35# vs 45# – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
Bagikan
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Einführung
35# und 45# sind zwei weit verbreitete mittelkohlenstoffhaltige Stahlgüten, die in mechanischen Komponenten, Wellen, Befestigungen und Schmiedeteilen vorkommen. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig die Kompromisse zwischen Kosten, Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Tragfähigkeit ab, wenn sie zwischen ihnen wählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen, ob man die höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit im Auslieferungszustand gegenüber einfacherem Formen, geringerer Wärmebehandlungsempfindlichkeit und einfacheren Verbindungstechniken priorisieren sollte.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Güten ist ihr Kohlenstoffgehalt und das daraus resultierende höhere Festigkeits- und Härtepotenzial des 45#-Materials im Vergleich zu 35#. Diese grundlegende Verschiebung in der Zusammensetzung beeinflusst die Mikrostruktur, die Reaktion auf die Wärmebehandlung, die Härtbarkeit und nachgelagerte Prozesse — weshalb diese Güten häufig für Komponenten verglichen werden, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Herstellbarkeit erfordern.
1. Normen und Bezeichnungen
- GB (China): 35# und 45# (allgemein verwendete Nomenklatur in chinesischen Normen).
- EN / Europa: C35, C45 (EN 10083-Familie für wärmebehandelbare Stähle).
- SAE/AISI: ungefähr gleichwertig mit 1035 (≈0,35%C) und 1045 (≈0,45%C).
- JIS (Japan): S35C, S45C.
- ASTM/ASME: keine direkte Eins-zu-eins-Bezeichnung, aber vergleichbar mit mittelkohlenstoffhaltigen Stählen, die durch breitere Spezifikationen abgedeckt sind (Stäbe, Schmiedeteile).
Klassifizierung: sowohl 35# als auch 45# sind einfache Kohlenstoffstähle (nicht rostfrei, nicht HSLA standardmäßig). Sie können als einfache Kohlenstoffstähle für die Wärmebehandlung geliefert werden; Legierungselemente über C, Mn und Si hinaus sind typischerweise minimal, es sei denn, das Produkt wird absichtlich als legiert oder mikrolegiert spezifiziert.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Tabelle: typische Zusammensetzungsbereiche (Gew.-%). Dies sind repräsentative Bereiche, die in der Praxis für Kohlenstoffstahlgüten mit den Bezeichnungen 35 und 45 verwendet werden. Das tatsächlich gelieferte Material sollte mit den Werkszertifikaten abgeglichen werden.
| Element | 35# (typisch, Gew.-%) | 45# (typisch, Gew.-%) |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.38 | 0.42 – 0.50 |
| Mn | 0.25 – 0.65 | 0.50 – 0.80 |
| Si | 0.15 – 0.35 | 0.15 – 0.35 |
| P | ≤ 0.035 (max) | ≤ 0.035 (max) |
| S | ≤ 0.035 (max) | ≤ 0.035 (max) |
| Cr | typischerweise ≤ 0.25 (Spur) | typischerweise ≤ 0.25 (Spur) |
| Ni | typischerweise ≤ 0.30 (Spur) | typischerweise ≤ 0.30 (Spur) |
| Mo | typischerweise ≤ 0.08 (Spur) | typischerweise ≤ 0.08 (Spur) |
| V, Nb, Ti | in der Regel nicht spezifiziert (Spur in einigen Routen) | in der Regel nicht spezifiziert (Spur) |
| B, N | Spurenwerte, wenn kontrolliert | Spurenwerte, wenn kontrolliert |
Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff: primärer Treiber für Festigkeit und Härtbarkeit. Höherer C (45#) erhöht die erreichbare Härte und Zugfestigkeit nach Härten und Anlassen, verringert jedoch die Duktilität und Schweißbarkeit. - Mangan: erhöht die Härtbarkeit und Zugfestigkeit und wirkt der Sprödigkeit durch Schwefel entgegen; häufig in beiden Güten in moderaten Mengen vorhanden. - Silizium: Entgasungsmittel und trägt bescheiden zur Festigkeit bei. - Spurlegierungselemente (Cr, Mo, V): wenn absichtlich vorhanden, verbessern sie die Härtbarkeit, Verschleißfestigkeit und Anlasstabilität; jedoch sind typische 35#/45# nicht absichtlich auf hohe Werte legiert, es sei denn, dies wird spezifiziert.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Typische Mikrostrukturen: - Im gewalzten oder normalisierten Zustand: eine Mischung aus Ferrit und Perlit. 35# (niedrigerer Kohlenstoff) zeigt einen größeren Anteil an Ferrit und gröberem Perlit; 45# hat einen höheren Perlit/Zementit-Anteil (mehr lamellarer Perlit) und kann je nach Abkühlung einige proeutektische Zementite zeigen. - Nach dem Abschrecken: die Martensitbildung ist bei 45# für die gleiche Abschreckschärfe ausgeprägter aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts. 35# wird Martensit bilden, jedoch in geringerem Maße (und kann ein tieferes Abschrecken oder Legierung für vergleichbare Härte erfordern). - Nach dem Anlassen: angelassener Martensit, wobei die Ansprechverhalten je nach Kohlenstoff variieren — hochkohlenstoffhaltige Stähle behalten bei gleichwertigen Anlasstemperaturen eine höhere Härte.
Auswirkungen der Verarbeitungsrouten: - Normalisieren (Austenitisieren und Luftkühlen) verfeinert die Korngröße und erzeugt eine relativ uniforme Ferrit+Perlit-Matrix; 35# neigt dazu, danach duktiler zu sein. - Abschrecken & Anlassen können Festigkeit und Zähigkeit erhöhen: 45# kann höhere Festigkeits-/Härtefenster erreichen, erfordert jedoch sorgfältiges Anlassen, um Sprödigkeit zu vermeiden. - Thermomechanische Verarbeitung und Mikrolegierungszusätze (V, Nb, Ti) können die Ferritkorngröße verfeinern und stärkere Ferrit/Perlit- oder bainitische Matrizen erzeugen, wodurch die Festigkeit erhöht wird, ohne sich ausschließlich auf Kohlenstoff zu verlassen; solche Behandlungen werden normalerweise spezifiziert, anstatt in Standard 35#/45# inhärent zu sein.
4. Mechanische Eigenschaften
Tabelle: typische mechanische Eigenschaftsbereiche für gängige Bedingungen (normalisierte oder abgeschreckte & angelassene Bereiche überschneiden sich). Dies sind repräsentative Werte — überprüfen Sie mit den Werkszertifikaten und Wärmebehandlungsunterlagen für das Design.
| Eigenschaft | 35# (typisch) | 45# (typisch) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Rm) | ~500 – 700 MPa | ~600 – 800 MPa |
| Streckgrenze (Rp0.2 / Re) | ~300 – 500 MPa | ~350 – 600 MPa |
| Dehnung (A) | ~16 – 25% | ~10 – 18% |
| Schlagzähigkeit (Charpy V Kerbe, im normalisierten Zustand) | moderat; höher als 45# unter derselben Wärmebehandlung | niedriger als 35# bei derselben Behandlung; verbessert sich mit dem Anlassen |
| Härte (HB) | ~150 – 220 HB | ~180 – 260 HB |
Interpretation: - 45# ist stärker und kann höhere Härte und Verschleißfestigkeit aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts erreichen; es zeigt typischerweise reduzierte Duktilität und niedrigere Kerbschlagzähigkeit unter gleichwertigen Bedingungen. - 35# ist duktiler und verzeiht besser beim Formen und bei thermischen Schweißzyklen; es ist oft vorzuziehen, wenn Zähigkeit, Biegen oder Kaltumformung wichtig sind. - Die endgültigen Eigenschaften hängen stark von der Wärmebehandlung ab: ein abgeschreckter & angelassener 35# kann die Festigkeit eines normalisierten 45# erreichen oder übertreffen, aber die Härte und die Verschleißfestigkeit bleiben durch den Kohlenstoffgehalt eingeschränkt.
5. Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit hängt hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt, dem Kohlenstoffäquivalent (CE) und der Legierung ab. Zwei gängige empirische Indizes sind nützlich, um die relative Schweißbarkeit zu interpretieren:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
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: - 45# mit höherem Kohlenstoff wird ein höheres $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ als 35# haben (bei sonst gleichen Bedingungen), was auf eine größere Neigung hinweist, harte martensitische wärmebehandelte Zonen zu bilden und ein höheres Risiko für Kaltbrüche. Dies erfordert häufiger Vorwärmung, kontrollierte Zwischentemperaturen und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) für 45#. - 35# ist in der typischen Werkstattpraxis besser schweißbar: geringere Vorwärm-Anforderungen, weniger Verformungsrisiko und weniger Rissprobleme. - Wenn Legierungselemente (Cr, Mo) vorhanden sind, erhöht sich die Härtbarkeit und die Schweißbarkeit verringert sich weiter für beide Güten; dieser Effekt wird bei 45# aufgrund seiner höheren Grundhärtbarkeit durch Kohlenstoff verstärkt.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Weder 35# noch 45# sind rostfreie Stähle; beide sind anfällig für allgemeine atmosphärische Korrosion und lokale Angriffe in aggressiven Umgebungen.
- Übliche Schutzstrategien: Feuerverzinkung, Galvanisierung, Umwandlungsbeschichtungen, Maler-/Grundierungssysteme oder Polymerüberzüge. Die Auswahl hängt von der Einsatzumgebung, der Geometrie und den Kosten ab.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist nicht auf einfache Kohlenstoffstähle anwendbar, da es für rostfreie Legierungen verwendet wird:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Verwenden Sie korrosionsbeständige Legierungen (rostfreie Stähle) oder Beschichtungen, wenn Korrosionsbeständigkeit ein Entwurfsanforderung ist; für einfache Kohlenstoffstähle konzentrieren Sie sich auf Barriere- und kathodische Schutzmethoden.
7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit
- Bearbeitbarkeit: 35# lässt sich typischerweise leichter bearbeiten als 45#, da es eine geringere Härte und weniger Werkzeugverschleiß aufweist; jedoch hängt die Bearbeitbarkeit von der Wärmebehandlung und der Mikrostruktur ab. Freischnittherstellungen (Schwefelzusätze) sind eine separate Kategorie.
- Formbarkeit und Biegen: 35# hat eine höhere Duktilität und bessere Kaltformbarkeit. 45# kann kalt umgeformt werden, hat jedoch eine reduzierte zulässige Dehnung vor dem Riss; heißes Formen oder Anlassen kann für enge Biegungen erforderlich sein.
- Schleifen, Finish und Oberflächenhärtung: 45# reagiert besser auf Oberflächenhärtungsprozesse (Induktionshärtung, Karbonitrieren gefolgt von Abschrecken & Anlassen, wenn mit geeigneten Kohlenstoffprofilen kombiniert) zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit.
- Dimensionale Stabilität: Beide Güten erfordern Aufmerksamkeit für die durch Bearbeitung und Wärmebehandlung eingeführten Restspannungen; 45# benötigt möglicherweise eine Spannungsfreisetzungsanlassung, abhängig von der endgültigen Anwendung.
8. Typische Anwendungen
| 35# — Typische Anwendungen | 45# — Typische Anwendungen |
|---|---|
| Wellen und Achsen für moderate Lasten, Stifte, Bolzen und Schrauben, bei denen Duktilität und Zähigkeit wichtig sind | Stark belastete Wellen, Zahnräder, Kurbelwellen, Nockenwellen, schwere Schrauben, Verschleißteile, die höhere Härte erfordern |
| Schmiedeteile und Komponenten, die für moderate Festigkeit und gute Zähigkeit angelassen werden | Komponenten, die höhere abgeschreckte & angelassene Festigkeit und Oberflächenverschleißfestigkeit erfordern |
| Teile, die häufig geschweißt werden oder aggressivere Formgebung erfordern | Teile, die höhere Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern; Komponenten, die Biegeermüdung ausgesetzt sind |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie 35#, wenn Formen, Schweißen und Zähigkeit Priorität haben oder wenn die Kosten eine Einschränkung darstellen. - Wählen Sie 45#, wenn höhere Festigkeit im Auslieferungszustand, Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit die primären Entwurfsfaktoren sind und wenn der Fertigungsprozess die höhere Härtbarkeit des Stahls berücksichtigen kann.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Kosten: 35# ist in der Regel etwas günstiger als 45# auf Basis pro kg aufgrund des niedrigeren Kohlenstoffgehalts und ähnlicher Produktionswege; der Unterschied ist moderat. Die Kosten für Wärmebehandlung und Finish können die Materialpreisunterschiede übersteigen.
- Verfügbarkeit: Beide Güten sind allgegenwärtig in Stab-, Platten- und Schmiedevorräten. 45# wird möglicherweise häufiger für schwere Komponenten und Anwendungen, die abgeschreckte & angelassene Lieferungen erfordern, vorrätig gehalten, während 35# für allgemeine Teile üblich ist.
- Produktformen: Beide sind weit verbreitet als warmgewalzte Stäbe, kaltgezogene Stäbe, Schmiedeteile und Platten. Speziell mikrolegierte oder kontrollierte Chemievarianten werden auf Bestellung produziert.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
Zusammenfassungstabelle (qualitativ):
| Aspekt | 35# | 45# |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Besser (niedriger CE) | Empfindlicher (höherer CE) |
| Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Duktiler, bessere Zähigkeit bei gleicher Wärmebehandlung | Höhere erreichbare Festigkeit/Härte; niedrigere Duktilität bei Überhärtung |
| Kosten | Etwas niedriger (Materialkosten) | Etwas höher (Material + potenzielle Verarbeitung) |
Empfehlungen: - Wählen Sie 35#, wenn: - Sie bessere duktilität im Fertigungszustand, einfachere Schweißprozesse und ein reduziertes Risiko von Rissen benötigen. - Das Teil erheblichen Formänderungen unterzogen wird oder eine höhere Kerbschlagzähigkeit bei Entlastungen erfordert. - Kosten und Herstellungsfreundlichkeit über maximale Härte oder Verschleißfestigkeit priorisiert werden.
- Wählen Sie 45#, wenn:
- Höhere Festigkeit, größeres Härtepotenzial oder verbesserte Verschleißfestigkeit erforderlich sind (z. B. stark belastete Wellen, Zahnräder).
- Der Fertigungsprozess geeignete Vorwärmung/PWHT und kontrolliertes Abschrecken/Anlassen umfassen kann, um die Zähigkeit zu steuern.
- Ermüdungslebensdauer, Oberflächenhärte durch Induktionshärtung oder abgeschreckte & angelassene Eigenschaften Entwurfsfaktoren sind.
Letzte Anmerkung: sowohl 35# als auch 45# sind allgemeine mittelkohlenstoffhaltige Stähle. Die beste Wahl hängt vom Lastfall des fertigen Bauteils, dem Fertigungsweg und den Kostenbeschränkungen ab. Für kritische Anwendungen spezifizieren Sie die erforderliche Wärmebehandlung, mechanische Eigenschaftsziele und Abnahmetests (UT/MT, Härtemapping, Schlagprüfungen) in den Einkaufsunterlagen, um sicherzustellen, dass die Mühle und der Wärmebehandlungsweg die beabsichtigte Leistung liefern.