30CrMo vs 35CrMo – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

30CrMo und 35CrMo sind zwei weit verbreitete mittellegierte, niedriglegierte Stähle, die in regionalen und nationalen Standards für Komponenten spezifiziert sind, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Zähigkeitsbeibehaltung nach der Wärmebehandlung erfordern. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor einem Auswahldilemma zwischen leicht niedriglegierten, duktileren Sorten und leicht höherlegierten, hochfesten Sorten – wobei die Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit gegen die erreichbare Festigkeit und Ermüdungslebensdauer abgewogen werden.

Der wesentliche technische Unterschied zwischen diesen beiden Sorten ist ein moderater Unterschied im Kohlenstoff- und Legierungsgehalt, der die Härtbarkeit und die endgültige Festigkeit verschiebt: Die 35CrMo-Familie wird typischerweise mit einem höheren Kohlenstoffgehalt und ähnlichem Chrom/Molybdän-Gehalt spezifiziert, was ihr eine höhere Festigkeit und Härtbarkeit im vergüteten Zustand verleiht, jedoch im Allgemeinen eine geringere Duktilität und etwas anspruchsvollere Schweißanforderungen mit sich bringt. Da ihre Chemien nahe beieinander liegen, werden sie oft verglichen, wenn Materialien für Wellen, Zahnräder, Achsen und Schmiedeteile ausgewählt werden, bei denen Wärmebehandlung und Ermüdungsleistung von Bedeutung sind.

1. Standards und Bezeichnungen

• Gemeinsame oder relevante Standards und Bezeichnungssysteme, in denen Äquivalente oder ähnliche Sorten erscheinen:
• GB/T (chinesische nationale Standards): 30CrMo, 35CrMo.
• EN / DIN: 35CrMo4 (oft als 1.7225 geschrieben) und verwandte Sorten; 30CrMo-Äquivalente existieren in regionalen Spezifikationen.
• AISI/SAE: Keine exakten Eins-zu-eins-AISI-Namen, aber mechanische Eigenschaftsäquivalente werden oft mit der 41xx-Familie (z.B. 4140) für viele Ingenieuranwendungen verglichen.
• JIS: Ähnliche hochfeste legierte Stähle erscheinen unter SNCM/SNCM4xx-Bezeichnungen.
• Klassifizierung: sowohl 30CrMo als auch 35CrMo sind mittellegierte, niedriglegierte Stähle (nicht rostfrei, keine Werkzeugstähle), die für Vergüten & Anlassen oder Normalisieren und Anlassen vorgesehen sind. Sie fallen in die allgemeine Kategorie der wärmebehandelbaren Struktur-/Legierungsstähle, die für kritische Maschinenbauteile verwendet werden.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Typische Zusammensetzungsbereiche werden als Gewichtsprozent angegeben; genaue Grenzen hängen vom spezifischen Standard oder Lieferzertifikat ab.

Element	Typisches 30CrMo (Gew.% )	Typisches 35CrMo (Gew.% )
C	0.27 – 0.34	0.32 – 0.39
Mn	0.50 – 0.80	0.50 – 0.90
Si	0.15 – 0.35	0.15 – 0.35
P	≤ 0.025 – 0.035	≤ 0.025 – 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	0.80 – 1.20	0.90 – 1.20
Ni	häufig ≤ 0.30 (Spur)	häufig ≤ 0.30 (Spur)
Mo	0.15 – 0.30	0.15 – 0.30
V, Nb, Ti, B	Spur bis ≤ 0.05 (wenn mikrolegiert)	Spur bis ≤ 0.05 (wenn mikrolegiert)
N	Spur	Spur

Legierungsstrategie: - Kohlenstoff ist der Hauptfaktor für die erreichbare Festigkeit und Härte nach Vergüten & Anlassen. Ein höherer Kohlenstoffgehalt (wie bei 35CrMo) erhöht die Festigkeit und Abriebfestigkeit, verringert jedoch die Duktilität und Schweißbarkeit. - Chrom und Molybdän erhöhen die Härtbarkeit, Anlasstemperaturbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit. Sie tragen auch zur Ermüdungsbeständigkeit bei, wenn sie richtig wärmebehandelt werden. - Mangan und Silizium sind Entgasungsmittel und stärken die Ferrit/Perlit-Matrix; sie beeinflussen die Härtbarkeit moderat. - Mikrolegierung (V, Nb, Ti) wird manchmal verwendet, um die Korngröße zu verfeinern und die Zähigkeit zu verbessern, aber diese sind keine primären Legierungselemente in den Standard 30CrMo/35CrMo-Sorten.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen und Reaktionen: - Im gewalzten/normalisierten Zustand: Beide Sorten erzeugen eine Ferrit-Perlit- oder feine vergütete Martensit/Ferrit-Mikrostruktur, abhängig von der Abkühlung und Normalisierung. Normalisieren verfeinert die Korngröße und erzeugt eine gleichmäßige Struktur für nachfolgende Bearbeitung oder Anlassen. - Vergüten und Anlassen (Q&T): Beide Stähle werden üblicherweise durch Austenitisieren (typische Austenitisierungstemperaturen hängen von der Querschnittsgröße und dem Standard ab), Öl- oder Wasserabschrecken und dann Anlassen gehärtet, um das gewünschte Festigkeits-Zähigkeits-Gleichgewicht zu erreichen. Da 35CrMo normalerweise einen leicht höheren Kohlenstoffgehalt hat, bildet seine vergütete Mikrostruktur bei ähnlichen Abschreckgeschwindigkeiten einen höheren Anteil an Martensit, was es nach dem Anlassen härter und stärker macht. - Thermo-mechanische Verarbeitung: Kontrolliertes Walzen und beschleunigte Abkühlung können die Korngröße weiter verfeinern und die Zähigkeit verbessern; beide Sorten profitieren davon, aber 30CrMo kann für bessere Duktilität optimiert werden, während 35CrMo für höhere Festigkeit und Ermüdungslebensdauer optimiert ist. - Die Kontrolle der Korngröße und die Anlasstechnik sind entscheidend für die Zähigkeit. Überanlassen verringert die Festigkeit; Unteranlassen birgt das Risiko der Sprödigkeit.

4. Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften hängen stark von der Wärmebehandlung, der Querschnittsgröße und der Praxis des Lieferanten ab. Die Tabelle zeigt typische Eigenschaftsbereiche nach einem Standard-Vergütungs- und Anlasverfahren, das für hochfeste Komponenten verwendet wird.

Eigenschaft (typische Q&T-Bereiche)	30CrMo	35CrMo
Zugfestigkeit (MPa)	800 – 1,050	850 – 1,200
Streckgrenze (MPa)	600 – 900	650 – 1,000
Dehnung (%), A5	10 – 16	8 – 14
Charpy V‑Notch-Schlag (J, Raumtemp)	30 – 70 (abhängig vom Anlassen)	25 – 60
Härte (HRC)	22 – 36	25 – 40

Interpretation: - 35CrMo erreicht im Allgemeinen höhere Zug- und Streckgrenzen sowie höhere Härte für eine gegebene Wärmebehandlungsintensität aufgrund seines höheren Kohlenstoffanteils und ähnlicher Cr/Mo-Gehalte, die die Härtbarkeit erhöhen. - 30CrMo ist tendenziell etwas zäher und duktiler bei vergleichbaren Festigkeitsniveaus, was es bevorzugt macht, wo Energieabsorption und Formgebung wichtig sind. - Die Schlagzähigkeit kann durch Anlassen gesteuert werden; niedrigere Anlasstemperaturen erhöhen die Festigkeit, verringern jedoch die Schlagzähigkeit.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffäquivalent und das Vorhandensein von härtenden Elementen bestimmt. Häufige Indizes:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

und

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - Da 35CrMo typischerweise einen höheren Kohlenstoffgehalt hat, wird sein $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ höher sein als bei 30CrMo, was auf eine größere Anfälligkeit für Kaltverzug und einen größeren Bedarf an Vorwärmung, kontrollierter Interpass-Temperatur und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) hinweist. - 30CrMo zeigt eine bessere Schweißbarkeit als 35CrMo, erfordert jedoch häufig immer noch Vorwärmung und kontrollierte Verfahren für dicke Abschnitte oder hohe Einschränkungen. - Der Einsatz von passenden oder überlegierten Füllmetallen, Spannungsabbau-Anlassen und Wasserstoffkontrollverfahren sind für beide Sorten bei kritischen Anwendungen üblich.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder 30CrMo noch 35CrMo sind rostfrei; die Korrosionsbeständigkeit ist ähnlich wie bei einfachen Kohlenstoff-/niedriglegierten Stählen und wird durch die Oberflächenbeschaffenheit und die Einsatzumgebung bestimmt.
• Typische Schutzstrategien: Lackieren, Pulverbeschichten, lösungsmittelhaltige Beschichtungen, Feuerverzinken oder lokale Beschichtungen, abhängig von der Exposition. Für langfristige Exposition in feuchten oder korrosiven Atmosphären wird Verzinken oder die Anwendung von Barriereschichten empfohlen.
• PREN (Pitting-Widerstandsäquivalentzahl) ist für diese nicht rostfreien Sorten nicht anwendbar. Für rostfreie Sorten würde man verwenden:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

aber dies hat keine Bedeutung für 30CrMo/35CrMo.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitbarkeit: 30CrMo, mit leicht niedrigerem Kohlenstoffgehalt, ist im Allgemeinen einfacher zu bearbeiten in normalisierten oder geglühten Zuständen im Vergleich zu 35CrMo. Beide werden nach dem Vergüten & Anlassen schwieriger zu bearbeiten.
• Formbarkeit/Biegen: einfacher in normalisierten oder geglühten Zuständen; vermeiden Sie das Formen im voll gehärteten Zustand. 30CrMo akzeptiert kaltes Biegen und Formen aufgrund der niedrigeren Festigkeit im behandelten Zustand etwas besser.
• Schleifen und Finishing: Beide reagieren gut auf Standardbearbeitungs- und Schleifpraktiken für legierte Stähle; Oberflächenbehandlungen oder Residualspannungssteuerung können erforderlich sein, um die Ermüdungsleistung zu erfüllen.
• Wärmebehandlung vor dem Formen (z.B. Normalisieren oder Glühen) ist gängige Praxis, um die Formbarkeit zu verbessern.

8. Typische Anwendungen

30CrMo — Typische Anwendungen	35CrMo — Typische Anwendungen
Wellen, Spindeln, mittelbelastete Zahnräder, Pleuelstangen, Befestigungen, bei denen Zähigkeit und Bearbeitbarkeit Priorität haben	Schwerlastwellen, Zahnradräder, Achsen, Kurbelwellen, hochbelastete Maschinenkomponenten, die höhere Festigkeit und Härtbarkeit erfordern
Geschmiedete Komponenten, bei denen gute Duktilität für die Formgebung hilfreich ist	Komponenten für schwere Maschinen und Geländefahrzeuge, bei denen eine höhere Härtbarkeit bei größeren Querschnitten erforderlich ist
Teile, die Schweißen mit moderaten Vorwärmkontrollen erfordern	Hochfeste vergütete Teile, bei denen Festigkeit und Ermüdungslebensdauer die primären Konstruktionsfaktoren sind

Auswahlbegründung: - Wählen Sie 30CrMo, wenn ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit sowie eine einfachere Bearbeitung/Schweißung erforderlich sind und die Bauteilquerschnittsgrößen moderat sind. - Wählen Sie 35CrMo, wenn höhere Festigkeit, tiefere Härtung für größere Querschnitte und verbesserte Ermüdungsbeständigkeit erforderlich sind und wenn Schweiß- und Fertigungsanforderungen berücksichtigt werden können.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: 35CrMo ist typischerweise etwas teurer als 30CrMo aufgrund des marginal höheren Kohlenstoff- und Legierungsgehalts und weil die Einkaufsspezifikationen für hochfeste Varianten oft strengere Kontrollen haben. Der Preisunterschied ist im Verhältnis zu den Gesamtkosten des Bauteils in der Regel moderat.
• Verfügbarkeit: Beide Sorten sind weit verbreitet in Stangen, Stäben und Schmiedeteilen von großen Walzwerken und Händlern. 35CrMo (35CrMo4 / 1.7225) ist eine sehr gängige europäische Sorte; 30CrMo ist in Märkten, die GB/T-Bezeichnungen verwenden, verbreitet. Die Lieferzeiten sind in der Regel kurz für Standardproduktformen; spezielle Chemien oder Premium-Stangen-/Schmiedeteilgrößen können längere Lieferzeiten erfordern.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Kriterien	30CrMo	35CrMo
Schweißbarkeit	Besser (niedriger CE)	Anspruchsvoller (höherer CE, erfordert Vorwärmung/PWHT)
Festigkeits-Zähigkeits-Gleichgewicht	Ausgewogen – gute Zähigkeit bei moderater Festigkeit	Höhere Festigkeit und Härtbarkeit, moderat niedrigere Duktilität/Zähigkeit bei gleichem Anlassen
Kosten	Niedriger / kosteneffektiv	Leicht höher

Wählen Sie 30CrMo, wenn: - Sie eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit mit besserer Bearbeitbarkeit und einfacheren Schweißverfahren benötigen. - Die Bauteilgrößen moderat sind und Sie ein nachgiebigeres Anlassen und Formverhalten bevorzugen. - Kosten und Einfachheit der Fertigung wichtig sind.

Wählen Sie 35CrMo, wenn: - Die Konstruktionsanforderungen höhere Zug-/Streckgrenzen, tiefere Härtung für größere Querschnitte oder verbesserte Ermüdungslebensdauer priorisieren. - Sie strengere Schweißkontrollen (Vorwärmung, Interpassgrenzen, PWHT) und engere Prozesskontrollen während der Wärmebehandlung berücksichtigen können. - Anwendungsfälle schwere Wellen, Achsen oder hochbelastete Zahnräder umfassen, bei denen höhere Festigkeit im vergüteten Zustand entscheidend ist.

Letzte Anmerkung: Die genaue Leistung hängt stark vom gewählten Standard, den spezifischen chemischen Grenzen des Lieferanten und dem Wärmebehandlungsplan ab. Für kritische Komponenten geben Sie die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, Inspektionskriterien (Härte, Schlag, Mikrostruktur) und Schweißverfahrensqualifikationen in der Bestellung an und arbeiten Sie frühzeitig mit Wärmebehandlungs- und Schweißspezialisten zusammen, um die richtige Sorte und Prozessgrenze auszuwählen.