Eigenschaften von AISI 316 für das Biegen von Edelstahl verstehen

AISI 316 ist ein austenitischer Edelstahl, der aufgrund seiner außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit, guten Duktilität sowie hervorragender Zerspanbarkeit und Biegsamkeit zur Herstellung von Teilen in der Lebensmittel-, Chemie-, Schifffahrts- und Medizintechnik eingesetzt wird. Wenn Sie für Ihr Projekt korrosionsbeständige Bauteile suchen, lesen Sie diesen umfassenden Leitfaden zu AISI 316 sorgfältig durch, um dessen chemische Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendungen besser zu verstehen.

Was ist AISI 316-Material?

AISI 316, einer der austenitischen Edelstähle mit Molybdänanteil, zeichnet sich durch seine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aus und zeigt besonders in chloridhaltigen sowie anderen industriellen chemischen Umgebungen hervorragende Leistungen. Zudem verfügt er über gute Festigkeit und Duktilität, was ihn für biegebeanspruchte Komponenten geeignet macht. Typischerweise wird AISI 316 häufig zur Fertigung von Bauteilen verwendet, die eine hohe Salzbeständigkeit oder Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation erfordern.

Wie lautet ein anderer Name für AISI 316?

AISI 316 wird aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung bzw. Legierungselemente auch als 18/10-Edelstahl oder Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl bezeichnet. Er enthält 18 % Chrom und 10 % Nickel. Darüber hinaus wird er in praktischen ingenieurtechnischen Anwendungsszenarien oft als maritimer Edelstahl oder einfach als Edelstahl 316 bezeichnet.

Welches Material entspricht AISI 316?

In verschiedenen Ländern und Industriestandards besitzt AISI 316 mehrere entsprechende Bezeichnungen. Zu den gleichwertigen Werkstoffen zählen:

• UNS S31600: Einheitliches Nummerierungssystem
• EN 1.4401: Europäischer Standard
• SUS 316: Japanischer Industriestandard
• X5CrNiMo17-12-2: Deutsche/Europäische Bezeichnung
• 06Cr17Ni12Mo2: Chinesischer Standard

Diese Werkstoffe weisen eine ähnliche chemische Zusammensetzung sowie nahezu identische Eigenschaften und Funktionen auf. Daher können sie für dieselben Anwendungen eingesetzt werden.

Chemische Zusammensetzung von AISI 316

Die chemische Zusammensetzung von AISI 316 bestimmt dessen Rissbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie das Verhalten beim Kaltverfestigen während des Biegeprozesses. Die nachstehende Tabelle gibt die wichtigsten chemischen Elemente und deren Gehalte an (gemäß ASTM A240).

Molybdän ist das entscheidende Element, das AISI 316 von AISI 403 unterscheidet; es erhöht direkt die Korrosionsbeständigkeit des Materials unter Biegebelastung. Der Nickelgehalt von 10–14 % gewährleistet eine stabile austenitische Mikrostruktur von AISI 316, was die Plastizität beim Biegen weiter verbessert.

Korrosionsbeständigkeit

Chrom ermöglicht es dem 18/10-Edelstahl, an der Oberfläche einen dichten Passivierungsfilm zu bilden, der Korrosion wirksam entgegenwirkt. In Chloridionen-Umgebungen kann das Molybdän zudem die lokale Schädigung der Passivierungsschicht verringern und das Lochfraßpotential erhöhen. Was gekrümmte Teile aus Edelstahl 316, die Säurebeize oder Passivierungsbehandlung betrifft, so empfiehlt sich diese, um die Integrität des Passivierungsfilms wiederherzustellen.

Oxidationsbeständigkeit

Die Oxidationsbeständigkeit von AISI 316 hängt maßgeblich von Chrom und Nickel ab. Chrom bildet bei hohen Temperaturen eine kontinuierliche Cr2O3-Oxidschicht, die das Eindringen von Sauerstoff in das Materialinneres verhindert. Unter bestimmten Bedingungen kann AISI 316 selbst bei Temperaturen bis etwa 870 °C eine gute Oxidationsbeständigkeit aufrechterhalten.

Passivierungsverhalten

AISI 316 bildet eine chromreiche Oxidschicht mit einer Dicke von 2–5 Nanometern. Bei der Fertigung kann das Biegeverfahren jedoch leicht den ursprünglichen Passivierungsfilm zerstören. Daher benötigen korrosionsbeständige Teile aus AISI 316 eine spezielle Passivierungsbehandlung, wobei die Einwirkzeit der Beize sorgfältig kontrolliert werden sollte, um eine übermäßige Korrosion zu vermeiden.

Physikalische Eigenschaften von AISI 316

Die physikalischen Eigenschaften bestimmen während der Fertigung die Wärmeleitfähigkeit, die thermische Ausdehnung sowie das magnetische Verhalten von 316-Edelstahl. Diese Parameter können den Biegeprozess und die Abmessungen von 316-Edelstahlteilen direkt beeinflussen.

Wärmeleitfähigkeit

Bei Raumtemperatur weist AISI 316 eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 15 W/(m·K) auf, was deutlich niedriger ist als die von Kohlenstoffstahl. Dies bedeutet, dass 316-Edelstahl über eine geringe Wärmeleitfähigkeit verfügt. Folglich lässt sich die Wärme beim Warmbiegen nur schwer abführen. Daher sollten beim Warmbiegen von 316-Edelstahl die Erwärmungsgeschwindigkeit und der Erwärmungsbereich kontrolliert werden, um Rissbildung zu vermeiden.

Wärmeausdehnungskoeffizient

Der lineare Ausdehnungskoeffizient von AISI 316-Edelstahl beträgt 16,5 × 10⁻⁶ /°C und liegt damit deutlich über dem von Kohlenstoffstahl sowie von ferritischem Edelstahl und Kohlenstoffstahl.

Magnetische Eigenschaften

AISI 316-Edelstahl ist nicht magnetisch. Aufgrund seines hohen Nickelgehalts besitzt er eine stabile FCC‑Kristallstruktur. In dieser Struktur sind die Metallatome und Elektronen nicht so ausgerichtet, dass ein magnetischer Anziehungseffekt entsteht; daher ist 316-Edelstahl paramagnetisch.

Mechanische Eigenschaften von AISI 316

Mechanische Eigenschaften sind für die Herstellung von AISI 316‑Teilen von entscheidender Bedeutung. Im Folgenden werden seine mechanischen Eigenschaften und deren Auswirkungen näher betrachtet.

 Streckgrenze

Im geglühten Zustand liegt die typische Streckgrenze von AISI 316 bei 205–240 MPa, was relativ niedrig ist. Das bedeutet, dass das Material leicht in die plastische Deformationsphase übergeht, was das Biegen erleichtert. Allerdings kann es im praktischen Fertigungsprozess durch den Biegevorgang zu einer Kaltverfestigung kommen.

Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit von AISI 316 beträgt typischerweise 515–620 MPa. Beim Biegen darf die Zugspannung an der Außenfläche des 316‑Edelstahls die Zugfestigkeit nicht überschreiten; andernfalls kommt es zum Reißen des Materials. Um dieses Risiko zu vermeiden, kann das Bauteildesign optimiert werden, beispielsweise durch die Festlegung der Mindestbiegeradius.

Dehnung

Im geglühten Zustand beträgt die minimale Dehnung von 316‑Edelstahl etwa 40–50 %, wobei häufig Werte zwischen 40 und 50 % erreicht werden. Es zeigt sich deutlich, dass 316‑Edelstahl eine hohe Dehnbarkeit aufweist, was bedeutet, dass er vor dem Bruch erhebliche Verformungen zulässt. Aus diesem Grund eignet sich 316 sehr gut für Biege-, Form- und Tiefziehprozesse.

Härte

Die typische Härte des geglühten AISI‑Stahls liegt bei HB 150–220 HRB. Diese relativ niedrige Härte erleichtert das Formen und verringert den Werkzeugverschleiß. Nach dem Biegen von Metallblechen kann jedoch lokal eine Kaltverfestigung auftreten, die die Härte auf 300–400 HRB erhöhen kann. Diese erhöhte Härte beschleunigt den Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung von AISI 316. Daher sollten für Teile, die sowohl gebogen als auch bearbeitet werden müssen, Hartmetallwerkzeuge verwendet werden, um die Schnittgeschwindigkeit zu reduzieren.

Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul von AISI 316 beträgt etwa 193 GPa und liegt damit nahe am Wert von Kohlenstoffstahl. Der Elastizitätsmodul ist der Schlüsselparameter zur Berechnung der Rückfederung.

Warum sollte man AISI 316 für die Fertigung von Teilen wählen?

Wählen Sie AISI 316‑Material für biegbare Teile aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, mechanischen Festigkeit und Biegsamkeit. Im Vergleich zu 304 sorgt der Molybdängehalt in 316‑Edelstahl dafür, dass es in salzhaltigen und sauren Umgebungen eine längere Lebensdauer aufweist. Zudem ermöglicht die überlegene Schweißbarkeit eine einfachere Verbindung zwischen 316‑Edelstahlteilen und anderen Komponenten. Daher ist AISI 316‑Edelstahl das optimale Material für die Herstellung chemischer Anlagen, mariner Komponenten sowie medizinischer Geräte.

Ist Edelstahl 316 biegbar?

Ja, AISI 316 weist eine ausgezeichnete Kaltumformbarkeit auf. Aufgrund seiner hohen Dehnung kann Edelstahl 316 bei Raumtemperatur Biegevorgänge an Blechen, Stangen und Rohren durchführen. Allerdings ist hierfür eine höhere Biegekraft erforderlich, da seine Kaltverfestigungsrate höher ist als die von Edelstahl 304.

Wie biegt man Teile aus Edelstahl AISI 316?

Biegen von AISI 316 gemäß den folgenden Richtlinien:

1. Berechnung des minimalen Biegeradius

Der Biegeradius sollte das 1,5- bis 2,0-fache der Blechdicke (t) betragen.

2. Rückfederungskorrektur

Die Rückfederung ist durch Probedrücke unter Berücksichtigung der Streckgrenze und des Elastizitätsmoduls von Edelstahl 316 zu ermitteln.

3. Werkzeugauswahl

Im Allgemeinen beträgt die Öffnungsbreite der V‑Matrize das 6–8-fache der Blechdicke, während der Stempelradius dem gewünschten inneren Biegeradius entsprechen sollte.

4. Biegegeschwindigkeit steuern

Eine moderate Biegeschwindigkeit (10–30 mm/s) wird empfohlen, um eine hochschnelle Stoßbelastung zu vermeiden.

Wofür wird AISI 316 verwendet?

AISI 316 findet breite Anwendung bei der Herstellung von Komponenten, die korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind. Es eignet sich zur Fertigung hochpräziser und äußerst korrosionsbeständiger Strukturbauteile. Nachfolgend sind einige typische Einsatzbereiche aufgeführt.

Lebensmittelteile

• Blechgehäuse
• Schaltschränke
• Behälter und Tanks

Medizinische Teile

• Instrumentengehäuse
• Tabletts
• Sterilisationsbehälter

Marinetische Teile

• Paneele
• Abdeckungen
• Halterungen

Teile für chemische Anlagen

• Filterplatten
• Platten für Wärmetauscher
• Präzisions-Blenden

Überlegungen beim Biegen von Edelstahlblechen AISI 316

Beim Biegen von Edelstahlblechen AISI 316 sind Rückfederung, Biegeradius sowie die Dicke der Bleche zu berücksichtigen, um die Maßhaltigkeit und ein angemessenes Kosten-Nutzen-Verhältnis sicherzustellen.

Rückfederung

Springback is the most important phenomenon requiring compensation in AISI 316 bending. The yield strength of AISI 316 is 205-240 Mpa, and modulus of elasticity is 193 Gpa, so the theoretical elastic recovery strain ranges from 0.00106-0.00124 mm/mm.

Technische Kompensationsmethoden umfassen:

• Überbiegung
• Unterbodenformung
• Streckbiegen

Mindestbiegeradius

Der minimale Biegeradius bezeichnet den kleinstmöglichen Wert des inneren Biegeradius, ohne dass es zu Rissbildung an der Oberfläche kommt. Für Edelstahlbleche AISI 316 beträgt der empfohlene kleinste Biegeradius:

• Bei t≤3mm, R_min ≈ 1,0 t;
• Bei 3mm≤t≤6mm, R_min≈ 1,5 t;
• Bei t≥6mm, R_min≈ 2,0 t;

Wenn der Biegeradius zu klein ist, können geringfügige Risse oder Brüche auftreten.

Dicke des Blechs

Die Dicke von 316-Edelstahlblechen kann die erforderliche Biegekraft, die Auswahl der Biegeform sowie die Biegequalität direkt beeinflussen. Beispielsweise beträgt die für ein 4 mm dickes AISI-316-Blatt erforderliche Biegekraft das Vierfache dessen eines 2 mm dicken Blechs. Zudem können Abweichungen in der Dicken-Toleranz während des Biegens zu Schwankungen beim Rückfederungseffekt führen.

Fazit

Für Ingenieure ist AISI 316 ein austenitischer Edelstahl, der aufgrund seines Gehalts an Nickel (Ni) und Molybdän (Mo) für seine unübertroffene Korrosionsbeständigkeit bekannt ist und somit die Zuverlässigkeit von Bauteilen in der Schifffahrts-, Chemie- und Lebensmittelindustrie sowie in medizinischen Geräten gewährleistet. Darüber hinaus eignet er sich dank seiner guten Biegefähigkeit besonders gut zum Biegen. Der Biegefertigungsservice von Tuofa unterstützt Sie bei der Herstellung hochpräziser Edelstahlteile mit glatter Oberfläche.

FAQ

Ist 304 oder 316 leichter zu biegen?

304-Edelstahl lässt sich leichter biegen, da seine Kaltverfestigungsrate niedriger, die Dehnung höher und die Streckgrenze relativ niedrig ist. Daher benötigt das Biegen von 304-Edelstahl eine geringere Biegekraft sowie einen kleineren Rückfederungswinkel.

Welcher Edelstahl eignet sich am besten zum Biegen?

Beim Kaltbiegen sind AISI 304 oder 430 leicht zu biegen. Wenn jedoch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, ist 316-Edelstahl die bessere Wahl. Für komplexe Biegevorgänge empfiehlt sich 316L oder 317L; diese Werkstoffe weisen eine geringere Kaltverfestigungsrate und eine bessere Plastizität auf. Martensitischer Edelstahl wird generell nicht für das Biegen empfohlen.

Was ist eine Halterung aus Edelstahl?

Ein Edelstahlhalter ist ein strukturelles Bauteil, das durch Biege-, Stanz- oder Schweißverfahren hergestellt wird. Es dient zur Befestigung, Unterstützung oder Verbindung anderer bearbeiteter Teile. Zu den spezifischen Haltertypen zählen L-förmige, U-förmige und Z-förmige gebogene Komponenten. AISI-316-Edelstahlhalter werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in maritimen und chemischen Anlagen eingesetzt.