier Stahl wird aufgrund seiner Matrixstruktur in ferritischen, austenitischen und martensitischen rostfreien Stahl unterteilt. Nichtrostender Stahl hat eine hohe Verformungsbeständigkeit, eine geringe Wärmeleitfähigkeit, eine starke Überhitzungsempfindlichkeit und eine schlechte Schmiedbarkeit.

Schmieden von ferritischem rostfreiem Stahl

Ferritischer nichtrostender Stahl enthält eine geringe Menge an Kohlenstoff mit einem Chrommassenanteil von 16% bis 30% (z.B. 20Cr13, 10Cr17, etc.). Diese Art von Stahl erfährt keine strukturelle Umwandlung während des Erhitzens und Abkühlens und kann keine Wärmebehandlungsverfahren zur Verbesserung der Festigkeit oder zur Verfeinerung der Körner anwenden, nur Schmiedeverfahren können die Körner verfeinern. Die Rekristallisationstemperatur ist niedrig, die Rekristallisationsgeschwindigkeit ist schnell, die Körner neigen dazu, beim Erhitzen zu wachsen, und die Schmiedbarkeit ist schlecht. Die wichtigsten Punkte des Schmiedeverfahrens für ferritischen rostfreien Stahl sind wie folgt:

1) Das Korn von ferritischem rostfreiem Stahl beginnt bei 600°C zu wachsen. Um eine Vergröberung des Korns während des Erwärmungsprozesses zu vermeiden, sollte die Erwärmungstemperatur nicht zu hoch und die Haltezeit nicht zu lang sein. Die üblicherweise verwendete Anfangs Schmiedetemperatur beträgt 1100 bis 1150 °C, und die Erwärmungstemperatur des letzten Brandes sollte 1000 °C nicht überschreiten. Um die Verweilzeit des Knüppels bei hohen Temperaturen zu verkürzen, sollte er nach einer langsamen Erwärmung auf 760°C schnell auf die anfängliche Schmiedetemperatur erwärmt werden.

2) Da ferritischer rostfreier Stahl keine Wärmebehandlungsmethoden zur Kornfeinung anwenden kann, muss er während des Schmiedens vollständig geschmiedet werden, um die Körner zu verfeinern und eine ausreichende und gleichmäßige Verformung zu gewährleisten. Die Verformung des letzten Brandes sollte größer als 12% bis 20% sein. Die Endtemperatur beim Schmieden sollte unter 800°C liegen, um zu verhindern, dass sich die verfeinerten Körner wieder zusammenlagern. Um jedoch eine Kaltverfestigung durch eine zu niedrige Schmiedeendtemperatur zu vermeiden, sollte die Schmiedeendtemperatur nicht unter 750°C liegen.

3) Nach dem Schmieden sollte er an der Luft abgekühlt werden, um die Versprödungszone von 475°C schnell zu durchbrechen. Ein Kurzzeitglühen über 550°C (im Allgemeinen 700 bis 800°C) kann den versprödeten nichtrostenden Stahl wieder in seinen ursprünglichen, nicht spröden Zustand versetzen.

Schmieden von austenitischem rostfreiem Stahl

Der Kohlenstoffmassenanteil von austenitischem rostfreiem Stahl beträgt weniger als 0,25%, der Chrommassenanteil 17% bis 19% und der Nickelmassenanteil 8% bis 18%, wie z.B. 12Cr18Ni9, 17Cr18Ni9, usw. Austenitischer nichtrostender Stahl unterliegt beim Abkühlen keiner Gefügeumwandlung, und es können auch keine Wärmebehandlungsverfahren zur Erhöhung der Festigkeit und zur Verfeinerung der Körner angewandt werden, sondern nur thermische Schmiedeverformung und Rekristallisation. Austenitische nichtrostende Stähle neigen bei hohen Temperaturen zum Kornwachstum, das jedoch nicht so stark ausgeprägt ist wie bei ferritischen nichtrostenden Stählen.

Die Erhitzungsvorschriften für austenitische nichtrostende Stähle ähneln denen für ferritische Stähle, wobei die anfängliche Schmiedetemperatur im Allgemeinen 1150 bis 1180 °C beträgt und die endgültige Schmiedetemperatur nicht unter 850 °C liegen sollte; andernfalls erhöht die Ausscheidung von Karbiden im Gefüge den Verformungswiderstand und macht das Schmieden anfällig für Risse.

 Die wichtigsten Punkte des Schmiedeverfahrens für austenitischen rostfreien Stahl sind folgende:

1) Vermeiden Sie strikt die Aufkohlung während des Erhitzens. Kohlenstoff und Chrom bilden an den Korngrenzen leicht Chromkarbidverbindungen, die den Chromgehalt in der Matrix in der Nähe der Korngrenzen vermindern und die Anfälligkeit des Stahls für interkristalline Korrosion erhöhen. Das Erhitzen sollte in einer schwach oxidierenden Atmosphäre erfolgen.

2) Beim Schmieden von Stahlblöcken ist mit leichtem Pressen zu beginnen. Erst wenn die Verformung des Stahlbarrens 30% erreicht hat, kann schweres Pressen angewendet werden. Während des Schmiedens sollte der Barren in einer Richtung zugeführt werden, um wiederholtes Hämmern an einer Stelle zu vermeiden, was das Auftreten von zentralen Querrissen verhindert.

3) Das Schmiedeverhältnis liegt bei Stahlblöcken zwischen 4 und 6 und bei Knüppeln zwischen 2 und 4, je nach Korngröße des Rohmaterials. Die Korngröße von austenitischem rostfreiem Stahl hat großen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Um ein feines Korngefüge zu erhalten, ist darauf zu achten, dass die letzte Schmelze ein ausreichendes Schmiedeverhältnis aufweist, wobei der Verformungsgrad größer als der kritische Verformungsgrad für die Rekristallisation sein muss.

4) Während des Umformprozesses ist eine gleichmäßige Verformung erforderlich, um eine gleichmäßigere Kornstruktur zu erreichen. Die folgenden Maßnahmen können für Schmiedestücke mit runden Scheiben in Betracht gezogen werden:

• Verwenden Sie eine glatte Plattform und Ambossoberfläche, schmieren Sie sie gegebenenfalls;
• Heizen Sie die Plattform und die Oberfläche des Ambosses auf 150 bis 450 °C vor;
• Fügen Sie an beiden Enden des Scheibenrohlings Pads aus kohlenstoffarmem Stahl hinzu;
• Verwenden Sie das Stapelschmieden;
• Wenden Sie während der Verformung eine intermittierende Kompression an;
• Verwenden Sie zum Stauchen ein Gehäuse.

5) Austenitischer rostfreier Stahl hat eine besonders hohe Schrumpfungsrate. Wenn das Schmiedestück seine endgültige Form erreicht hat, sollte eine größere Schrumpfungsrate (1,5% bis 1,7%) in Betracht gezogen werden, um zu vermeiden, dass das Schmiedestück aufgrund unzureichender Abmessungen nach dem Abkühlen verschrottet wird.

6) Luftkühlung nach dem Schmieden. Austenitischer nichtrostender Stahl kann nach dem Schmieden luft-, gruben- oder sandgekühlt werden.

7) Um die beim Schmieden und Abkühlen an der Luft ausgeschiedenen Karbide wieder in den Austenit aufzulösen und ein einheitliches und einfaches austenitisches Gefüge bei Raumtemperatur zu erhalten, sollte nichtrostender Stahl einer Lösungsbehandlung unterzogen werden, d. h. Erhitzen und Halten bei 1020 bis 1050 °C und anschließendes Abkühlen mit Wasser. Die Temperatur sollte nicht zu hoch und die Haltezeit nicht zu lang sein, um Kornwachstum zu verhindern.

3. Schmieden von martensitischem rostfreiem Stahl

Martensitischer rostfreier Stahl hat einen Kohlenstoffmassenanteil von 0,1% bis 4% und einen Chrommassenanteil von etwa 12% bis 14%, wie 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 usw. Diese Stahlsorte ist bei hohen Temperaturen austenitisch und wandelt sich bei Abkühlung auf Raumtemperatur in eine martensitische Struktur um. Er hat eine höhere Härte als ferritische und austenitische nichtrostende Stähle, und seine Korngröße kann durch Wärmebehandlung verfeinert und seine mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

Die Erwärmungstemperatur für martensitischen nichtrostenden Stahl sollte nicht zu hoch sein, da eine zu hohe Temperatur zur Bildung von δ-Ferrit führen kann, was die Plastizität des Stahls verringert. Die anfängliche Schmiedetemperatur beträgt im Allgemeinen 1100 bis 1150 °C. Diese Stahlsorte hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, und eine schnelle Erwärmung kann leicht zu Rissen führen. Daher muss er langsam erwärmt werden, bevor er 850 °C erreicht, und erst wenn die Plastizität verbessert ist, kann er schnell auf die anfängliche Schmiedetemperatur erwärmt werden.

Bei dieser Stahlsorte handelt es sich um ein einphasiges austenitisches Gefüge bei hohen Temperaturen, und es gibt keine besonderen Schwierigkeiten beim Schmieden, doch sollten starke Schläge im Bereich von 900 bis 950°C vermieden werden, um Zersplitterung zu vermeiden. Auch für die Höhe der Verformung beim letzten Brand gibt es keine besonderen Anforderungen, und die endgültige Schmiedetemperatur liegt im Allgemeinen bei 900 °C.

Wird diese Stahlsorte nach dem Schmieden an der Luft abgekühlt, wandelt sie sich sofort in ein martensitisches Gefüge um. Es gibt erhebliche thermische Spannungen, Schmiedeeigenspannungen und strukturelle Spannungen innerhalb des Schmiedestücks, die leicht zu Oberflächenrissen führen können. Daher sollte das Schmiedestück nach dem Schmieden langsam in heißem Sand oder in einem Ofen abgekühlt und rechtzeitig geglüht werden, um innere Spannungen zu beseitigen und die Härte zu verringern, was die Bearbeitung erleichtert.