UGI 4418 AIR Edelstahl – Hochfest, Kryogen-tauglich für Luft- & Raumfahrt

UGI 4418 AIR ist ein niedrig-kohlenstoffhaltiger super-martensitischer Edelstahl mit Nickelzusatz. Er wurde speziell für den Luft- und Raumfahrtmarkt entwickelt. Er vereint hohe mechanische Festigkeit mit hervorragender Zähigkeit und sehr guter Korrosionsbeständigkeit – deutlich besser als konventionelle hochkohlenstoffhaltige Fe-Cr-C-Martensitstähle. Dieser Werkstoff weist ausgezeichnete kryogene Eigenschaften auf.

Im vergüteten Zustand besteht das Gefüge von UGI 4418 AIR überwiegend aus angelassenem Martensit. Es kann Spuren von Ferrit (unter 5 %) und Restenaustenit enthalten, abhängig vom Durchmesser und den angewendeten Wärmebehandlungen.

Die Mikroreinheitsgarantien (Bewertung nach ASTM E45/Methode A) zeigen hervorragende Werte:

Güte	Epit (mV/ECS) ± 20 mV
1.4006 (AISI 410)	185
1.4307 (AISI 304L) (mit S=0,02 %)	400
1.4542 (17-4-PH AISI 630)	380
1.4418 (UGI 4418 AIR)	375

UGI 4418 AIR ist auch in einer elektroschlackeumgeschmolzenen (ESR) Version erhältlich. Der Werkstoff ist magnetisierbar.

Eigenschaften

Allgemein

Eigenschaft	Wert
Dichte	7,7 g/cm³

Mechanisch

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Elastizitätsmodul	20 °C	200 GPa
Elastizitätsmodul	100 °C	195 GPa
Elastizitätsmodul	200 °C	185 GPa
Elastizitätsmodul	300 °C	175 GPa
Elastizitätsmodul	400 °C	170 GPa
Härte Brinell		293 HBW	max., d ≤ 200 mm

Thermisch

Eigenschaft	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	10,3 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 100 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient	10,8 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 200 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient	11,2 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 300 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient	11,6 × 10⁻⁶ 1/K	20 bis 400 °C
Spezifische Wärmekapazität	430 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	15 W/(m·K)

Elektrisch

Eigenschaft	Wert
Elektrischer Widerstand	8 × 10⁻⁷ Ω·m

Chemische Zusammensetzung

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff	0,06 %	max.
Chrom	15,0 – 17,0 %
Kupfer	0,5 %	max.
Mangan	1,5 %	max.
Molybdän	0,8 – 1,2 %
Nickel	4,0 – 5,0 %
Stickstoff	0,02 %	min.
Phosphor	0,03 %	max.
Silizium	0,6 %	max.
Schwefel	0,005 %	max.

Technologische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

• Befestigungselemente (Fasteners)
• Drehteile
• Armaturen und Verbinder
• Bremskolben
• Strukturbauteile
• Wellen und Bolzen
• Behälter/Tanks

Kaltumformung

UGI 4418 AIR kann durch konventionelle Kaltumformprozesse (Stangen- und Drahtziehen, Formen, Profilieren) kalt umgeformt werden. Seine hohen mechanischen Eigenschaften erfordern besondere Aufmerksamkeit. Nach oder während Kaltumformoperationen kann ein Anlassen zur Erweichung notwendig sein. Bei hohen Umformgraden wird eine vollständige Vergütung (Anlassen + Härten) empfohlen.

Korrosionseigenschaften

Dank seines hohen Nickel-, Chrom- und Molybdängehalts bei niedrigem Kohlenstoffgehalt besitzt UGI 4418 AIR gute Korrosionsbeständigkeit.

Lokalisierte Korrosion – Lochfraßkorrosion: Die Lochfraßpotenziale wurden gemäß ISO 15158-2014 in einer 0,02 M NaCl-Lösung bei 23 °C gemessen. UGI 4418 AIR zeigt weitaus bessere Lochfraßbeständigkeit als ein 13 % Cr-Martensit (Typ 1.4006). Die Ergebnisse zeigen, dass die Lochfraßbeständigkeit von UGI 4418 AIR der von 1.4542 und 1.4307 (mit 0,020 % Schwefel) entspricht.

Interkristalline Korrosion: Struktur und Zusammensetzung machen UGI 4418 AIR unempfindlich gegen interkristalline Korrosion.

Wärmebehandlung

Erweichen: UGI 4418 AIR ist aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung mit sehr niedrigem Umwandlungspunkt (Ac1) schwer zu erweichen. Weichglühen erfolgt allgemein zwischen 600 °C und 650 °C.

Härten: Austenitisieren zwischen 1010 °C und 1060 °C, gefolgt von Ölhärten (oder Lufthärten bei kleineren Querschnitten). Um Härterisse zu vermeiden, muss das Anlassen so bald wie möglich nach dem Härten, nach Rückkehr auf Umgebungstemperatur, erfolgen.

Anlassen: Die Anlasstemperatur richtet sich nach den geforderten mechanischen Eigenschaften:

• QT 900: Anlassen zwischen 550 °C und 620 °C
• QT 1100 und QT 1150: Anlassen zwischen 375 °C und 405 °C

Die Anlassdauer beträgt généralement 2–4 Stunden, gefolgt von Luft- oder Öl-Kühlung. Doppeltes Anlassen kann zur weiteren Erweichung eingesetzt werden. Der Temperaturbereich 400–450 °C sollte vermieden werden, da er zu übermäßiger Versprödung führen kann.

Warmumformung / Schmieden

Aufheizen zwischen 1150 °C und 1200 °C wird empfohlen. Warmumformen (Schmieden) vorzugsweise zwischen 1200 °C und 900 °C, gefolgt von Luftkühlung. Das Schmiedeverhalten entspricht dem eines austenitischen Typs 1.4301. Nach dem Warmumformen wird eine vollständige Wärmebehandlung (Austenitisieren/Härten + Anlassen) empfohlen.

Lieferbare Produkte

Produkt	Profil	Ausführung	Toleranz	Abmessungen (mm)
Stäbe	Rund	Warmgewalzt, entzundert	K13–K12	22–115
		Gedreht	h11–h10	22–115
		Gedreht, poliert	h11–h10 / h9	22–115 / 22–55
		Geschliffen	h9–h8–h7	5–115
		Kaltgezogen	h9	5–30

Andere Produkte: Lieferanten kontaktieren.

Schweißen

UGI 4418 AIR kann durch Lichtbogenverfahren (GMAW, GTAW, SMAW) und die meisten anderen Verfahren (Punktschweißen, Nahtschweißen, LASER) geschweißt werden. Aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts und des Nickelgehalts ist es leichter zu schweißen als die meisten martensitischen Edelstähle.

Der niedrig-kohlenstoffhaltige Martensit in Kombination mit fein verteilter Restenaustenit verleiht den wärmebeeinflussten Zonen (HAZ) im ungeschweißten Zustand hervorragende Zähigkeit. UGI 4418 AIR ist daher nur geringfügig anfällig für Kaltcracks nach dem Schweißen; Vorwärmen ist normalerweise nicht erforderlich, außer bei sehr dicken Teilen oder Geometrien, die zu hohen Spannungskonzentrationen führen (dann Vorwärmen bei 100–120 °C empfohlen).

Füllwerkstoffe: Wenn das Schweißgut (WM) nicht die mechanischen Eigenschaften von UGI 4418 AIR erfordert, kann ein austenitischer Grad wie A316LM oder A316LT als Zusatzwerkstoff verwendet werden. Eine nachträgliche Wärmebehandlung ist dann generally nicht notwendig. Muss das WM die gleichen mechanischen Eigenschaften aufweisen, muss ein homogener Füllwerkstoff (z. B. „16 5 1“) verwendet werden. In diesem Fall wird eine Nachschweiß-Wärmebehandlung bei 580–600 °C empfohlen.

Beim GMAW mit homogenem Füllwerkstoff wird ein leicht oxidierendes Schutzgas wie Ar + 1–2 % CO₂ gewählt, um einen zu hohen Sauerstoffgehalt im WM zu vermeiden und gute Kerbschlagzähigkeiten zu gewährleisten.