Martensitaushärtender Stahl MS1 Pulver

Martensitaushärtender Stahl bezeichnet eine Familie von hochfesten Stählen, die ihre Festigkeit nicht durch Kohlenstoff, sondern durch die Ausscheidung intermetallischer Verbindungen erhalten. Martensitaushärtende Stähle bieten eine hervorragende Kombination mechanischer Eigenschaften wie hohe Festigkeit, gute Bruchzähigkeit und gute Schweißbarkeit, was sie für verschiedene kritische industrielle Anwendungen nützlich macht. Maraging Steel MS1 Powder ist ein Pulver aus einer martensitaushärtenden Stahllegierung, das für additive Fertigungsverfahren wie Laser Powder Bed Fusion (LPBF) und Direct Energy Deposition (DED) entwickelt wurde. Als fortschrittlicher technischer Werkstoff bietet MS1 deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Maraging-Stählen für pulverbasierte AM-Verfahren. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über Maraging-Stahl MS1, einschließlich seiner Zusammensetzung, der wichtigsten Merkmale, Verarbeitungsmethoden, Anwendungen, Vor- und Nachteile und Lieferdetails.

Übersicht über Maraging Steel MS1 Powder

Martensitische Stähle sind einzigartige martensitische Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die ihre Festigkeit aus intermetallischen Ausscheidungen beziehen, die sich bei der Wärmebehandlung während der Alterung bilden. Ihr niedriger Kohlenstoffgehalt sorgt für eine gute Schweißbarkeit, während die erheblichen Legierungszusätze eine hohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtungsmechanismen ermöglichen. MS1-Pulver wurde speziell für die additive Herstellung von Teilen aus martensitaushärtendem Stahl durch Pulverbettschmelzen oder gerichtete Energieabscheidung entwickelt. Wichtige Details von MS1-Pulver: Maraging Steel MS1 Powder Schlüssel Details

Parameter	Einzelheiten
Bezeichnung der Legierung	18% Ni, 9% Co, 5% Mo , Fe bal.
Standard-Spezifikation	ASTM B986
Dichte	8,1 g/cm3
Partikelgrößenbereich	15-53 μm
Herstellungsprozess	Gaszerstäubung
Wesentliche Merkmale	Höchste Festigkeit, gute Bruchzähigkeit und Duktilität nach Aushärtung, ausgezeichnete Dimensionsfähigkeit in AM, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit
Typische Anwendungen	Luft- und Raumfahrtkomponenten, Werkzeugeinsätze, Formteile, Automobil- und Maschinenteile

Mit seiner maßgeschneiderten Zusammensetzung und Partikelgrößenverteilung ermöglicht MS1 die additive Herstellung von dichten, hochwertigen Komponenten aus martensitaushärtendem Stahl mit mechanischen Eigenschaften, die denen herkömmlicher martensitaushärtender Stähle gleichwertig oder überlegen sind.

Zusammensetzung und Mikrogefüge von Maraging-Stahl MS1

Martensitaushärtende Stähle erhalten ihre einzigartigen Eigenschaften durch ihre kohlenstoffarme martensitische Matrix und spezielle Legierungszusätze. Die Zusammensetzung spielt eine entscheidende Rolle für die endgültige mechanische Leistung nach der Alterungsbehandlung. Martensitaushärtender Stahl MS1 - Nennzusammensetzung

Legierungselement	Gewicht %	Rolle
Nickel (Ni)	17-19	Ermöglicht eine martensitische Matrix beim Abschrecken und bietet einen Härtungseffekt
Kobalt (Co)	8-9	Trägt zur Aushärtung durch Ausfällung bei
Molybdän (Mo)	4.5-5.5	Niederschlagsverstärker
Titan (Ti)	0.3-0.8	Bildet Ausscheidungen, verfeinert die Korngröße
Aluminium (Al)	0.05-0.15	Verhindert die Bildung von Nitriden

*Andere Verunreinigungen (z. B. C, Si, Mn usw.) werden minimiert, um eine Verringerung der Bruchzähigkeit zu vermeiden. Eisen ist ausgewogen. Die martensitische Matrix mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und hohem Nickelanteil bietet eine Kombination aus hoher Festigkeit und guter Zähigkeit. Die erheblichen Zusätze von Kobalt und Molybdän ermöglichen die Bildung extrem harter metallischer intermetallischer Ausscheidungen wie Ni3(Ti, Mo) während der Alterungsbehandlung, die dem Werkstoff eine sehr hohe Festigkeit verleihen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sorten wurde MS1-Pulver speziell mit einer strengeren chemischen Kontrolle für reproduzierbare Eigenschaften in der additiven Fertigung entwickelt.

Wichtige Eigenschaften und Merkmale

Martensitaushärtender Stahl MS1 bietet eine außergewöhnliche Kombination aus ultrahoher Festigkeit, guter Bruchzähigkeit und Duktilität, hervorragender AM-Verarbeitbarkeit und anderen nützlichen technischen Eigenschaften, die für kritische industrielle Anwendungen geeignet sind. Martensitaushärtender Stahl MS1-Pulver - Wichtige Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften
Zugfestigkeit	Über 2450 MPa
Streckgrenze (0,2% Offset)	Über 2310 MPa
Dehnung	8%
Härte	Über 56 HRC

Physikalische Eigenschaften
Dichte	8,1 g/cm3

Leistungseigenschaften
Korrosionsbeständigkeit	Hervorragend, ähnlich wie die nichtrostenden Stähle der 300er-Reihe
Wärmeleitfähigkeit	10-12 W/m.K
Elektrischer spezifischer Widerstand	0,8 Mikrohm-cm

Wesentliche Merkmale:

• Ultrahohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtung
• Gute Bruchzähigkeit trotz sehr hoher Festigkeit
• Einheitliche Eigenschaften und Leistung bei AM
• Hervorragende Maßhaltigkeit bei AM
• Konstante chemische Kontrolle des Pulvers
• Gute Korrosionsbeständigkeit
• Hohe Härte sorgt für scharfe Werkzeugkanten
• Geeignet für komplizierte, komplexe Geometrien aus dem AM-Prozess

Die Kombination von Eigenschaften ermöglicht eine funktionelle Leistung bei kritischen Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, im Formen- und Werkzeugbau, in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und in anderen wichtigen Branchen.

Wärmebehandlung und Verarbeitung

Ein wichtiger Schritt zur Erzielung optimaler Eigenschaften von martensitaushärtenden Stählen ist die richtige Wärmebehandlung und Alterung. MS1-Pulver erfordert optimierte thermische Verarbeitungsparameter für die additive Fertigung, gefolgt von einer Alterungsbehandlung. Martensitaushärtender Stahl MS1 Standard-Wärmebehandlung

Schritt	Temperatur	Zeit	Phase/Zustand
1	1160-1200°C	Variiert	Lösungsansätze
2	490°C	6 Stunden	Alterung - Aushärtungsausscheidungen bilden sich
3	Abkühlen auf Raumtemperatur	–	Luft kühl oder schneller

Empfehlungen für die AM-Verarbeitung

• Aufrechterhaltung der Kammertemperatur von 80-100°C während der Bauphase
• Verwendung von auf der Bauplatte verankerten Stützstrukturen
• Teile so ausrichten, dass die Stütze nach dem Prozess entfernt werden kann
• Bearbeitung der Oberflächen vor der Alterung, um Spannungen abzubauen
• Nachbearbeitung mit HIP (Hot Isostatic Pressing), falls erforderlich
• Durchführen von Walzglühen, wenn umfangreiche Bearbeitungen erforderlich sind

Typische AM-Prozessparameter

Parameter	Einzelheiten
Schichtdicke	20-50 μm
Laserleistung	195-500 W
Scan-Geschwindigkeit	800-3500 mm/s
Abstand zwischen den Luken	60-120 μm
Pulverbett-Temperatur	80-100°C

Eine spezielle AM-Bearbeitung ist erforderlich, um vollständig dichte MS1-Bauteile zu erhalten und gleichzeitig die Partikelbindung und eine optimierte Mikrostruktur für die anschließende Verbesserung der Eigenschaften durch eine Alterungsbehandlung zu gewährleisten.

Anwendungen von Maraging-Stahl MS1-Pulver

Aufgrund seines hohen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, seiner guten Bruchzähigkeit und seiner Fähigkeit, komplexe Geometrien zu erzeugen, ist der martensitaushärtende Stahl MS1 in vielen kritischen kommerziellen und militärischen Anwendungen gefragt: Typische Anwendungen von Teilen aus martensitaushärtendem Stahl MS1

Industrie	Komponenten	Nachfragetreiber
Luft- und Raumfahrt	Strukturelle Beschläge, Triebwerksteile, Fahrwerk, Befestigungselemente	Hohe Festigkeit, Gewichtsreduzierung, Ermüdungsbeständigkeit
Industrieller Werkzeugbau	Druckgussformen, Spritzgussformen, Blasformen	Hohe Härte, Formbeständigkeit, komplexe Kühlkanäle
Automobilindustrie	Wellen, Motorkomponenten, Vorrichtungen für die Bearbeitung	Hohe Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit
Ordnungsamt	Geschosskörper, Rückhalteelemente	Ultrahohe Festigkeit
Maschinenpark	Walzen, Wellen, Pressenteile, Vorrichtungen	Abriebfestigkeit, Belastbarkeit

In der Luft- und Raumfahrt ermöglicht MS1 leichtere Flugzeugkomponenten und Fahrwerksteile mit gleichwertiger oder besserer mechanischer Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen für die Luftfahrt. Die Herstellung mittels AM ermöglicht komplexe, optimierte Geometrien, die mit Schmiede- oder Gussverfahren für herkömmliche hochfeste Legierungen nicht machbar sind. Für Metall-Spritzgussformen und Druckgusswerkzeuge bietet MS1 extreme Druckfestigkeit und langfristige Dimensionsstabilität über Hunderttausende von Zyklen sowie integrierte konforme Kühlkanäle, wodurch die Zykluszeiten gesenkt werden. Im Vergleich zu Formen aus Werkzeugstahl, die anfällig für Ermüdungsrisse und Wärmeprüfung sind, bieten MS1-Formen höhere Produktionsläufe. Bei Komponenten für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen, die zyklischen Belastungen und korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, weist MS1 erhebliche Vorteile in Bezug auf Haltbarkeit und Schadenstoleranz gegenüber konkurrierenden Edelstahl- oder Werkzeugstahllegierungen auf. Die hohe Härte übertrifft auch Alternativen mit geringerer Festigkeit für Pressformen und Spannvorrichtungen für die Bearbeitung.

Eigenschaften im Vergleich zu Alternativen

Martensitaushärtender Stahl MS1 bietet deutliche Vorteile in Bezug auf die Eigenschaften im Vergleich zu anderen, in ähnlichen Anwendungsbereichen verwendeten Werkstoffen: Martensitaushärtender Stahl MS1 gegenüber Vergleichsmaterialien

Werkzeugstähle	Gut	Messe	Gut	Messe	Messe
Rostfreie Stähle	Messe	Ausgezeichnet	Messe	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet
Titan-Legierungen	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Messe
Superlegierungen	Ausgezeichnet	Messe	Gut	Messe	Messe

Diskussion der vergleichenden Eigenschaften: In Bezug auf ZugfestigkeitMartensitaushärtender Stahl MS1 übertrifft bei weitem Aluminiumsorten für die Luft- und Raumfahrt, nichtrostende Stähle und sogar die meisten Werkzeugstähle mit Ausnahme spezieller Kaltarbeitsstähle. Titanlegierungen und Nickelsuperlegierungen können zwar mit den ultrahohen Festigkeiten von Maraging-Stahl mithalten, doch fehlt ihnen die Bruchzähigkeit. Für RisszähigkeitMS1 weist im Vergleich zu hochfesten Werkstoffen wie Werkzeugstählen oder Superlegierungen, die eher spröde sind, eine gute Beständigkeit gegen Risswachstum und Schlagschäden auf. Titanlegierungen und nichtrostende Stähle bieten jedoch eine bessere Zähigkeit. Unter ErmüdungsfestigkeitMS1 übertrifft Aluminium, rostfreie Stähle, Werkzeugstähle und konkurriert sogar mit Titanlegierungen durch eine hervorragende Ermüdungslebensdauer bei zyklischer Beanspruchung. Dies bietet Vorteile für dynamische Komponenten. Korrosionsbeständigkeit von MS1 ist viel besser als bei Werkzeugstählen und vergleichbar mit den nichtrostenden Sorten der 300er-Reihe, so dass es sich für Umgebungen eignet, in denen Komponenten aus Werkzeugstahl rosten würden. Schweißeignung ist ein Schlüsselbereich, in dem die martensitaushärtenden MS1-Sorten im Vergleich zu ausscheidungshärtenden rostfreien Stählen oder ausgehärteten Aluminium- und Titanlegierungen glänzen. Die niedrige Kohlenstoff- und Nickellegierung ermöglicht eine gute Schweißbarkeit mit verschiedenen konventionellen und AM-basierten Schweißverfahren. Alles in allem bietet MS1 äußerst wettbewerbsfähige Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen, die in ähnlichen technischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Formen- und Werkzeugbau, in der Automobilindustrie und in der allgemeinen Industrie eingesetzt werden.

Kostenanalyse

Martensitaushärtender Stahl MS1-Pulver bietet eine hochwertige Leistung, hat aber einen höheren Preis als weit verbreitete Metalle: Preisvergleich - Maraging Steel vs. Alternativen

Material	Preis ($/kg)	Relativer Preis
Martensitaushärtender Stahl MS1	$100-130	Hoch
Werkzeugstahl (P20)	$12-15	Niedrig
Rostfreier Stahl (316)	$8-12	Niedrig
Aluminium-Legierung (6061)	$3-5	Sehr niedrig
Titan-Legierung (Ti64)	$80-100	Hoch
Nickel-Superlegierung (Inconel 718)	$90-120	Sehr hoch

Martensitaushärtender Stahl ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Materialqualität preislich mit Titanlegierungen vergleichbar und wesentlich teurer als Werkzeugstähle oder nichtrostende Stähle. Die hohen Kosten sind jedoch für kritische Bauteile gerechtfertigt, bei denen eine höhere Leistung in Bezug auf Festigkeit, Ermüdungslebensdauer, Härteerhaltung und andere Eigenschaften erforderlich ist. Kostenfaktoren:

• Die Verarbeitung mittels Pulvermetallurgie verursacht höhere Kosten als Knetprodukte
• Strengere Anforderungen an die Chemie erhöhen die Produktionskosten
• Relativ geringere Produktionsmengen im Vergleich zu nichtrostenden Stählen
• Hohe Legierungsanteile erhöhen die Kosten für den Materialeinsatz
• Spezielles Wärmebehandlungsverfahren verursacht zusätzliche Kosten

Der Preisaufschlag beschränkt die Verwendung auf bestimmte Anwendungen, die außergewöhnliche Eigenschaften erfordern. Mit höheren Produktionsvolumina, die durch die Nachfrage im Bereich der additiven Fertigung angetrieben werden, ist jedoch in Zukunft mit einer gewissen Kostensenkung zu rechnen.

Verfügbarkeit und Lieferkette

Martensitaushärtender Stahl MS1 wird weltweit von Spezialstahlhändlern und Metall-AM-Pulverherstellern geliefert: Wichtige Lieferanten von Maraging Steel MS1-Pulver

Unternehmen	Standort des Hauptquartiers	Die wichtigsten Länder
Sandvik Fischadler	UK	Europa, APAC
Tischlertechnik	USA	Nordamerika
Höganäs	Schweden	Europa, Asien
Praxair	USA	Nordamerika
Triton Alloys Inc.	Kanada	Nordamerika
Peking Xingrongyuan Technologie	China	Asien-Pazifik

Kundenspezifische Varianten des MS1-Pulvers sind auch für die Parameteroptimierung von führenden Metall-AM-System-OEMs wie GE Additive, EOS, 3D Systems, Renishaw und anderen erhältlich. Im Vergleich zu weit verbreiteten industriellen Massenlegierungen ist Maraging-Stahl in geringeren Mengen verfügbar, aber der wachsende Markt wird durch Hochleistungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungssektor, in der Automobilindustrie und im Industriemaschinenbau angetrieben. Die globale Lieferkettenlogistik und die lokalisierte Produktion können die steigende Nachfrage nach AM-gestützter Produktion befriedigen.

Beschränkungen und Bedenken

Obwohl martensitaushärtender Stahl MS1 hervorragende Allround-Eigenschaften aufweist, gibt es einige Einschränkungen: Beschränkungen von martensitaushärtendem Stahl MS1

Begrenzung	Beschreibung
Hohe Kosten	4-10x teurer als Kohlenstoff- oder Edelstahl beschränkt die Verwendung auf kritische Komponenten
Geringe Oxidationsbeständigkeit	Nicht empfohlen für eine längere Verwendung in oxidierenden Umgebungen über 400°C
Erfordert kontrollierte Atmosphäre	Erfordert eine sauerstoffarme Umgebung während der AM-Builds
Niedrige Wärmeleitfähigkeit	AM-gefertigte Teile haben eine geringere Leitfähigkeit, was sich auf die Leistungsgrenzen auswirkt
Sicherheitsaspekte	Kobaltgehalt erhöht das Risiko von Atemwegserkrankungen
Schwierige Rezyklierbarkeit	Komplexe Zusammensetzung bringt Herausforderungen für das Recycling mit sich

Der Preisaufschlag ist der größte Hemmschuh für die allgemeine Akzeptanz. Die Anwendungsfälle sind auf hochwertige Anwendungen beschränkt, bei denen die mechanische Leistung die Kosten rechtfertigt. Die Oxidationsbeständigkeit ist aufgrund des geringeren Chrom- und Aluminiumgehalts geringer als bei Nickelsuperlegierungen oder rostfreien Legierungen. Längerer Hochtemperaturbetrieb erfordert Schutzbeschichtungen oder kontrollierte Umgebungen. Die Verarbeitbarkeit im Pulverbettschmelzverfahren erfordert sauerstoffarme Kammern, um Oxidation zu verhindern, während der Kobaltgehalt bei der Handhabung des Pulvers Risiken für die Atemwege birgt und Sicherheitskontrollen erforderlich macht.

FAQs

F: Was sind die wichtigsten Vorteile von Maraging Steel MS1 für die additive Fertigung? A: Zu den wichtigsten Vorteilen gehören ultrahohe Festigkeiten von mehr als 2450 MPa mit guter Bruchzähigkeit, konsistente und vorhersehbare Eigenschaften aufgrund der kontrollierten Pulverzusammensetzung, ausgezeichnete Dimensionsstabilität für AM-Teile, hohe Härte von mehr als 56 HRC, die mit Kaltarbeitsstählen konkurrieren kann, dünnere Wände und geringeres Gewicht als bei Aluminiumteilen, Fähigkeit zur Herstellung komplexer Geometrien, bessere Langlebigkeit als Werkzeugstähle unter zyklischer Belastung. F: Welches Material hat die ähnlichsten Eigenschaften wie Maraging Steel MS1? A: In Bezug auf die Kombination von ultrahoher Festigkeit und guter Bruchzähigkeit sind Titanlegierungen für die Luft- und Raumfahrt wie Ti64 (Ti-6Al-4V) die beste Alternative. Allerdings hat Ti64 mit 4,4 g/cc eine höhere Dichte, während MS1 eine höhere spezifische Festigkeit aufweist. Für die Beibehaltung der Härte von über 56 HRC sind Kaltarbeitsstähle am ehesten geeignet, haben aber eine geringere Bruchzähigkeit. F: In welchen Branchen wird Maraging Steel MS1 am häufigsten verwendet? A: Zu den Schlüsselindustrien, in denen MS1 eingesetzt wird, gehören die Luft- und Raumfahrt für Flugzeugbeschläge, -komponenten und -befestigungen, der Formenbau (z. B. Spritzgussformen und Druckgusswerkzeuge) für die Herstellung von Teilen für die Automobilindustrie und die Unterhaltungselektronik, Teile des Antriebsstrangs in der Automobilindustrie (z. B. Wellen, Zahnräder, Pressenteile) und Industrieanlagen (z. B. Walzen für die Lebensmittelverarbeitung), die Korrosionsbeständigkeit erfordern. Künftige Wachstumsbereiche umfassen eine breitere Anwendung bei Fahrzeugstrukturen, Prothetik und Sportartikeln. F: Muss MS1 vor der Verwendung wärmebehandelt werden? A: Ja, die Wärmebehandlung durch Lösungsglühen mit anschließender Alterung ist entscheidend, um die ultrahohe Festigkeit von über 2450 MPa und eine Härte von über 56 HRC durch Ausscheidungshärtung zu erreichen. Optimierte AM-Bauparameter in Kombination mit der Alterungsbehandlung führen zu mechanischen Spitzenleistungen. F: Können Sie Teile aus martensitaushärtendem Stahl MS1 schweißen? A: Ja, MS1 weist eine gute Schweißbarkeit auf, die mit der von nichtrostenden Stählen der 300er-Reihe vergleichbar ist, im Gegensatz zu ausscheidungshärtenden rostfreien Stählen, die nach dem Schweißen ihre Eigenschaften verlieren. Es wird ein Schweißzusatzwerkstoff mit passender Zusammensetzung empfohlen, und nach dem Schweißen kann eine Alterungsbehandlung erforderlich sein, um die Spitzenfestigkeit in der Wärmeeinflusszone wiederherzustellen.

Schlussfolgerung

Mit seiner maßgeschneiderten Chemie und Verarbeitungsmethode, die eine Festigkeit von über 2450 MPa nach der Aushärtung ermöglicht, bietet Maraging Steel MS1-Pulver bahnbrechende Möglichkeiten für die nächste Generation von Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Formwerkzeug- und kritischen Industrieanwendungen. Die ultrahohen Festigkeiten stehen den Kaltarbeitsstählen in nichts nach und bieten gleichzeitig eine wettbewerbsfähige Zähigkeit gegenüber Titan- oder Nickellegierungen, eine Korrosionsbeständigkeit, die der von rostfreien Stählen der 300er-Serie nahe kommt, sowie eine einfachere Schweißbarkeit als andere ausscheidungshärtende Legierungen. Die additive Fertigung unter Verwendung von MS1 ermöglicht eine noch nie dagewesene Bauteilleistung, die aus dem Verteidigungs- und Luftfahrtsektor nach unten durchdringt, während AM in breiteren kommerziellen und Verbraucheranwendungen eingesetzt wird. In dem Maße, in dem die industrielle Metall-AM die Produktion in größeren Stückzahlen vorantreibt, wird sich Maraging Steel MS1 als fortschrittlicher Konstruktionswerkstoff etablieren, der das Rückgrat von Mobilität, Infrastruktur und modernem technologischen Fortschritt bildet.