1.4542 / 17-4PH: Chrom-Nickel-Stahl mit Martensit und Ferrit

Bei 1.4542 oder X5CrNiCuNb16-4 handelt es sich um einen mit Niob stabilisierten Chrom-Nickel-Stahl, der im ausscheidungsgehärteten Zustand +P ein martensitisches Gefüge mit Ferritanteilen und Ausscheidungsphasen aufweist. 1.4542 wird mit 1.4548, der diesem analytisch ähnelt, unter der geläufigen Bezeichnung 17-4 PH zusammengefasst.

Die Richtanalyse für 1.4542 unterscheidet sich je nach zugrunde gelegter Norm:

Gemäß DIN EN 10088-3 verfügt 1.4542 über max. 0,07 % Kohlenstoff, max. 0,7 % Silicium, max. 1,5 % Mangan, max. 0,040 % Phosphor, max. 0,015 % bzw. bei Langprodukten max. 0,03 % Schwefel, 15,0 – 17,0 % Chrom, max. 0,6 % Molybdän, 3,0 – 5,0 % Nickel, 3,0 – 5,0 % Kupfer sowie Niob im Umfang des fünffachen Anteils von Kohlenstoff, jedoch max. 0,45 %.

Gemäß ASTM A564 besteht 1.4542 aus max. 0,07 % Kohlenstoff, max. 1,0 % Silicium, max. 1,0 % Mangan, max. 0,04 % Phosphor, max. 0,03 % Schwefel, 15,0 – 17,5 % Chrom, 3,0 – 5,0 % Nickel, 3,0 – 5,0 % Kupfer sowie Niob und Tantal im Umfang des fünffachen Anteils von Kohlenstoff, jedoch max. 0,45 %.

Zum Lieferumfang der Georg Grimm Edelstahlgroßhandlung GmbH bei der Güte 1.4542 / 17-4PH gehören Rundstahl und gesägte Sondermaße.

1.4542 / 17-4PH: Hervorragende mechanische Eigenschaften und große Bandbreite von Einsatzzwecken

1.4542 bzw. 17-4PH stellt ausgezeichnete mechanische Eigenschaften unter Beweis: Hervorzuheben sind z. B. die gute Zähigkeit bis -60 °C und die gute Festigkeit. Die Zugfestigkeit R_m liegt je nach Wärmebehandlungszustand zwischen 800 MPa und 1.270 MPa und die Härte bei max. 44 HRC. Zudem wird 1.4542 durch eine Streckgrenze R_p0,2 von mindestens 1.000 Mpa gekennzeichnet. Die erreichbaren Werte variieren in Abhängigkeit vom eingesetzten Wärmebehandlungszustand. Die  Bruchdehnung A₅ nimmt Werte von mindestens 10 % an. Charakteristisch für 1.4542 ist ein hoher Verschleißwiderstand und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Weiterhin ist 1.4542 magnetisierbar.

Für eine gesteigerte Homogenität und Duktilität sollte darauf geachtet werden, dass das Material aus 1.4542 nach dem Elektroumschmelzverfahren, kurz ESU, oder dem Vakuuminduktionsschmelzverfahren, kurz VIM, gefertigt wurde. Eine zusätzliche Kaltumformung und Auslagerung können bei der Güte 1.4542 zu einer erhöhten Festigkeit verhelfen.

Der Einsatzbereich erstreckt sich über eine große Bandbreite an Temperaturen. Zum einen eignet sich 1.4542 in den Zuständen H1150 und H1025 für den Einsatz bei Tieftemperaturen, so z. B. im Zustand H1150M bei bis zu -195 °C, wobei eine gute Kerbschlagzähigkeit vorliegt. Zum anderen ist 1.4542 bei hohen Temperaturen bis ca. 350 °C verwendbar.

1.4542 / 17-4PH: Hohe Korrosionsbeständigkeit in diversen Medien

Der Kupferanteil von bis zu 5 % hat bei 1.4542 maßgeblichen Einfluss auf die gute Korrosionsbeständigkeit, die sich in einem PREN-Wert von 15,0 bis 18,9 niederschlägt. Der Werkstoff 1.4542 beweist nicht nur eine Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, sondern auch gegen eine Vielzahl von Medien. Diese reichen von 7 %-iger Salpetersäure über 10 %-ige Ameisensäure bei 20 °C bis hin zu  Wasserdampf bei 400 °C. Darüber hinaus wird durch das  Ausscheidungshärten bei 620 °C eine Beständigkeit von 1.4542 gegen Spannungskorrosion und Schwingungskorrosion ermöglicht.

Daneben gibt es allerdings auch einige Medien, in denen die Korrosionsbeständigkeit der Güte 1.4542 nur begrenzt vorhanden ist. Zu nennen ist allen voran 1 %-ige Schwefelsäure, aber auch im Kontakt mit gesättigtem Kochsalz NaCl und Meerwasser tritt bei dem Werkstoff 1.4542 bei einer Temperatur von 20 °C Lochkorrosion auf. In stehendem Salzwassser neigt 1.4542 ferner zu Spaltkorrosion. Als vorbeugende Maßnahme bietet sich ein Schutzanstrich an. Der Tendenz des Werkstoffs zur Spannungskorrosion, die durch den Kontakt mit Meerwasser entsteht, kann durch ein Ausscheidungshärten bei 620 °C entgegengewirkt werden.

1.4542 / 17-4PH: Lösungsglühen und Ausscheidungshärten sorgen für gewünschte mechanische Eigenschaften

Zum Schmieden ist 1.4542 gut geeignet. Nach einer Erwärmungsphase im Temperaturbereich von 1.150 bis 1.180 °C kann das Werkstück bei 950 °C bis 1.180 °C geschmiedet werden. Darauf folgt eine Abkühlungsphase im Ofen, in Wasser oder in trockener Asche. Bedingt durch das in dem Werkstoff enthaltene kugelige Zementit ist bei 1.4542 von einem Weichglühen abzusehen. Stattdessen wird 1.4542 einem Lösungsglühen im Temperaturbereich von 1.030 °C bis 1.050 °C und im Anschluss daran einer Abkühlung mittels Luft oder Öl unterzogen. Zu beachten ist bei allen Wärmebehandlungen jedoch, dass eine Bildung von Martensit lediglich bei Temperaturen unter 200 °C möglich ist und bei Raumtemperaturen oftmals nicht vollständig abgeschlossen ist. Für das Auslagern ist es deshalb förderlich, die Güte 1.4542 entweder auf ca. -50 °C abzukühlen oder mehrstündig auf Raumtemperatur zu halten. Das Ausscheidungshärten sollte zeitnah nach dem Lösungsglühen erfolgen. Liegt ein Werkstück aus 1.4542 vor, das entsprechend Condition A lösungsgeglüht wurde, so lässt sich seine Festigkeit steigern, indem eine Kaltumformung durchgeführt wird. Wichtig ist es, auf eine anschließende Aushärtung zu achten.

1.4542 / 17-4PH: Beschränkte Schweißbarkeit und Spanbarkeit

Üblicherweise wird davon abgeraten, den Werkstoff 1.4542 zu schweißen. Prinzipiell ist das Schweißen aber nach allen bewährten Verfahren durchführbar. Eine Ausnahme stellt das Gasschweißen dar, von dem unbedingt abgeraten wird. Ist das Schweißen bei der Güte 1.4542 nicht zu umgehen, so sollte sich ein Lösungsglühen und Auslagern des Materials daran anschließen. Auf diesem Wege lässt sich die Wahrscheinlichkeit, dass Spannungsrisse entstehen, reduzieren. Bei sehr zähem Material empfiehlt es sich, auf das WIG-Verfahren zurückzugreifen.

Je nachdem welche Härte das Werkstück aufweist, ist die Güte 1.4542 für die spanende Bearbeitung nur bedingt geeignet. Dies gilt für lösungsgeglühtes wie auch ausgehärtetes Material. Die Spanbarkeit von 1.4542 lässt sich erhöhen, indem das Werkstück in einem Zeitraum von 2 Stunden bei 760 °C und von 4 Stunden bei 620 °C doppelt ausgelagert wird. Danach ist es unvermeidlich, das Lösungsglühen und Auslagern ein weiteres Mal durchzuführen. Eventuell an der Oberfläche auftretende Oxide in Form von Anlauffarben oder Zunder können maschinell oder chemisch entfernt werden. Die Oberfläche von 1.4542 lässt sich darüber hinaus polieren.

1.4542 / 17-4PH: Gute Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften für weitflächigen Einsatz in komplexen Anwendungsbereichen

1.4542 ist aufgrund seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und der hohen Korrosionsbeständigkeit vielseitig einsetzbar. In folgenden Industriezweigen findet 1.4542 weite Verbreitung: Anlagenbau, Maschinenbau, Automobilindustrie, Fahrzeugbau, Flugzeugbau, Papierindustrie, Holzindustrie, chemische und speziell die petrochemische Industrie, Erdölindustrie, Energietechnik, Messtechnik, Regelungstechnik, Bauindustrie,  Nahrungsmittelindustrie, Agrarindustrie, Sportindustrie und Freizeitindustrie. Weitere  Einsatzgebiete mit hohen Anforderungen wie Luftfahrt und Raumfahrt erschließen sich durch den Einsatz und die Verarbeitung von ESU- oder VU-erschmolzenem Material aus 1.4542.

Hervorzuheben ist der Schiffsbau, der 1.4542 u. a. zur Herstellung von  Dampfturbinenschaufeln nutzt. Schwierigkeiten, denen 1.4542 in diesem Umfeld womöglich aufgrund seiner Tendenz zur Lochkorrosion ausgesetzt sein könnte, lässt sich mittels Schutzmaßnahmen entgegenwirken. So besteht die Möglichkeit, betroffene Oberflächen vorsorglich mit einem Schutzanstrich zu versehen.

Eine Sonderstellung nehmen der Armaturenbau und Verdichterbau ein. Diese Bereiche profitieren davon, dass sich die Festigkeit von 1.4542 anhand verschiedener Wärmebehandlungen präzise an ihre Anforderungen anpassen lässt. So werden beispielsweise im Armaturenbau oftmals Schrauben und Spindeln aus diesem Werkstoff gefertigt, während im Verdichterbau hieraus Radscheiben und Deckscheiben entstehen. 1.4542 ist ferner ein verlässlicher Partner in der Medizintechnik zur Produktion von chirurgischen Instrumenten,  z. B. Schraubenziehern, oder Dentalinstrumenten, z. B. Bohrern. Weiterhin werden aus 1.4542 Schneidwerkzeuge wie Raspeln produziert.

Neben der Industrie trifft man auch im Alltag auf 1.4542, beispielsweise in Gegenständen wie Büromaschinen und Haushaltsgeräten.