UGI 4057 AIR: Hochleistungs-Martensitischer Edelstahl mit überlegener Korrosionsbeständigkeit

UGI 4057 AIR ist ein martensitischer Edelstahl mit Nickelzusatz. Sein Chromgehalt von 15 % gewährleistet eine höhere Korrosionsbeständigkeit als klassische martensitische Edelstähle wie AISI 410 oder 420. Die Legierungsbalance zwischen Chrom, Nickel und Kohlenstoff wurde sorgfältig gewählt, um nach der Austenitisierung eine fast vollständig martensitische Struktur (mit begrenzten Mengen an Restenaustenit und Delta-Ferrit) zu erhalten und volle Festigkeit zu entwickeln. Dieser Werkstoff wird bevorzugt im vergüteten Zustand eingesetzt, der je nach Anlasstemperatur ein breites Spektrum an mechanischen Eigenschaften bietet.

Mikrostruktur und Reinheit

Im vergüteten Zustand weist der Werkstoff eine vollständig martensitische Mikrostruktur mit feinen Chromkarbiden auf. Delta-Ferrit wird durch Warmwalzen und Austenitisierung nahezu vollständig eliminiert (Delta-Anteil < 5 % garantiert). Die folgende Mikroreinheit gemäß ASTM E45/A wird für UGI 4057 AIR garantiert:

Typ	A		B		C		D
Bewertung	Dünn	Dick	Dünn	Dick	Dünn	Dick	Dünn	Dick
< 2	< 2	≤ 2	< 2	≤ 2	< 2	≤ 2	< 2

Für Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Mikroreinheit ist UGI 4057 AIR auch in ESR-vergüteter Ausführung erhältlich.

Magnetische Eigenschaften

UGI 4057 AIR ist bei Raumtemperatur bis 727 °C (Curie-Temperatur) ferromagnetisch. Seine magnetischen Eigenschaften sind halbhart und werden durch das Anlassen signifikant verändert. Die Entwicklung in Abhängigkeit von der Anlasstemperatur ist im Diagramm des Datenblatts dargestellt.

Physikalische und mechanische Eigenschaften

Allgemeine Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert
Dichte	20 °C	7,71 g/cm³
	100 °C	7,69 g/cm³
	200 °C	7,66 g/cm³
	300 °C	7,64 g/cm³
	400 °C	7,60 g/cm³

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Elastizitätsmodul	20 °C	215 GPa
	100 °C	212 GPa
	200 °C	205 GPa
	300 °C	200 GPa
	400 °C	190 GPa
Härte, Brinell		293 HB	min.

Thermische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	10,6 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 100 °C
	11,2 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 200 °C
	11,7 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 300 °C
	12,1 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 400 °C
Spezifische Wärmekapazität	460 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	25 W/(m·K)

Elektrische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert
Elektrischer Widerstand	7 × 10⁻⁷ Ω·m

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff	0,12 – 0,20
Chrom	15,0 – 17,0
Kupfer	0,5	max.
Mangan	1,0	max.
Molybdän	0,30	max.
Nickel	2,0 – 3,0
Phosphor	0,025	max.
Silizium	1,0	max.
Schwefel	0,005	max.

Technologische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

UGI 4057 AIR wird häufig in hochbeanspruchten Bauteilen eingesetzt, bei denen eine gute Korrosionsbeständigkeit konstruktiv relevant ist, beispielsweise bei Luftfahrtbeschlägen, Pumpenwellen und Ventilteilen. Der Werkstoff erfüllt zudem die Anforderungen der EN 10272 bezüglich Druckbehältern.

Korrosionsbeständigkeit

Diese Legierung besitzt eine gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und zählt zu den besten Standard-Martensitgüten hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit; nur strukturell gehärtete Güten wie UGIMA® 4542 weisen eine höhere Beständigkeit auf (unter martensitischen Güten). Sie ist zudem beständig gegen bestimmte Erdöl- und organische Produkte.

Medium	Verhalten / Einsatz
Salpetersäure	GUT
Phosphorsäure	Eingeschränkter Einsatz
Schwefelsäure	Eingeschränkter Einsatz
Essigsäure	Eingeschränkter Einsatz
Natriumcarbonat	Durchschnittlich
NaCl (Nebelprüfung)	Durchschnittlich
Feuchtigkeit	GUT
Seewasser	Eingeschränkter Einsatz

Hinweis: Die Korrosionsbeständigkeit eines Edelstahls hängt von vielen Faktoren ab, die mit der Zusammensetzung der korrosiven Atmosphäre zusammenhängen (Chloridkonzentration, Vorhandensein oder Fehlen von Oxidationsmitteln, Temperatur, pH-Wert, Rühren oder Nicht-Rühren usw.) sowie von der Materialvorbereitung (metallpartikelfreie Oberflächen, Oberflächenbeschaffenheit wie Härten, Polieren usw.). Bei bestimmten Prüfungen wie dem Natriumchlorid-Nebelprüfverfahren (ISO 9227) sind Vorsichtsmaßnahmen zu beachten: beispielsweise sollten Markierungsetiketten (die Korrosionsausläufer verursachen und die Prüfwiderstandszeit verringern können) nicht auf der Probe verwendet werden.

Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlungen von UGI 4057 AIR bestehen aus zwei Schritten:

• Austenitisierung: Zweck ist das Lösen von Kohlenstoff und die Erhärtung eines harten, übersättigten Martensits. Temperaturbereich: 950 °C bis 1030 °C, Haltezeit mindestens 30 Min. Die Abkühlung muss schnell genug sein, um Gittergrenzausscheidungen zu vermeiden (schädlich für Zähigkeit), aber nicht zu schnell, um Vergütungsrisse zu vermeiden. Ölhärtung (mit mäßig drastischem Medium) oder Luftkühlung sind je nach Bauteilgröße möglich.
• Anlassen: Zweck ist die Einstellung der mechanischen Eigenschaften für die Anwendung (Festigkeit/Zähigkeit-Kompromiss). Ein einfaches oder doppeltes Anlassen kann je nach Kundenspezifikation durchgeführt werden. Aufgrund des geringen Restenaustenitgehalts nach der Austenitisierung kann UGI 4057 AIR indifferent einfach oder doppelt angelassen werden. Für QT900 werden folgende Anlasswege empfohlen:
  • 640 °C / 4 h / Luft + 610 °C / 4 h / Luft (doppeltes Anlassen)
  • 650 °C / 4 h / Luft (einfaches Anlassen)
• Weichglühen: Vollweichen ist aufgrund der langen Abkühlzeiten unpraktikabel. Stattdessen kann folgendes Teilweicheverfahren angewendet werden:
  • Austenitisierung bei eher niedriger Temperatur zur Bildung kugeliger Karbide, typischerweise bei 800 °C für 2 Stunden Haltezeit, gefolgt von Ofenkühlung bis 600 °C und Luftkühlung darunter.
  • Hochtemperatur-Anlassen bei 680–700 °C für 4 Stunden gefolgt von Luftkühlung.

Warmumformung

UGI 4057 AIR ist zum Schmieden geeignet. Langsames Erhitzen auf 850 °C, dann schneller auf 1150/1180 °C zum Schmieden zwischen 1180 °C und 950 °C. Dem Schmieden muss eine Spannungsarmglühung bei 200 °C oder Weichglühen zwischen 750 und 850 °C oder Härten und Anlassen folgen.

Lieferbare Produkte

Produkt	Profil	Oberfläche	Toleranz	Größe (mm)
Stab	Rund	Warmgewalzt entzundert	k13-k12	22-115
		Gedreht	k13-k12	22-115
		Geschliffen / Geschält und poliert	h11-h10 / h9	22-115
		Zentrisch geschliffen	h9-h8-h7	5-115
		Kaltgezogen	h9	5-21

Schweißen

Unter Beachtung bestimmter Vorsichtsmaßnahmen kann UGI 4057 AIR den meisten Lichtbogen- oder Widerstandsschweißverfahren in vergütetem, gehärtetem oder weichgeglühtem Zustand unterzogen werden.

Um Kaltrißbildung nach dem Schweißen zu vermeiden, muss UGI 4057 AIR auf 200–300 °C vorgeheizt werden und die Zwischentemperaturen bei mindestens 200 °C gehalten werden. Nach dem Schweißen ist eine Anlasswärmebehandlung bei 650 °C erforderlich.

Falls ein Zusatzwerkstoff benötigt wird, wird ein Schweißdraht mit ähnlicher Zusammensetzung wie UGI 4057 AIR empfohlen, insbesondere wenn die mechanischen Eigenschaften des Schweißguts denen des Grundwerkstoffs entsprechen sollen. Andernfalls kann AWS E/ER310 austenitischer Draht verwendet werden.

Für MIG-Schweißen werden Ar + 1 bis 3 % CO₂ oder O₂ als Schutzgase empfohlen. Gase mit H₂-Zusatz sollten nicht verwendet werden. Beschichtete Elektroden müssen vor dem Schweißen im Ofen getrocknet werden.