1.2343 vs 1.2344 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Einführung
Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen zwei eng verwandten deutschen Warmarbeitswerkstoffen, wenn sie Stempel und Werkzeuge spezifizieren: 1.2343 und 1.2344. Die Entscheidung balanciert typischerweise die Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit gegen Zähigkeit, Schweißbarkeit und Kosten. Typische Entscheidungskontexte umfassen die Auswahl eines Stahls für Hochtemperaturformstempel (wo Warmhärte und Anlassempfindlichkeit wichtig sind) oder für Werkzeuge, die thermischen Schocks ausgesetzt sind (wo Zähigkeit und Rissbeständigkeit entscheidend sind).
Der primäre praktische Unterschied besteht darin, dass 1.2344 so formuliert ist, dass es eine etwas höhere Härtbarkeit, Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit bietet, während 1.2343 ein wenig von dieser maximalen Warmhärte für verbesserte Zähigkeit und etwas einfachere Wärmebehandlungs- und Reparatureigenschaften eintauscht. Da beide deutsche Bezeichnungen für Warmarbeitsgrade sind, werden sie häufig direkt für Druckguss, Schmieden, Extrusion und andere Warmarbeitsanwendungen verglichen.
1. Standards und Bezeichnungen
- EN (Europäisch): 1.2343 und 1.2344 (häufig verwendete EN-numerische Bezeichnungen für Warmarbeitswerkstoffe)
- Übliche Handels-/AISI-Namen: Diese Stähle gehören zur Familie der Warmarbeits-H-Serie; 1.2344 wird in vielen internationalen Katalogen weitgehend als H13-Äquivalent referenziert; 1.2343 entspricht einem eng verwandten Warmarbeitsgrad (wird oft mit H11 in Diskussionen verglichen).
- Andere Standards: JIS, GB und ASTM bieten ihre eigenen Äquivalente oder nahe Äquivalente; Produktformen (Stangen, Platten, Schmiedestücke, vorkhardierte Blöcke) folgen den Spezifikationen der Lieferanten.
- Klassifizierung: Beide sind Warmarbeitswerkstoffe (luftgehärtete/härtbare Legierungswerkstoffe), keine rostfreien Stähle, kein HSLA, und werden dort eingesetzt, wo erhöhte Temperaturfestigkeit und Widerstand gegen Anlassen erforderlich sind.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Die folgende Tabelle zeigt typische Zusammensetzungsbereiche, die von Materialstandards und großen Lieferanten angegeben werden. Die tatsächlichen Chemien variieren je nach Walzcharge und Spezifikation; behandeln Sie die Werte als repräsentative Bereiche, die zur Auswahl der Legierungsstrategie verwendet werden, anstatt als absolute garantierte Minima/Maxima.
| Element | 1.2343 (typisches Gewichts%) | 1.2344 (typisches Gewichts%) |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.40 | 0.32 – 0.45 |
| Mn | 0.30 – 0.60 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.20 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 4.00 – 5.00 | 4.75 – 5.50 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 |
| Mo | 0.80 – 1.25 | 1.10 – 1.75 |
| V | 0.70 – 1.00 | 0.80 – 1.20 |
| Nb | Spuren | Spuren |
| Ti | Spuren | Spuren |
| B | Spuren | Spuren |
| N | Spuren | Spuren |
Wie die Legierungsstrategie die Eigenschaften beeinflusst: - Kohlenstoff: bestimmt das Härtepotenzial von Martensit und trägt zur Verschleißfestigkeit bei; höherer Kohlenstoff unterstützt die Härte, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit. - Chrom: verbessert die Härtbarkeit, die Rotwärmefestigkeit (Warmhärte) und den Oxidationswiderstand bei erhöhten Temperaturen. - Molybdän und Vanadium: bilden stabile Karbide, die die sekundäre Härtung, Anlassempfindlichkeit und Verschleißfestigkeit bei Warmarbeits-Temperaturen erhöhen; sie verbessern auch die Härtbarkeit. - Silizium und Mangan: Deoxidation und Festigkeitsanpassungen; beeinflussen das Anlasverhalten. - Geringe Mikrolegierung (Nb, Ti, B): wenn in Spuren vorhanden, können sie die Korngröße verfeinern, die Härtbarkeit beeinflussen oder die Zähigkeit unterstützen; oft nicht in signifikanten Mengen für diese klassischen Warmarbeitsstähle vorhanden.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Typische Mikrostruktur und Reaktion: - Beide Grades sind martensitische Werkzeugstähle mit dispergierten Legierungskarbid (Cr‑, Mo‑, V-reiche Karbide). Im vergüteten Zustand zeigen sie eine temperierte martensitische Matrix mit Karbidnetz. - 1.2344, mit seinem allgemein höheren Cr- und Mo-Gehalt (und manchmal leicht höherem C), zeigt eine größere Härtbarkeit und einen höheren Anteil an Legierungskarbid, die eine stärkere sekundäre Härtung beim Anlassen liefern können. Das führt zu überlegener Warmhärte und Widerstand gegen Weichwerden bei erhöhten Temperaturen. - 1.2343 tendiert zu einer etwas zäheren temperierten martensitischen Matrix mit weniger harten Legierungskarbid im Vergleich zu 1.2344, was zu einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung unter thermischer Ermüdung führen kann.
Wärmebehandlungswege und -effekte: - Normalisieren: Beide Stähle werden üblicherweise normalisiert, um das Korn zu verfeinern und vor der Härtung zu homogenisieren; dies reduziert die Segregation und verbessert die Zähigkeit. - Abschrecken: Luft- oder Ölabkühlung von der Austenitisierungstemperatur ist typisch; der höhere Legierungsgehalt von 1.2344 unterstützt die Lufthärtung mit guter Härtbarkeit. Abschreckmedien und Kühlrate beeinflussen das verbleibende Austenit und die Verformung. - Anlassen: Mehrere Anlaszyklen werden verwendet, um stabilen temperierten Martensit und sekundäre Härtung zu erreichen. 1.2344 profitiert mehr von sekundären Härtungsspitzen aufgrund von Mo- und V-Karbid, was einen überlegenen Anlassschutz bei höheren Anlasstemperaturen bietet. - Thermo-mechanische Bearbeitung: Schmieden oder kontrolliertes Walzen, gefolgt von geeigneter Wärmebehandlung, kann die Zähigkeit durch Kornverfeinerung für beide Grades verbessern.
4. Mechanische Eigenschaften
Die folgende Tabelle gibt typische Eigenschaftsbereiche für vergütete und gehärtete Bedingungen an (tatsächliche Werte hängen stark von der spezifischen Wärmebehandlung und Anlasstemperatur ab). Verwenden Sie diese als Entwurfsrichtlinie und nicht als garantierte Lieferantendaten.
| Eigenschaft | 1.2343 (typisch) | 1.2344 (typisch) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (MPa) | 900 – 1.200 | 1.000 – 1.300 |
| Streckgrenze (MPa) | 700 – 950 | 800 – 1.050 |
| Dehnung (%) | 8 – 14 | 7 – 12 |
| Schlagzähigkeit (J, Charpy) | relativ höher | moderat bis hoch |
| Härte (HRC, gehärtet & vergütet) | 42 – 52 | 44 – 54 |
Interpretation: - 1.2344 erreicht typischerweise höhere Zug- und Streckgrenzen sowie maximale Härte nach geeigneter Wärmebehandlung aufgrund seines höheren Legierungsgehalts und einer stärkeren Karbidpopulation. - 1.2343 bietet häufig eine marginal bessere Duktilität und Schlagzähigkeit bei vergleichbaren Härtegraden, was es etwas weniger anfällig für spröde Brüche unter zyklischer thermischer Belastung oder Schock macht. - Designer wählen 1.2344 für Anwendungen, die höhere Warmhärte und Verschleißfestigkeit erfordern; sie wählen 1.2343, wo Zähigkeit und Widerstand gegen Rissausbreitung Priorität haben.
5. Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffäquivalent und der Mikrolegierung ab. Für qualitative Bewertungen verwenden Ingenieure Indizes wie das IIW-Kohlenstoffäquivalent und Pcm. Repräsentative Formeln:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Sowohl 1.2343 als auch 1.2344 haben moderaten Kohlenstoff und signifikante Legierung, was moderate bis erhöhte Kohlenstoffäquivalente ergibt. Dies erfordert kontrollierte Vorwärmung, Temperaturkontrolle zwischen den Schweißdurchgängen und Nachbehandlung (PWHT), um wasserstoffunterstützte Rissbildung zu vermeiden und gehärtete Zonen wieder zu temperieren. - 1.2344 zeigt im Allgemeinen leicht höhere CE/PCM-Werte aufgrund des höheren Cr/Mo/V; daher ist es marginal schwieriger zu schweißen und zu reparieren als 1.2343. Vorwärmung und langsames Abkühlen sind besonders wichtig für 1.2344, um Risse zu vermeiden. - Empfohlene Praxis: Verwenden Sie niedrigwasserstoffhaltige Verbrauchsmaterialien, ausreichende Vorwärmung (abhängig von Lieferant und Schweißverfahren) und führen Sie PWHT durch, um die Temperierung wiederherzustellen und Restspannungen abzubauen.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Weder 1.2343 noch 1.2344 sind rostfreie Stähle; ihnen fehlt der Chromgehalt (>10,5–11%), der für Korrosionsbeständigkeit im Einsatz erforderlich ist. Daher sind Korrosionsschutzstrategien für Umgebungen erforderlich, in denen Oxidation oder chemischer Angriff relevant sind.
- Typische Schutzmaßnahmen: Beschichtung (Galvanisierung, Hartchrom, wo mit Temperatur kompatibel), Farbsysteme, Öl/Fett oder physische Barrieren; zur Kontrolle der Hochtemperaturoxidation können Oberflächenbehandlungen wie Nitrieren (wo anwendbar) oder thermische Barriereschichten in Betracht gezogen werden.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist für diese niedriglegierten Warmarbeitsstähle nicht anwendbar, da sie keine rostfreien Grade sind; daher ist die PREN-Formel nicht relevant:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Verwenden Sie solche Indizes nur für austenitische rostfreie Legierungen.
7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit
- Zerspanbarkeit: Beide Grades lassen sich im geglühten Zustand ähnlich bearbeiten; die Zerspanbarkeit nimmt nach der Härtung erheblich ab. 1.2344, mit leicht höherem Legierungs- und Härtepotenzial, kann abrasiver auf Werkzeugen sein und erfordert möglicherweise Hartmetallwerkzeuge oder beschichtete Einsätze.
- Formbarkeit und Biegen: Dies sind keine Blechformstähle; für jede Kaltformung sollte der Stahl in geeigneter weicher/geglühter Bedingung geliefert werden. Nach der Härtung ist eine Formung nicht möglich.
- Oberflächenbearbeitung: Beide akzeptieren Schleifen, EDM und konventionelle Bearbeitungsoperationen. EDM ist üblich für komplexe Hohlräume; Aufmerksamkeit auf Rissbildung und lokale Wärmeeinbringung ist entscheidend.
- Reparatur: 1.2343 ist typischerweise einfacher zu schleifen und zu schweißen als 1.2344; beide erfordern jedoch Vorwärmung und PWHT beim Schweißen.
8. Typische Anwendungen
| Anwendungstyp | 1.2343 (typische Anwendungen) | 1.2344 (typische Anwendungen) |
|---|---|---|
| Warmumformstempel | Stempel für niedrigere bis mittlere Beanspruchung, bei denen höhere Zähigkeit geschätzt wird | Schwerlaststempel, die höhere Warmhärte und Verschleißfestigkeit erfordern |
| Druckgusswerkzeuge | Einsätze, die thermischen Zyklen ausgesetzt sind, aber wo Rissbeständigkeit wichtig ist | Kernstifte, Stanzformen mit hoher thermischer und abrasiver Abnutzung |
| Extrusionswerkzeuge | Werkzeuge für die Extrusion, wo moderate Warmfestigkeit und Zähigkeit benötigt werden | Extrusionsstempel, die bei höheren Temperaturen/Druck arbeiten |
| Warmarbeitswerkzeuge (allgemein) | Presswerkzeuge, Trimmstempel, die Schocks ausgesetzt sind | Hochtemperaturkolben, Auswerferstifte, Stempel, die Anlassempfindlichkeit benötigen |
| Reparierbare Werkzeuge | Bevorzugt, wo Schweißbarkeit und Reparaturen vor Ort häufig sind | Verwendet, wo die Verschleißleistung sorgfältigere Reparaturverfahren rechtfertigt |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie 1.2344 für höhere Betriebstemperaturen, Anwendungen mit schwerer abrasiver Abnutzung oder wenn die Aufrechterhaltung der Härte bei erhöhten Anlasstemperaturen entscheidend ist. - Wählen Sie 1.2343, wenn thermische Ermüdung, Rissbeständigkeit und einfache Reparatur höhere Prioritäten haben.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Kosten: 1.2344 (H13-Typ) ist einer der am weitesten verbreiteten Warmarbeitswerkstoffe weltweit; er ist oft zu vergleichbaren oder leicht höheren Kosten als 1.2343 erhältlich, aufgrund der Nachfrage und Verarbeitung. Der höhere Legierungsgehalt in 1.2344 kann die Materialkosten geringfügig erhöhen.
- Verfügbarkeit: 1.2344 hat eine ausgezeichnete Verfügbarkeit in vielen Produktformen (Rundstahl, Platten, vorkhardierte Blöcke, Schmiedestücke). 1.2343 ist ebenfalls weit verbreitet, jedoch manchmal in bestimmten Anwendungen oder regionalen Lieferketten häufiger.
- Produktformen: Beide werden in geglühten und vorkhardierten Zuständen verkauft; die Lieferzeiten hängen von Größe, Oberfläche und Lagerbestand des Lieferanten ab.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
| Kriterium | 1.2343 | 1.2344 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit (qualitativ) | Besser (einfachere Reparaturen) | Etwas herausfordernder |
| Stärke-Zähigkeit-Balance | Zäher, etwas duktiler | Höhere Festigkeit und Warmhärte |
| Kosten (typisch) | Wettbewerbsfähig | Vergleichbar bis leicht höher |
| Verfügbarkeit | Gut | Ausgezeichnet, weitgehend vorrätig |
Wählen Sie 1.2343, wenn: - Ihre Werkzeuge häufig thermischen Zyklen oder Schocks ausgesetzt sind und Rissbeständigkeit sowie einfachere Reparatur vor Ort Prioritäten sind. - Sie eine ausgewogene Kombination aus Zähigkeit und Warmarbeitsleistung mit etwas einfacheren Schweiß-/Reparaturanforderungen benötigen. - Eine leicht niedrigere maximale Warmhärte akzeptabel ist, um die Rissbeständigkeit zu verbessern.
Wählen Sie 1.2344, wenn: - Die Anwendung höhere Härtbarkeit, anhaltende Warmhärte und überlegene Verschleißfestigkeit bei erhöhten Anlasstemperaturen erfordert. - Sie für hohe thermische und abrasive Belastungen (schwere Schmiedestempel, anspruchsvolle Druckgusskerne, Hochtemperaturextrusion) entwerfen. - Sie strengere Schweißverfahren, Vorwärmung und PWHT für Reparatur und Verbindung akzeptieren können.
Letzte Anmerkung: Sowohl 1.2343 als auch 1.2344 sind bewährte Warmarbeitswerkstoffe; die Auswahl sollte mit den Datenblättern der Lieferanten, spezifischen Wärmebehandlungsplänen und Prototypentests unter repräsentativen Betriebsbedingungen bestätigt werden, um Härte, Zähigkeit und Lebensdauer für die beabsichtigte Anwendung zu validieren.