Edelstahl ist aufgrund seiner hervorragenden Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik eines der am häufigsten verwendeten Materialien in Technik und Technik. Herkömmliche Edelstähle weisen jedoch einige Einschränkungen auf, wie z. B. geringe Zähigkeit, schlechte Schweißbarkeit und hohe Kosten. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde in den 1970er Jahren eine neue Edelstahlklasse namens Duplex-Edelstahl (DSS) entwickelt.
Unter den verschiedenen Duplex-Edelstahlsorten ist 2205 die am häufigsten verwendete und untersuchte. Es hat eine nominale Zusammensetzung von 22 % Cr, 5 % Ni, 3 % Mo und 0.15 % N.
Chemische Zusammensetzung von Duplex-Edelstahl 2205
Die chemischen Zusammensetzungen von Duplex-Edelstahl 2205 sind entscheidend für die Bestimmung seiner Eigenschaften und Leistung. Die Hauptelemente, aus denen Duplex-Edelstahl 2205 besteht, sind Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo) und Stickstoff (N).
Chemische Zusammensetzungen | Inhalt |
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Cr | 22-23 % | Verantwortlich für die Bildung der Ferritphase und die verbesserte Korrosionsbeständigkeit. |
Ni | 4.5-6.5 % | Verantwortlich für die Bildung der Austenitphase und die Verbesserung der Duktilität und Zähigkeit. |
Mo | 3-3.5 % | Trägt zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion bei. |
N | 0.14-0.2 % | Verantwortlich für die Stabilisierung der Austenitphase und die Erhöhung der Loch- und Spaltkorrosionsbeständigkeit. |
C | 0.03% | Diese Elemente haben geringfügige oder negative Auswirkungen auf die Eigenschaften und die Leistung von Duplex-Edelstahl 2205. Daher sollte ihr Gehalt so gering wie möglich gehalten werden. |
Mn | 2% | |
Si | 1% | |
P | 0.03% | |
S | 0.02% | |
Cu | 0.5% |
Es gibt verschiedene Güteklassen von Duplex-Edelstahl 2205, wie zum Beispiel S31803 und S32205Die beiden Werkstoffe weisen geringfügig unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf. Der Hauptunterschied liegt im Stickstoffgehalt. S31803 hat einen geringeren Stickstoffgehalt als S32205, was bedeutet, dass S31803 eine geringere Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion aufweist. Allerdings besitzt S31803 einen höheren Ferritgehalt als S32205, wodurch es eine höhere Festigkeit und Härte aufweist.
Mechanische Eigenschaften von Duplex-Edelstahl 2205
Die mechanischen Eigenschaften von Duplex-Edelstahl 2205 gehören zu den attraktivsten Merkmalen dieses Materials, da sie die von herkömmlichem Edelstahl und anderen Legierungen übertreffen. Zu den mechanischen Eigenschaften von Duplex-Edelstahl 2205 gehören Festigkeit, Duktilität, Härte, Ermüdung und Bruchzähigkeit.
- Stabilität
Festigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Verformung und Versagen unter Einwirkung von Kräften zu widerstehen.
Die Streckgrenze von Duplex-Edelstahl 2205 ist etwa doppelt so hoch wie die von austenitischen Edelstählen und vergleichbar mit der von hochfesten niedriglegierten Stählen.
Die Zugfestigkeit von Duplex-Edelstahl 2205 ist ebenfalls höher als die von austenitischem Edelstahl und ähnelt der von ausscheidungsgehärtetem Edelstahl.
- Duktilität
Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen oder zu reißen.
Duplex-Edelstahl 2205 weist aufgrund der Anwesenheit der Austenitphase, die für plastische Verformung und Kaltverfestigung sorgt, eine gute Duktilität auf.
Die Dehnung und Flächenverringerung des Duplex-Edelstahls 2205 ist höher als die von ferritischen Edelstählen und niedriger als die von austenitischen Edelstählen.
- Härte
Härte ist die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Einkerbungen oder Abrieb.
Die Härte von Duplex-Edelstahl 2205 ist höher als die von austenitischem Edelstahl und niedriger als die von martensitischem Edelstahl. Die Härte von Duplex-Edelstahl 2205 kann durch Kaltumformung oder Alterung erhöht werden, dies kann jedoch die Duktilität und Korrosionsbeständigkeit verringern.
- Ermüden
Bruchzähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, der Rissausbreitung und dem Bruch unter Belastung zu widerstehen.
Duplex-Edelstahl 2205 verfügt aufgrund der ausgewogenen Kombination von Ferrit- und Austenitphasen, die für ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit sorgen, über eine hohe Ermüdungsbeständigkeit. Die Dauerfestigkeit von Duplex-Edelstahl 2205 ist höher als die von austenitischem Edelstahl und niedriger als die von ferritischem Edelstahl.
- Bruchzähigkeit
Bruchzähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, der Rissausbreitung und dem Bruch unter Belastung zu widerstehen.
Duplex-Edelstahl 2205 weist aufgrund der Anwesenheit der Austenitphase eine hohe Bruchzähigkeit auf, die für duktilen Bruch und Energieabsorption sorgt. Die Bruchzähigkeit von Duplex-Edelstahl 2205 ist höher als die von ferritischem Edelstahl und niedriger als die von austenitischem Edelstahl.
2205 Duplex-Edelstahlgussverfahren
Beim Gussverfahren für Duplex-Edelstahl 2205 handelt es sich um eine Methode zur Herstellung nahezu endkonturnaher Komponenten, indem geschmolzenes Metall in eine Form gegossen und in der gewünschten Form erstarren gelassen wird.
- Formenbau: Die Form ist der Hohlraum, der die Form und Größe des Gussstücks definiert.
- Schmelzen und Gießen: Beim Schmelz- und Gießvorgang wird der Duplex-Edelstahl 2205 in einen flüssigen Zustand erhitzt und in die Form überführt.
- Erstarrung und Abkühlung: Der Erstarrungs- und Abkühlungsprozess beinhaltet die Umwandlung des flüssigen Metalls in ein festes Metall innerhalb der Form.
- Entformen und Reinigen: Beim Entformungs- und Reinigungsprozess wird der Guss aus der Form genommen und überschüssiges Metall, Sand, Keramik oder Gips vom Guss entfernt.
- Inspektion und Prüfung: Der Inspektions- und Testprozess umfasst die Überprüfung der Qualität und Leistung des Gussstücks anhand der Spezifikationen und Standards.
Der Gießprozess von Duplex-Edelstahl 2205 bringt auch einige Herausforderungen und Lösungen mit sich, wie zum Beispiel:
- Heißknacken: Unter Heißrissbildung versteht man die Bildung von Rissen im Gussstück während oder kurz nach der Erstarrung aufgrund der thermischen Belastung, der Entmischung oder der Phasenumwandlung des Metalls.
- Lösung: Heißrisse können durch die Optimierung des Formdesigns, der Gussgeometrie, der Gießtemperatur, der Abkühlgeschwindigkeit und der chemischen Zusammensetzung des Metalls verhindert oder reduziert werden.
- Phasenumwandlung: Unter Phasenumwandlung versteht man die Veränderung der Ferrit- und Austenitphase im Gussstück während oder nach der Erstarrung aufgrund der Temperatur, der Zusammensetzung oder der Verformung des Metalls.
- Abgrenzung: Unter Segregation versteht man die ungleichmäßige Verteilung der Legierungselemente im Gussstück aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeit, Diffusionsfähigkeit oder Dichte der Elemente im flüssigen oder festen Metall.
Vorteile von 2205 Duplex-Edelstahlguss
Duplexguss aus Edelstahl 2205 ist im Vergleich zu anderen Methoden wie Schmieden, Walzen und maschineller Bearbeitung eine überlegene Herstellungsmethode.
- Endkonturnahe Produktion
Mit dem Duplexguss aus Edelstahl 2205 können komplexe und große Komponenten mit minimalem Materialabfall und minimaler Bearbeitung hergestellt werden. Beispielsweise zeigte eine Studie der American Foundry Society, dass das Gießen eines Ventilkörpers aus Duplex Edelstahl 2205 Im Vergleich zum Schmieden werden 40 % des Materials und 30 % der Bearbeitungszeit eingespart.
- Hohe Leistung und Korrosionsbeständigkeit
Beim Guss aus Duplex-Edelstahl 2205 kann eine ausgewogene Mikrostruktur aus Ferrit und Austenit erreicht werden, die für hohe Festigkeit, Duktilität, Härte, Ermüdungsbeständigkeit und Bruchzähigkeit sorgt.
Duplex-Edelstahlguss 2205 kann aufgrund des hohen Gehalts an Chrom, Molybdän und Stickstoff auch verschiedenen Arten von Korrosion wie Lochfraß, Spaltkorrosion, Spannungsrisskorrosion und allgemeiner Korrosion widerstehen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich Duplex-Edelstahl 2205 für anspruchsvolle Anwendungen wie die Öl- und Gas-, Chemie- und Schifffahrtsindustrie.
- Vorteile für die Umwelt, die Wirtschaft und die Gesellschaft
Der Duplexguss aus Edelstahl 2205 kann im Vergleich zu anderen Methoden die Treibhausgasemissionen, den Ressourcenverbrauch und die Umweltauswirkungen des Herstellungsprozesses reduzieren.
Anwendungen von 2205 DSS-Gussteilen
- Luft- und Raumfahrt:Fahrwerk, Motorteile und Strukturelemente.
- Automobil:Abgassysteme, Turbolader und Einspritzdüsen.
- Biomedizin:Implantate, Prothesen und chirurgische Instrumente.
- Bau: Brücken, Türme und Pipelines.
- Röhren
- Pumps
- Laufräder
- Armaturen
Fazit
Duplex-Edelstahl 2205 ist eine hochwertige Duplex-Edelstahllegierung. Es verfügt außerdem über eine gute Ermüdungsfestigkeit und eine hervorragende Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion, Spalten, Lochfraß, Erosion und allgemeine Korrosion in rauen Umgebungen.
