Maraging-Stahl-Leitfaden: Sorten, Eigenschaften, Anwendungen & CNC-Bearbeitung

Maraging-Stahl ist eine bemerkenswerte Legierung mit außergewöhnlicher Festigkeit und Zähigkeit und einem Nickelgehalt von 17 bis 19 %. Im Gegensatz zu anderen Stahlsorten, deren Festigkeit auf dem Kohlenstoffgehalt beruht, erhält Maraging seine Festigkeit durch Martensitbildung und Aushärtung. Für Ingenieure, die hochfesten Stahl für CNC-Teile suchen, ist es unerlässlich, Maraging-Stahl zu kennen, da er sich ideal für die CNC-Bearbeitung eignet. Dieser Leitfaden unterstützt Sie bei der Materialauswahl. Er erläutert Maraging-Stahlsorten, Eigenschaften, Anwendungsbereiche und wichtige Aspekte der CNC-Bearbeitung, um Ihnen eine fundierte Entscheidung zu ermöglichen.

Was ist Maraging-Stahl?

Wie bereits erwähnt, ist Maraging-Stahl eine Nickelbasis-Stahllegierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Er zeichnet sich durch hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aus. Der Name „Maraging“ leitet sich von der Martensit-Aushärtung ab, einem Prozess, bei dem die Legierung durch Ausscheidungshärtung nach der Bildung einer martensitischen Struktur an Festigkeit gewinnt. Doch was macht MS-Stahl so fest: Nickel, der niedrige Kohlenstoffgehalt oder andere Legierungselemente?

Was macht Maraging-Stahl so stark?

Herkömmliche Stähle verdanken ihre Härte dem Kohlenstoffgehalt. Maraging-Stähle hingegen nicht. Sie weisen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und eine einzigartige Kombination aus Nickel, Kobalt, Molybdän und Titan auf. Ihre eigentliche Festigkeit erhält die Legierung durch eine spezielle Behandlung. Zunächst wird die Maraging-Legierung schnell abgekühlt, wodurch sich Martensit bildet.

Anschließend wird es einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung unterzogen. Elemente wie Molybdän, Titan und Nickel bilden feine Ausscheidungen in der martensitischen Matrix. Dadurch wird die Matrix dichter, härter und fester. Diese feinen Ausscheidungen verstärken die Matrix und sind der Hauptgrund für die hohe Festigkeit der Legierung.

Warum wird Maraging-Stahl so häufig verwendet?

Die oben erwähnte hohe Zugfestigkeit (2400 MPa) der Maraging-Legierung in Verbindung mit geringer Sprödigkeit und guter Schweißbarkeit ermöglicht ihren Einsatz in anspruchsvollen technischen Anwendungen.

Chemische Zusammensetzung von Maraging-Stahl

Aufgrund seiner einzigartigen Zugfestigkeit wird Maraging-Stahl in weitere Güteklassen wie C250, C300 und C350 unterteilt. Hier wird die chemische Zusammensetzung von Maraging-Stahl, C300, erläutert. Die folgende Tabelle veranschaulicht die chemische Zusammensetzung von Maraging-Stahl:

Warum ein niedriger CO2-Ausstoß wichtig ist

Die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts in Stahl hat einen erheblichen Einfluss auf seine Gesamteigenschaften. Wie beispielsweise bei Maraging-Stahl bilden sich keine Karbidnetzwerke, die zu Sprödigkeit führen. Stattdessen entsteht eine martensitische Matrix, die für die hohe Festigkeit verantwortlich ist. Der niedrige Kohlenstoffgehalt verbessert zudem die Schweißbarkeit und die Aushärtung, da der Stahl vor der Wärmebehandlung weich und duktil bleibt.

Mechanische und physikalische Eigenschaften von Maraging-Stahl

Maraging-Stahl besitzt einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften wie hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit. Nach entsprechender Wärmebehandlung eignet er sich aufgrund dieser Eigenschaften für Hochleistungsanwendungen; die Bildung von intermatrixalen Ausscheidungen verbessert seine Eigenschaften zusätzlich. Im Folgenden werden die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Maraging-Stahl erläutert.

Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von Maraging-Stahl haben einen starken Einfluss auf seine CNC-Bearbeitung. Die physikalischen Eigenschaften von Maraging 200 und 300 sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Signaldichte

Maraging-Stahl ist im gealterten Zustand schwieriger zu bearbeiten, da seine Härte und Festigkeit nach der Alterung deutlich zunehmen. Dies erfordert eine präzise Aufspannung, geeignete Schneidwerkzeuge, kontrollierte Vorschubgeschwindigkeiten, niedrigere Schnittgeschwindigkeiten und eine effektive Kühlung. Die CNC-Bearbeitung im geglühten Zustand gilt jedoch als optimal, da der Stahl in diesem Zustand eine geringe Härte (bis zu 35 HRC) aufweist.

Die Bearbeitbarkeit im geglühten Zustand ist im Vergleich zum ausgehärteten Zustand hoch. Durch das Aushärten nach der Bearbeitung entsteht eine Schwindung von 0.05 Prozent. Daher empfehlen unsere Experten bei Tuofa, das geglühte Teil zunächst in die Endform zu bearbeiten und es anschließend auszuhärten.

Wärmeleitfähigkeit

Im Vergleich zu anderen Stählen, wie beispielsweise kohlenstoffarmem Stahl, dessen Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 45 bis 50 W/m·K liegt, weist Maraging eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Sowohl im geglühten als auch im ausgehärteten Zustand zeigt es eine niedrige Wärmeleitfähigkeit.

Die Reibung des Schneidwerkzeugs über die Materialoberfläche erzeugt Wärme. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit staut sich diese Wärme an einer Stelle, was zu Werkzeugverschleiß führt und die Spanabfuhr erschwert. Daher ist beim Zerspanen ein hochwertiges Kühlmittel unerlässlich.

Mechanische Eigenschaften

Die außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften machen Maraging-Stahl für anspruchsvolle Anwendungen geeignet. Hier haben wir die mechanischen Eigenschaften von gealtertem Maraging-Stahl zusammengefasst:

Ultrahohe Festigkeit

Aufgrund seiner hohen Festigkeit, wie in der Tabelle erwähnt, wird Maraging-Stahl zur Herstellung von Bauteilen verwendet, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Beispielsweise werden in der Luft- und Raumfahrtindustrie Fahrwerke von Flugzeugen aus Maraging-Stahl gefertigt. Diese hohe Festigkeit resultiert aus Martensitbildung und Ausscheidungshärtung.

Ausgezeichnete Bruchzähigkeit

Herkömmliche kohlenstoffbasierte Legierungsstähle sind aufgrund der Karbidbildung spröde. Maraging-Stahl weist einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt auf, wodurch das Risiko der Karbidbildung ausgeschlossen wird. Die Ni-Fe-Matrix von Maraging-Stahl ist vor der Aushärtung weich und duktil. Daher besitzt er eine ausgezeichnete Bruchzähigkeit.

Hohe Ermüdungsbeständigkeit

Die hohe Dauerfestigkeit des Materials ist auf seine hohe Zugfestigkeit und das Fehlen von Karbiden zurückzuführen. Dadurch kann es zyklischen Belastungen standhalten. Aus diesem Grund wird es für die Herstellung von Bauteilen unter Dauerbeanspruchung, beispielsweise Hochleistungswellen, verwendet.

Gute Duktilität

Die gute Duktilität resultiert aus der kohlenstoffarmen martensitischen Matrix, die durch feine Ausscheidungen anstelle von spröden Karbiden verstärkt wird. Eine solche Matrix ermöglicht plastische Verformung ohne vorzeitigen Bruch.

Gängige Maraging-Stahlsorten

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei Maraging-Stahl um eine Klasse von Stahllegierungen mit außergewöhnlich hoher Streckgrenze, Härte und Duktilität. Basierend auf seiner Streckgrenze und chemischen Zusammensetzung wird Maraging-Stahl weiter in 18Ni(250), 18Ni(300) und 18Ni(350) unterteilt. Wir werden diese Sorten und den Einfluss ihrer Streckgrenze auf ihre Anwendung genauer betrachten. Zuvor haben wir jedoch die chemische Zusammensetzung dieser Maraging-Legierungsstähle tabellarisch dargestellt:

Maraging Stahl 250

Maraging-Stahl 250 weist im Vergleich zu 18Ni(300) und 18Ni(350) eine geringere Zugfestigkeit auf; dies ist auf den niedrigeren Kobalt- und Molybdängehalt zurückzuführen. Gleichzeitig bietet er aufgrund seiner klaren, weichen Martensitstruktur eine bessere Duktilität. Er findet Anwendung dort, wo hohe Zähigkeit und Duktilität entscheidend sind, beispielsweise bei Fahrwerken in der Luft- und Raumfahrt.

Maraging Stahl 300

Maraging-Stahl 300 liegt leistungsmäßig zwischen den legierten Stählen der Güteklassen 250 und 350. Er weist eine höhere Härte als MS 18Ni(250) auf. Wenn Sie ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit benötigen, ist Maraging-Stahl 300 die richtige Wahl für Ihr nächstes Werkzeugprojekt.

Maraging Stahl 350

Maraging 350 bietet aufgrund seines höheren Kobalt- und Titangehalts die höchste Festigkeit unter den gängigen Stahlsorten, weist jedoch eine geringere Duktilität und Zähigkeit als Maraging 250 und 300 auf. Im Vergleich zu anderen, niedrigeren Stahlsorten ist seine Duktilität geringer. Die martensitische Matrix wird weniger flexibel und kerbempfindlicher. Dies führt zu einer reduzierten Dehnung und geringeren Duktilität im Vergleich zu Stahlsorten mit niedrigerer Festigkeit.

Wie man zwischen 250, 300 und 350 wählt

Die Auswahl des passenden legierten Stahls (MS) hängt von der spezifischen Anwendung der Bauteile ab. Sie müssen den Verwendungszweck kennen, z. B. die benötigte Festigkeit, Härte oder Duktilität. Sie müssen auch die Einsatzumgebung berücksichtigen; beispielsweise empfiehlt sich für hohe Festigkeit und gute Dauerfestigkeit die Sorte C300.

Hier haben wir eine Tabelle zusammengestellt, die Ihnen helfen soll, die richtige Note aus all diesen Noten auszuwählen.

Wofür wird Maraging-Stahl verwendet?

Aufgrund seiner außergewöhnlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften findet legierter Maraging-Stahl in zahlreichen Branchen Anwendung. Wegen seiner hohen Zugfestigkeit und Zähigkeit wird er unter anderem in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt . Im Folgenden finden Sie weitere Details zu seinen Anwendungsgebieten:

Luft- und Raumfahrtkomponenten

In der Luft- und Raumfahrt, wo hohe Zugfestigkeit, ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Zähigkeit und Dauerfestigkeit entscheidend sind, zeichnen sich Werkstoffe wie Maraging-Stahl aus. Er wird zur Herstellung von Fahrwerken und Strukturbauteilen verwendet. Diese Bauteile sind ständiger Belastung ausgesetzt; deshalb versagen andere kohlenstoffbasierte Stähle hier und können mit der Zeit Risse bekommen.

Automobilindustrie

In der Automobilindustrie werden hochpräzise Bauteile wie Wellen und Aufhängungsstreben aus Alloy MS gefertigt. Andere Kohlenstoffstähle werden abgeschreckt oder nachbehandelt, was ihre Abmessungen erheblich beeinflussen kann. Maraging-Stahl hingegen wird im geglühten Zustand bearbeitet und anschließend erneut bearbeitet. Dadurch entstehen keine Maßungenauigkeiten. Aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses wird er auch für Formel-1-Komponenten verwendet.

Verteidigungs- und Militärindustrie

Die Legierung MS bietet eine außergewöhnliche Kombination aus extremer Festigkeit, Bruchzähigkeit, Dauerfestigkeit und Formstabilität. Herkömmliche Kohlenstoffstähle erreichen diese Eigenschaften nur schwer gleichzeitig. Daher wird sie zur Herstellung von Bauteilen wie Raketenmotorgehäusen, Präzisionslenkgehäusen und vielem mehr verwendet.

Formen und Werkzeuge

Bauteile im Formen- und Werkzeugbau erfordern hohe Präzision und Belastbarkeit bei zyklischer Belastung. Herkömmlicher Kohlenstoffstahl erfüllt diese Anforderungen nicht. Daher wird für die Herstellung von Spritzgusskernen, Druckgusseinsätzen und Präzisionsstempeln im Formen- und Werkzeugbau die Stahllegierung Maraging verwendet.

Ist Maraging-Stahl leicht zu bearbeiten?

Die Antwort auf diese Frage liegt im Zustand des Maraging-Stahls, ob er geglüht oder ausgehärtet ist. Im geglühten Zustand ist die Ni-Fe-Matrix weich und duktil, wodurch sich der Stahl gut bearbeiten und schweißen lässt. Nach der Aushärtung verstärken feine Ausscheidungen die martensitische Matrix, wodurch das Material deutlich härter und schwieriger zu bearbeiten wird. Eine solche Struktur ist schwer zu bearbeiten und erfordert Spezialwerkzeuge.

Warum lässt sich Maraging-Stahl vor der Alterung leichter bearbeiten?

Vor der Aushärtung lässt sich die Legierung leichter bearbeiten, da sie ihre endgültige Härte noch nicht erreicht hat. Das Material besitzt eine relativ duktile Nickel-Eisen-Martensitmatrix. Diese Matrix ist duktil und weich, wodurch sie sich gut zerspanen lässt. Im Vergleich dazu ist die Martensitstruktur nach der Aushärtung hart.

Häufige Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von Maraging-Stahl

Bei der Bearbeitung von Maraging-Stahl stehen Ingenieure vor zahlreichen Herausforderungen, deren Bewältigung eine strategische Planung erfordert. Hier einige häufige Herausforderungen:

• Beschleunigter Werkzeugverschleiß tritt insbesondere bei Hartmetallwerkzeugen auf.
• Kaltverfestigungstendenz bei nicht optimierter Vorschubgeschwindigkeit
• Wärmekonzentration in der Schnittzone aufgrund mäßiger Wärmeleitfähigkeit
• Schlechte Spanbrucheigenschaften entstehen durch Kantenaufbau. Dies führt zu langen, faserigen Spanen.
• Schwingungsprobleme (Chatter) in dünnen oder komplexen Geometrien

Wie bearbeitet man Maraging-Stahl?

Wie bereits erwähnt, erfordert die frühe Bearbeitung von Maraging spezielle Techniken und Strategien; hier sind die Vorschläge unserer Experten dazu.

Maschine vor der Alterung

Die Bearbeitung des Bauteils sollte vorzugsweise vor der Alterung erfolgen. In diesem Stadium ist das Material weich und kohlenstofffrei. Es zeigt keine Sprödigkeit, und nach der Alterung der bearbeiteten Bauteile treten kaum bis gar keine Maßverformungen auf.

Verwenden Sie Hochleistungs-Schneidwerkzeuge

Obwohl die Bearbeitung im geglühten Zustand einfach ist, weist das Material dennoch eine gute Festigkeit auf, weshalb ein Hochleistungsschneidwerkzeug erforderlich ist. Werkzeuge aus kubischem Bornitrid (CBN) oder mit TiAlN beschichtet eignen sich hierfür.

Wärmekontrolle bei der CNC-Bearbeitung

Wenn ein Schneidwerkzeug ein Werkstück bearbeitet, entsteht durch Reibung Wärme. Diese Wärme kann zu Werkzeugverschleiß und zur Wärmeausdehnung des Werkstücks führen. Dies beeinträchtigt dessen Maßgenauigkeit. Daher werden Kühlmittel eingesetzt, um die bei der CNC-Bearbeitung entstehende Wärme zu kontrollieren.

Oberflächenbehandlung für Maraging-Stahl

Trotz hoher Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität werden viele CNC-Bauteile einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um ihre typischen Eigenschaften zu verbessern. Im Folgenden werden die gängigsten Oberflächenbehandlungsverfahren für legierten Stahl vorgestellt.

Nitrieren

Nitrieren eignet sich für Bauteile, die hohen Oberflächenbelastungen, Reibung und zyklischer Beanspruchung ausgesetzt sind. Beispielsweise werden in der Automobil- und Luftfahrtindustrie Motorventile und Kurbelwellen nitriert. Durch diese Behandlung bildet das Nitrid einen Komplex mit Eisen, wodurch das Material fester und ermüdungsbeständiger wird.

Polieren

Bauteile wie Wellen und Getriebekomponenten, deren Oberflächen ständig mit anderen Oberflächen in Kontakt stehen, müssen poliert werden. Dadurch wird die Oberflächenrauheit reduziert und die Oberfläche glatter. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer des Bauteils.

Beschichten und Beschichten

Da es sich bei MS um eine Eisen-Nickel-Legierung handelt, ist es unter aggressiven Bedingungen anfällig für Lochfraß und Korrosion. Um die Oberfläche vor diesen Einflüssen zu schützen, wird sie beschichtet und poliert. Bauteile wie Extrusionswerkzeuge und Gussformen werden ebenfalls beschichtet und galvanisiert.

Maraging-Stahl im Vergleich zu anderen Werkstoffen

Die Wahl des richtigen Materials ist ein entscheidender Faktor für den Erfolg Ihres Projekts. Wir unterstützen Sie bei der Auswahl des passenden Materials aus gängigen legierten Stählen und Maraging-Stahl entsprechend Ihren Anforderungen.

Maraging-Stahl vs. Werkzeugstahl

Werkzeugstahl ist die richtige Wahl, wenn Verschleißfestigkeit, Zerspanungsleistung und geringere Materialkosten wichtiger sind als ein maximales Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Formstabilität nach der Aushärtung. Dies gilt beispielsweise für Schneidwerkzeuge und Stempel. Benötigt man hingegen höchste Festigkeit bei guter Zähigkeit und geringem Verzug nach der Wärmebehandlung, empfiehlt sich Maraging-Stahl für Präzisionskunststoffteile.

Maraging Legierter Stahl vs. Edelstahl

Sowohl Maraging-Stahl als auch Edelstahl sind ausscheidungshärtende (PH) Werkstoffe. Die Wahl hängt maßgeblich von den Anforderungen an die Festigkeit und die Umweltverträglichkeit ab. Wenn Ihre Bauteile besonders fest sein müssen, ein gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweisen und die Umweltverträglichkeit keine entscheidende Rolle spielt, wählen Sie Maraging-Stahl. Benötigen Sie hingegen hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, entscheiden Sie sich für Edelstahl wie beispielsweise 17-4PH.

Maraging-Stahl vs. Titan

Für hochpräzise Bauteile wie Spritzgussformeneinsätze und Raketenmotoren eignet sich Maraging-Stahl, da hier Dimensionsstabilität und höchste Festigkeit entscheidend sind. Für Projekte, die die Fertigung leichter, korrosionsempfindlicher Strukturen wie Flugzeugzellenverkleidungen oder Schiffsbefestigungen umfassen, ist Titan die bessere Wahl.

Maraging-Stahl vs. Inconel

Inconel und Maraging-Stahl sind beides außergewöhnliche Legierungen mit bemerkenswerten Eigenschaften. Für Werkzeuge, die höchste Festigkeit, präzise Bearbeitung und minimalen Verzug nach der Aushärtung erfordern, wird im Luft- und Raumfahrtbereich Maraging-Stahl eingesetzt. Für extreme Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit ist Inconel jedoch die bevorzugte Wahl.

Fazit

Maraging-Stahl zählt aufgrund seiner außergewöhnlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu den bemerkenswertesten Stahlsorten. Er findet in zahlreichen Branchen Anwendung. Kenntnisse über Maraging-Stahl helfen Ihnen, fundierte Entscheidungen bei der Materialauswahl für Ihr Projekt zu treffen. Bei Fragen oder wenn Sie ein Angebot für dieses Material benötigen, kontaktieren Sie uns gerne. Unsere Experten stehen Ihnen jederzeit zur Verfügung. Die Stahlbearbeitungskompetenz von Tuofa erfüllt Ihre Anforderungen an hochfeste Bauteile.

FAQ

Ist Maraging-Stahl magnetisch?

Ja, Maraging ist typischerweise magnetisch, da es sich um eine Eisenlegierung mit kubisch-raumzentrierter Struktur handelt. Es besitzt ferromagnetische Eigenschaften.

Was entspricht einer Heirat von 350?

Diese Werkstoffe weisen die gleiche chemische Zusammensetzung und Streckgrenze wie Maraging 350 auf. Sie unterscheiden sich hauptsächlich nur durch den jeweiligen Hersteller:

• Vascomax 350 (Eingetragenes Warenzeichen von Allegheny Technologies/Allvac)
• UNS S35000 (Unified Numbering System identifier)
• DIN 1.6355 / 1.6356 (Europäische Normen)
• ATI C-350 (ATI Speziallegierungen)

Ist Maraging-Stahl Edelstahl?

Nein, Edelstahl ist kein Maraging-Stahl. Beide sind Nickelbasisstähle, aber Maraging-Stahl enthält Kobalt, das für seine Festigkeit und Härte verantwortlich ist. Bei Edelstahl ist Chrom hauptsächlich für die Korrosionsbeständigkeit verantwortlich, indem es eine schützende Oxidschicht bildet.

Rostet Maraging-Stahl?

Ja, es rostet bei Feuchtigkeit und bestimmten Bedingungen. Deshalb wird bei Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen eine Schutzbeschichtung aufgebracht.