18/10 Edelstahl: Ein umfassender Leitfaden für Maschinenbauingenieure und Designer

Edelstahl gilt aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten als Eckpfeiler des modernen Ingenieurwesens. Es gibt ihn in verschiedenen Güteklassen, die nach Eigenschaften und Kosten klassifiziert werden. In diesem Artikel konzentrieren wir uns vor allem auf Edelstahl 18/10, der für seine außergewöhnlichen Eigenschaften bekannt ist. So können Sie, egal ob Maschinenbauingenieur oder Designer, eine fundierte Entscheidung bezüglich der Auswahl dieser Güteklasse für Ihren gewünschten Anwendungsbereich treffen.

Abb. 1: 18/10 SS

Was ist 18/10-Edelstahl?

Es handelt sich um eine hochwertige Edelstahllegierung, die aus wichtigen Legierungselementen wie Chrom und Nickel besteht. Zu den wichtigsten Eigenschaften gehören hohe Korrosionsbeständigkeit sowie Haltbarkeit und ästhetisches Erscheinungsbild. Darüber hinaus finden sich die Hauptanwendungen in der Medizin, in Küchengeschirr und anderen Strukturkomponenten.

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Ist 18 10 Edelstahl gut

Es ist ein aufgrund seiner Eigenschaften und Anwendungsvielfalt geschätztes Material. Industrielle und Ingenieure stufen dieses Material aus mehreren, im Folgenden genannten Gründen als gut ein:

• Überlegene Korrosionsbeständigkeit
• Verbesserte Festigkeit und Haltbarkeit
• Ausgezeichnete Verarbeitung

Ist 18/10 Edelstahl sicher

Die Güteklasse 18/10 SS gilt als sicheres Material. Dies lässt sich anhand der hohen Nachfrage nach Edelstahl in medizinischen Instrumenten sowie in Geräten zur Lebensmittelverarbeitung analysieren. Abgesehen davon finden Sie unten eine Liste seiner Eigenschaften, die seine Sicherheit bei der Verwendung weiter untermauern:

• Nichtreaktive Zusammensetzung
• Korrosionsbeständigkeit
• Sicherheit von Nickel und Chrom

Ist 18/10 Edelstahl magnetisch?

Die Güteklasse 18/10 SS wird als austenitischer Edelstahl klassifiziert, da sie von Natur aus nicht magnetisch ist. Darüber hinaus verhindert das Vorhandensein einer ausreichenden Menge Nickel in ihrer Zusammensetzung, dass Austenit weiter in eine ferritische oder martensitische Struktur (beide von Natur aus magnetisch) zerfällt. Daher ist sie für Anwendungen geeignet, bei denen magnetische Eigenschaften nicht erforderlich sind [8] [9].

Was sind die gängigen Formen von Edelstahl 18/10?

Dieses Material liegt in verschiedenen Formen vor, die unten aufgeführt sind:

• Blätter und Platten
• Stangen und Stäbe
• Rohre und Leitungen
• Wires
• Folien
• Klima-Anlagen
• Winkel und Kanäle

Materialstandards

Die Güteklasse 18/10 SS ist außerdem mit mehreren internationalen und regionalen Normen verknüpft, die unten aufgeführt sind:

ASTM

• A240 / A240M
• A480 / A480M
• E8/E8M

EN

• 10088-2

ISO

• 15510
• 3651-2

EN

• 10204

EU

• REACH
• RoHS

AISI/UNS

• 304 / 304L
• S30400

Vor- und Nachteile von 18/10 Edelstahl

18/10 SS, basierend auf seinen Eigenschaften und seiner Leistung, weist es einige unten aufgeführte Vor- und Nachteile auf:

Wofür wird Edelstahl 18/10 verwendet: Anwendungen und Teile

Dieses Material hat zahlreiche Anwendungen sowohl im kommerziellen als auch im industriellen Bereich. Einige der Anwendungen sind unten aufgeführt:

• Rührschüsseln
• Küchengeräte
• Sterilisationsgeräte
• Medizintechnik
• Tanks und Container
• Wärmetauscher
• Flugzeugkomponenten

Abbildung 2: 18/10 SS-Anwendungen

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Gängige CNC-gefräste Teile aus Edelstahl 18/10

Die Güteklasse 18/10 SS ist leicht herzustellen, weshalb sie CNC-bearbeitet werden kann. Übliche CNC-bearbeitete Teile aus 18/10 SS sind unten aufgeführt:

• Zahnräder und Kettenräder
• Wellen und Spindeln
• Verbindungselemente und Hardware
• Ventile und Armaturen
• Medizinische Implantate
• Chirurgische Instrumente

Ist Besteck aus Edelstahl 18/10 gut?

Die Edelstahlqualität 18/10 ist aufgrund ihrer Qualitäten und Eigenschaften eine wettbewerbsfähige Wahl für Besteck. Erstens ist es aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit robust und langlebig, was Schutz vor schädlichen Chemikalien bietet, und hat eine bessere Festigkeit, wodurch es weniger leicht zerbricht. Zweitens ist es aufgrund der Flexibilität bei der Gestaltung und der glänzenden Oberfläche eine ideale Wahl für ein ästhetisches Erscheinungsbild. Schließlich ist es vergleichsweise leicht zu pflegen und zu warten.

Zusammensetzung und Mikrostruktur

Zusammensetzung und Mikrostruktur eines Materials sind die wichtigsten Eigenschaften, da sie über die Materialeigenschaften und seine Verwendung entscheiden. Nachfolgend finden Sie eine Zusammensetzung sowie Mikrostruktur der Güteklasse 18/10 SS:

Chemische Zusammensetzung

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung

Die Rolle jedes Elements bei der Änderung seiner Eigenschaften wird in der folgenden Tabelle erläutert:

Tabelle 2: Rolle der Elemente

Mikrostruktur: Austenitische kubisch-flächenzentrierte (FCC) Struktur

Die Mikrostruktur der Güteklasse 18/10 SS besteht aus FCC, das über starke Merkmale verfügt und einen großen Einfluss auf die nachfolgend beschriebenen Eigenschaften hat:

Charakteristik:

• Kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter

• Die Atomanordnung ist dabei so, dass sich jedes Atom sowohl an der Ecke als auch im Mittelpunkt jeder Würfelfläche befindet.
• Bietet Stabilität und hohe Packungsdichte
• Beständig gegen Verformung unter Belastung.

• Nicht magnetisch

• Die Atomanordnung widersteht der Rotation ungepaarter Elektronen, für die kein magnetisches Moment festgelegt ist.
• Vorteilhaft für nichtmagnetische Anwendungen.

• Gute Duktilität und Zähigkeit

• Außergewöhnliche Duktilität, die eine Formänderung ohne Beeinträchtigung der Festigkeit ermöglicht.
• Ihre Fähigkeit, bei hoher Belastung Energie zu absorbieren, macht sie zu einem robusteren Material.

Einfluss auf Eigenschaften:

FCC-Struktur trägt zur Korrosionsbeständigkeit und Duktilität bei

• Diese dicht gepackte FCC-Struktur erhöht die Korrosionsbeständigkeit der Edelstahlklasse 18/10.
• Bildung einer schützenden Chromoxidschicht, die es diesem Material ermöglicht, aggressiven und harten Umweltbedingungen standzuhalten.

Nickel stabilisiert die austenitische Phase und verhindert Phasenumwandlungen und Sprödigkeit

• Nickel ist ein wesentliches Legierungselement in 18/10 SS, das die austenitische Phase bei Normaltemperatur stabilisiert und die Umwandlung der Legierung in andere Phasen verhindert, welche ihre Eigenschaften beeinträchtigen können.
• Vermeiden Sie Sprödigkeit, die bei starken Stößen zum Brechen des Materials führen könnte.
• Diese Eigenschaft zeigt, dass die Legierung zuverlässig und vielseitig ist.

Korrosionsbeständigkeit von 18/10 Edelstahl

Dieses Material ist aufgrund seines Chrom- und Nickelanteils für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt. Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung, wie es bei bestimmten Korrosionsarten reagiert:

Atmosphärische Korrosion

Metall, das einer bestimmten Atmosphäre ausgesetzt ist, die überwiegend natürlich ist und nicht in Flüssigkeiten eingetaucht ist, führt zu atmosphärischer Korrosion. Die Chromoxidschicht wirkt als Schutzbarriere, die es 18/10 SS ermöglicht, solchen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit und dem Vorhandensein reaktiver Schadstoffe standzuhalten.

Wässrige Korrosion

Bei Metallen, die häufig mit Wasser oder anderen wässrigen Lösungen in Kontakt kommen, kommt es zu Korrosion, die als wässrige Korrosion bezeichnet wird. Auch in diesem Fall bietet die schützende Oxidschicht Widerstand gegen korrosives Wasser. Gegen Meerwasser und erhöhte Temperaturen sollten jedoch Maßnahmen ergriffen werden.

Hochtemperaturkorrosion

Wenn Metall erhöhten Temperaturen und anderen aggressiven Bedingungen, wie der Anwesenheit von Sauerstoff und anderen reaktiven Gasen, ausgesetzt wird, führt dies zu Hochtemperaturkorrosion. Die Güteklasse 18/10 SS bietet eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen derartige Bedingungen.

Spezifische chemische Umgebungen

Die stabilen Chromoxidschichten bieten Korrosionsbeständigkeit gegenüber solchen chemischen Umgebungen, was sie für industrielle Anwendungen, insbesondere in der Pharmazie, geeignet macht. Gegen bestimmte Chemikalien sollten jedoch entsprechende Maßnahmen ergriffen werden:

• Säuren
• Alkalien
• Organische Lösungsmittel

Mechanische Eigenschaften von Edelstahl 18/10

Die gesamte strukturelle Integrität beruht auf den mechanischen Eigenschaften des Materials. Die Güteklasse 18/10 SS besitzt gute mechanische Eigenschaften, die im Folgenden kurz beschrieben werden:

Zugfestigkeit

18/10-Edelstahl weist eine Zugfestigkeit zwischen 520 und 690 MPa auf, was seine Fähigkeit zur Zugbeanspruchung belegt. Diese nimmt jedoch bei hohen Temperaturen aufgrund von mikrostrukturellen Veränderungen ab.

Streckgrenze

Diese Stahlsorte weist eine Streckgrenze von 210–570 MPa auf, was ihre Fähigkeit belegt, mechanischen Belastungen standzuhalten, ohne sich bleibend zu verformen. Bei erhöhten Temperaturen wird diese Eigenschaft jedoch beeinträchtigt.

Bruchdehnung

Kann sich um bis zu 40–60 % dehnen und zeigt dadurch seine Fähigkeit, sich vor dem Bruch zu verformen. Unter Hochtemperaturbedingungen wird diese Eigenschaft jedoch aufgrund der thermischen Spannungen auf die Probe gestellt.

Härte

Diese Edelstahlsorte weist bei Raumtemperatur normalerweise eine Härte zwischen 85 und 95 HRB auf. Bei höheren Temperaturen nimmt die Härte jedoch ab, jedoch weniger als bei anderen Edelstahlsorten.

Schlagfestigkeit

Besitzt eine gute Schlagfestigkeit bei Raumbedingungen, ist jedoch bei steigenden Temperaturen aufgrund der Versprödungswirkung bei Temperaturen unter Null problematisch.

Ermüdungsfestigkeit

Hohe Werte bei Raumtemperatur beweisen die Fähigkeit des Systems, zyklischen Belastungen standzuhalten, könnten jedoch bei thermischer Belastung, die zu strukturellen Veränderungen führen kann, minimiert werden.

Zähigkeit

Die Güteklasse 18/10 SS verfügt sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen über eine hohe Zähigkeit.

Verschleißschutz

Dieses Material weist eine mäßige Verschleißfestigkeit auf. Darüber hinaus hängt sein Verhalten bei erhöhten Temperaturen von der Qualität der Oberflächenbeschaffenheit sowie den Schmierbedingungen ab.

Dimensionsstabilität

Außergewöhnliche Dimensionsstabilität; die Form bleibt bei Normaltemperatur erhalten, kann jedoch bei hohen Temperaturen aufgrund der Wärmeausdehnung beeinträchtigt werden.

Physikalische Eigenschaften von 18/10 Edelstahl

Dieses Material besitzt gute physikalische Eigenschaften, kann jedoch durch Faktoren wie Temperatur und Zusammensetzung beeinflusst werden. Daher sollten die notwendigen Maßnahmen ergriffen werden, um diesen Faktoren entgegenzuwirken. Nachfolgend finden Sie eine kurze Erklärung der physikalischen Eigenschaften der Güteklasse 18/10 SS:

Signaldichte

Die Güteklasse 18/10 SS weist eine Dichte von 7.9 g/cm³ auf, die einen starken Einfluss auf die strukturelle Stabilität hat.

Wärmeleitfähigkeit

Dieses Material weist eine niedrige Wärmeleitfähigkeit von etwa 16.3 W/m·K auf und ist daher im Vergleich zu anderen rostfreien Stählen für hitzebeständige Anwendungen weniger geeignet.

Elektrische Leitfähigkeit

18/10 SS hat eine elektrische Leitfähigkeit von 1.45 MS/m und ist daher ein schlechter Stromleiter. Daher ist es nur für nichtleitende Anwendungen geeignet.

Wärmeausdehnung

Es weist einen moderaten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der bei Raumtemperatur ungefähr 16.5 x 10^-6/°C beträgt.

Magnetische Eigenschaften

Aufgrund seiner authentischen Struktur ist es von Natur aus nicht magnetisch. Daher nur für nicht magnetische Anwendungen geeignet

Herstellung und Verarbeitung von 18/10 Edelstahl

18/10 SS besitzt eine gute Formbarkeit, Schweißbarkeit sowie Bearbeitbarkeit, was es bei der Herstellung und Verarbeitung von zentraler Bedeutung macht. Einige gängige Methoden werden im Folgenden erläutert:

Bildung

Dieses Material lässt sich leicht formen und kann daher je nach Bedarf in die gewünschte Form gebracht werden. Die wichtigsten Methoden zur Formgebung sind:

• Kaltwalzen
• Warmwalzen
• Tiefziehen

Schweiß-

Es handelt sich um ein gängiges Verfahren, bei dem Edelstahlteile zu großen und komplexen Strukturen zusammengefügt werden. Übliche Schweißtechniken zum Schweißen von Edelstahl der Güteklasse 18/10 sind:

• WIG-Schweißen
• MIG-Schweißen
• Punktschweißen

Maschinenbearbeitung

Entfernung von unnötigem 18/10 SS-Material vom Produkt, um die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit und Form zu erhalten. Dazu sind mehrere Vorgänge erforderlich, darunter Drehen, Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und umgekehrt.

Schleifen

Ein Verfahren, das verwendet wird, um eine glänzende und polierte Oberfläche der Güteklasse 18/10 SS zu erzielen. Es können mehrere Schleiftechniken verwendet werden:

• Flachschleifen
• Rundschleifen
• Spitzenloses Schleifen

Wärmebehandlungsverfahren für Edelstahl 18/10

Die Güteklasse 18/10 SS ist wärmebehandelbar. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit den Verfahren und ihren Auswirkungen auf dieses Material:

Tabelle 3: HT-Prozesse 18/10 SS

Oberflächenfinish

18/10 SS bietet eine außergewöhnliche Oberflächenbeschaffenheit, die eine Reinigungsfähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit ermöglicht.

Unterschiede zwischen den Eigenschaften von Edelstahl 18/10 zusammenfassen

Tabelle 4: 18/8 vs. 18/10 SS-Qualität

Designüberlegungen für CNC-Teile aus Edelstahl 18/10

Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung hinsichtlich der Berücksichtigung von Teilen der Güteklasse 18/10 SS:

SS 18/10-Äquivalente Materialien

Tabelle 5: Äquivalente Werkstoffe

18/10 Edelstahl Rostfrei

Es sollte ein Design in Betracht gezogen werden, das die notwendige Korrosionsbeständigkeit gegen milde und aggressive Bedingungen bietet. Darüber hinaus können auch Lacke und Schutzbeschichtungen von Vorteil sein.

Mechanische Anforderungen

Komponenten müssen Stoßbelastungen und anderen zyklischen Belastungen standhalten können. Dafür sollte ein Material wie 18/10 SS ein Höchstmaß an Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen.

Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit

Das Material muss widerstandsfähig genug sein, um sowohl milden als auch aggressiven korrosiven Umgebungen standzuhalten, um eine Verschlechterung des Materials oder katastrophale Ausfälle zu vermeiden.

Überlegungen zur Verarbeitung

Das Design sollte so beschaffen sein, dass es jede Form und Größe mit maximaler Dimensionsstabilität verändern kann.

Kosteneffizienz

Die Kosten müssen von der Herstellung bis zum fertigen Produkt berücksichtigt werden. Insgesamt ist die Edelstahlqualität 18/10 günstiger und für Industrielle erschwinglich.

AISI 18/10 VS Andere Materialien

Die Edelstahlqualität 18/10 ist leistungsfähig genug, um mit anderen Edelstahlqualitäten verglichen zu werden, die im Folgenden aufgeführt sind:

18/8 vs. 18/10 Edelstahl

Abgesehen vom Nickel haben beide eine weitgehend gleiche Zusammensetzung, bieten jedoch eine gute Korrosionsbeständigkeit und sind erschwinglich.

18/10 Edelstahl vs. 304

Beide Güteklassen unterscheiden sich geringfügig in der Zusammensetzung und weisen Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit auf, sind jedoch dennoch vielseitig für zahlreiche Anwendungen einsetzbar.

18/10 vs. 316 Edelstahl

Geringer Unterschied in der Zusammensetzung mit zusätzlichen 2–3 % Mo in 316 SS. Darüber hinaus ist 316 SS besser für aggressive Umgebungsbedingungen geeignet.

201 Edelstahl vs. 18/10

201 SS ist aufgrund des geringeren Ni-Gehalts vergleichsweise billiger, bietet jedoch im Vergleich zur Güteklasse 18/10 SS eine geringere Korrosionsbeständigkeit.

8/10 Edelstahl vs. dreilagig

18/10 SS besteht aus einer einzelnen SS-Schicht, während Tri-Ply in seinem Kern zwischen den SS-Schichten Aluminium besitzt, was es zu einer ausgezeichneten Wahl für wärmeleitende Anwendungen macht.