UGI® 4545 AIR (15-5PH) – Luftfahrt-Edelstahl mit Ausscheidungshärtung, Premium-Qualität

Übersicht

UGI® 15-5PH AIR (bzw. UGI® 4545 AIR) ist ein martensitischer Ausscheidungshärtungs-Edelstahl (PH) in Premium-Qualität, primär für Luftfahrtzwecke entwickelt. Er vereint hohe Festigkeit mit hoher Zähigkeit und zeigt gute Beständigkeit gegen Ermüdungsbruch. Der Werkstoff wird im Elektroschlacke-Umschmelzverfahren (ESR) nach AMS 5659 Typ 2 hergestellt – modernste Technologie für hohe Homogenität und Isotropie der Struktur sowie hohe mechanische Eigenschaften in Längs- und Querrichtung. (Ferromagnetisch)

Das Gefüge im Lichtmikroskop zeigt homogenes Martensit mit Niob-Carbonitrid-Ausscheidungen (weiße Partikel im REM) und Restenaustenit, dessen Anteil vom metallurgischen Zustand abhängt. Die nanometrischen Cu-reichen Ausscheidungsphasen sind im TEM sichtbar. UGI® 15-5PH AIR weist einen Delta-Ferrit-Anteil < 1 % auf (geringer als UGI® 17-4PH AIR) nach AMS 2315 und eine ehemalige Austenitkornfeinheit ≤ 6.

Als verbrauchbare ESR-Qualität produziert, sind die verbleibenden Einschlüsse sehr klein und gleichmäßig verteilt. Garantierte Mikroreinheit nach ASTM E45/A: A,B,C,D (dünn) < 1,5 – A,B,C,D (schwer) < 1.

Eigenschaften

Allgemein

Eigenschaft	Wert
Dichte	7,8 g/cm³

Mechanisch

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Elastizitätsmodul	20 °C	200 GPa
	100 °C	195 GPa
	200 °C	185 GPa
	300 °C	170 GPa
Härte Brinell	300 °C	175 GPa
Härte Rockwell C	–	363 HB	max.
	–	38 HRC	max.

Thermisch

Eigenschaft	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	10,5 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 100 °C
	11,1 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 200 °C
	11,5 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 300 °C
	11,9 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 400 °C
Spezifische Wärmekapazität	500 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	16 W/(m·K)

Elektrisch

Eigenschaft	Wert
Elektrischer Widerstand	7,1 × 10⁻⁷ Ω·m

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff (C)	≤ 0,07	max.
Chrom (Cr)	14,5 – 15,3
Kupfer (Cu)	2,5 – 4,0
Mangan (Mn)	≤ 1,0	max.
Molybdän (Mo)	≤ 0,5	max.
Nickel (Ni)	4,5 – 5,5
Niob (Nb)	≤ 0,45	max., min: 5×C
Phosphor (P)	≤ 0,025	max.
Silizium (Si)	≤ 0,60	max.
Schwefel (S)	≤ 0,005	max.

Technologische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

• Luftfahrt als Premium Aircraft Quality
• Sensorfertigung, z. B. Drucksensoren
• Medizintechnik (Zubehör)
• Wellen, Zahnräder
• Fittings
• Strukturbauteile …

Korrosionseigenschaften

UGI® 15-5PH AIR bietet gute Korrosionsbeständigkeit, teils vergleichbar mit 18 Cr-8 Ni austenitischen Stählen.

Medium	Verhalten
Salpetersäure	Gut
Phosphorsäure	Eingeschränkt
Schwefelsäure	Eingeschränkt
Essigsäure	Mittel
Natriumcarbonat	Mittel
NaCl (Nebelprüfung)	Gut
Feuchte	Sehr gut
Meerwasser	Eingeschränkt
Öl/Gas	Eingeschränkt

Lochfraßkorrosion: Deutlich besser als klassische 12 % Cr martensitische Stähle. Lochfraßpotenzial vergleichbar mit Supermartensit 1.4418 und austenitischem 1.4301 (AISI 304).

Interkristalline Korrosion: Durch niedrigen C-Gehalt (teilweise an Nb gebunden) unempfindlich bei ordnungsgemäßer Wärmebehandlung.

Weitere Mechanismen: Beständig gegen Korrosionsermüdung und Spannungsrisskorrosion in bestimmten Umgebungen/bedingungen. Gute Erosionskorrosionsbeständigkeit durch Kombination hoher mechanischer Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit.

Zerspanbarkeit

Wegen des niedrigen Schwefelgehalts und der hervorragenden Mikroreinheit zeigt UGI® 15-5PH AIR schlechte Spanbruchbarkeit, was Schwierigkeiten bei Bohren und Feindrehen verursachen kann. Wenn möglich, sollten die meisten Zerspanungsoperationen im Zustand A (lösungsgeglüht) erfolgen, um übermäßigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Zerspanung nach Ausscheidungshärtung wird nicht empfohlen – je höher die mechanischen Eigenschaften, desto höher der Werkzeugverschleiß und niedriger die Produktivität.

Im Zustand A zeigten Plandrehversuche (ap = 1,5 mm; f = 0,25 mm/U) an gezogenen Stäben mit STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 Werkzeug eine Schnittgeschwindigkeit von ~145 m/min für 0,15 mm Flankenverschleiß in 15 min Schneidzeit. UGIMA® 4542 (17-4PH mit verbesserter Zerspanbarkeit) erreicht ~160 m/min. Die Zerspanproduktivität von UGI® 15-5PH AIR liegt je nach Operation 10–30 % unter UGIMA® 4542.

Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung erfolgt in zwei Stufen:

1. Austenitisierung (Lösungsglühen): Überführung der Legierungselemente (bes. Cu) in übersättigten Martensit. Bei 1030–1050 °C, Abschrecken in Öl (oder Luft bei kleinen Querschnitten). Zustand A: mittlere Härte, Cu-Ausscheidung noch nicht wirksam. Oft für Zerspanung/Kaltumformung gewählt. Empfehlung: Spannungsarmglühen 300 °C / 1 h nach Austenitisierung zur Stabilisierung und Vermeidung von Abschreckrissen.
2. Altern (Ausscheidungshärtung): Nach Lösungsglühen, um Cu-reiche Phasen auszuscheiden und mechanische Eigenschaften einzustellen. Altern zwischen 480 °C (H900) und 620 °C (H1150). H900 = Härtemaximum. Ab ~580 °C bildet sich revertierter Austenit → Zähigkeitssteigerung, Festigkeitsabfall. H1025 oft optimaler Kompromiss.

Weichglühen (niedrigste Festigkeit): Thermischer Zyklus H1150M: Lösungsglühen + Anlassen 760 °C / 2 h + Altern 620 °C / 4 h. Ergebnis: Rm = 780 MPa, Rp = 710 MPa, HRC < 32 – deutlich weicher als Zustand A.

Zustand	Behandlung
A	1030/1050 °C Glühen
H900	1030/1050 °C Glühen, Luft/Öl abkühlen + Härten 1 h bei 480 °C / Luft
H925	1030/1050 °C Glühen, Luft/Öl abkühlen + Härten 4 h bei 495 °C / Luft
H1025	Glühen 1030/1050 °C / Luft oder Öl + Anlassen 4 h bei 550 °C, Luft
H1075	Glühen 1030/1050 °C / Luft oder Öl + Anlassen 4 h bei 580 °C, Luft
H1100	Glühen 1030/1050 °C / Luft oder Öl + Anlassen 4 h bei 590 °C, Luft
H1150	Glühen 1030/1050 °C / Luft oder Öl + Anlassen 4 h bei 620 °C, Luft

Warmumformung

UGI® 15-5PH AIR ist schmiedeeignend. Aufheizen: 1150–1200 °C, Schmieden: 1200–950 °C. Abkühlung an Luft oder in Öl. Die so erhaltenen Teile müssen wärmebehandelt werden (Lösungsglühen und ggf. Altern, siehe oben).

Lieferprogramm

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

Andere Produkte auf Anfrage.

Oberflächenbehandlung

Beizen: Wie Stahlgüte 630.

Entkontamination (Entfernung von Fremdeisen): Empfohlenes Verfahren:

• 1/4 Volumen 52 % Salpetersäure (36° Bé)
• 3/4 Volumen Wasser
• Raumtemperatur
• Dauer anpassen
• Nach Abschluss gründlich spülen

Hinweis: Die Korrosionsbeständigkeit hängt von vielen Faktoren ab (Atmosphäre, Oberflächenzustand). Bei Salznebeltest (ISO 9227) keine Etiketten verwenden (Korrosionsunterkriechen).

Schweißen

UGI® 15-5PH AIR ist ohne Vorwärmen mit den meisten Verfahren schweißbar: GMAW, GTAW (mit/ohne Zusatz), Laser, Widerstand, Elektronenstrahl. Wenn die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht dem Grundwerkstoff entsprechen sollen: Kein Zusatzwerkstoff oder homogener Zusatz (AWS E/ER 630) + nachträgliche Ausscheidungshärtung (siehe Wärmebehandlung). Wenn niedrigere Eigenschaften akzeptabel sind: Zusatzwerkstoff ER308LSi (19 9 L Si).

Ohne nachträgliche Ausscheidungshärtung kann ein Spannungsarmglühen bei 250/300 °C die Zähigkeit der WEZ erhöhen und Kaltisserrisiko durch martensitisches Gefüge im Ungeschweißten Zustand mindern. Konstruktiv auf Kerben und Querschnittssprünge verzichten (wie bei allen hochfesten Stählen). Schutzgas GMAW: Ar + 1 % CO₂ oder 1–2 % O₂; H₂- und N₂-haltige Gase vermeiden (GMAW & GTAW).