35CrMo vs 42CrMo – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

35CrMo und 42CrMo sind zwei eng verwandte Chrom-Molybdän-Legierungsstähle, die häufig für strukturelle und mechanische Komponenten verwendet werden, bei denen ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Härteverhalten erforderlich ist. Ingenieure und Beschaffungsteams stehen häufig vor der Wahl zwischen ihnen, wenn sie Wellen, Zahnräder, Befestigungen oder Komponenten mit mittlerem Druck spezifizieren — eine Entscheidung, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit gegen Duktilität, Schlagfestigkeit und Herstellbarkeit abwägt.

Der Hauptunterschied zwischen diesen Güten ist ihr nominaler Kohlenstoffgehalt und die daraus resultierende Wirkung auf Festigkeit und Temperwiderstand bei erhöhten Betriebstemperaturen. Da Chrom und Molybdän in beiden Güten vorhanden sind, um das Härteverhalten und den Temperwiderstand zu fördern, sind ihr Verhalten während der Abschreckung und Temperung sowie ihre Eignung für Anwendungen bei moderaten erhöhten Temperaturen häufige Gründe, warum diese beiden Legierungen im Design und in der Fertigung verglichen werden.

1. Standards und Bezeichnungen

• Übliche Standards und Äquivalente:
• GB/T (China): 35CrMo, 42CrMo
• EN: oft verglichen mit EN 41xx Serienstählen (z.B. 35CrMo ≈ 1.7035/34CrMo; 42CrMo ≈ 1.7225/42CrMo4, obwohl präzise Äquivalente von der Spezifikation abhängen)
• AISI/SAE: ungefähre Äquivalente sind 35CrMo ≈ 4135, 42CrMo ≈ 4140 (Hinweis: direkte Äquivalenz hängt von der Produktform und Spezifikation ab)
• JIS: ähnliche Güten existieren in den JIS G4105/G4106 Familien
• Klassifizierung:
• Beide sind niedriglegierte Baustähle (legierte Kohlenstoffstähle) — nicht rostfrei, nicht HSLA im modernen Sinne; verwendet als wärmebehandelbare Legierungsstähle für Schmiedeteile, Stangen und Maschinenteile.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Tabelle: typische Zusammensetzungsbereiche (Gew.-%). Dies sind repräsentative Bereiche, die in gängigen kommerziellen Spezifikationen zu finden sind; konsultieren Sie immer das spezifische Werkszertifikat oder die Norm für die Beschaffung.

Element	35CrMo (typischer Bereich)	42CrMo (typischer Bereich)
C	0.30 – 0.38	0.38 – 0.45
Mn	0.50 – 0.80	0.60 – 1.00
Si	0.15 – 0.35	0.15 – 0.40
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	0.80 – 1.10	0.90 – 1.20
Ni	≤ 0.30 (Spur)	≤ 0.30 (Spur)
Mo	0.15 – 0.30	0.15 – 0.30
V	≤ 0.05 (Spur)	≤ 0.05 (Spur)
Nb, Ti, B	— (Spur-Mikrolegerung möglich)	— (Spur-Mikrolegerung möglich)
N	≤ 0.012	≤ 0.012

Hinweise: - Der entscheidende kompositionelle Unterschied ist der höhere Kohlenstoffgehalt in 42CrMo, der das Härteverhalten, die Festigkeit und die Verschleißfestigkeit erhöht, aber die Duktilität und Schweißbarkeit verringern kann, wenn nicht ordnungsgemäß vorgeheizt und nach dem Schweißen wärmebehandelt wird. - Cr und Mo sind die Hauptlegierungselemente hier: Chrom erhöht das Härteverhalten, die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit leicht; Molybdän verbessert das Härteverhalten und den Temperwiderstand (d.h. erhält die Festigkeit bei erhöhten Temperaturniveaus). - Spur-Mikrolegerungselemente (V, Nb, Ti) können in einigen kommerziellen Varianten vorhanden sein, um die Korngröße zu verfeinern und die Festigkeit zu verbessern, ohne große Erhöhungen des Kohlenstoffgehalts.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Mikrostruktur: - Im geglühten oder normalisierten Zustand bestehen beide Stähle typischerweise aus Ferrit + Perlit, wobei der Perlitanteil mit dem Kohlenstoffgehalt zunimmt. - Nach dem Abschrecken von der Austenitisierungstemperatur entwickelt sich eine martensitische (oder bainitische + martensitische) Struktur, wobei der Gehalt an zurückgehaltenem Austenit von der Abkühlgeschwindigkeit und der Zusammensetzung abhängt.

Wärmebehandlungseffekte: - Normalisieren: verfeinert die Korngröße, erzeugt eine feine Ferrit-Perlit-Mikrostruktur. 35CrMo liefert typischerweise bei derselben Abkühlgeschwindigkeit etwas feinere, duktilere Mikrostrukturen aufgrund des niedrigeren Kohlenstoffgehalts. - Abschrecken & Tempern: beide reagieren gut. 42CrMo erreicht mit höherem Kohlenstoff höhere Härte und Zugfestigkeit nach der Härtung; es erfordert auch vorsichtiges Tempern, um übermäßige Sprödigkeit zu vermeiden. Der Molybdängehalt hilft beiden Güten, bei höheren Temperaturniveaus eine Erweichung zu widerstehen (verbesserter Temperwiderstand). - Thermo-mechanische Bearbeitung: kontrolliertes Walzen und beschleunigte Abkühlung erzeugen bainitische oder feine martensitische Mikrostrukturen mit verbesserter Zähigkeit; Mikrolegerung und Endtemperatur sind wichtig, um das Wachstum der Körner zu kontrollieren. - Praktische Implikation: Für ein gegebenes Abschreck- und Temperregime erreicht 42CrMo eine höhere erreichbare Festigkeit, benötigt jedoch unterschiedliche Temperpläne, um die Zähigkeit auszugleichen, insbesondere wenn erhöhte Temper- oder Betriebstemperaturen auftreten.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: typische Bereiche mechanischer Eigenschaften. Diese Bereiche hängen stark von der Produktform und der Wärmebehandlung ab; die angegebenen Werte sind repräsentativ für normalisierte und abgeschreckte & temperierte (Q&T) Bedingungen, die in der Ingenieurpraxis verwendet werden.

Eigenschaft	35CrMo (normalisiert)	35CrMo (Q&T)	42CrMo (normalisiert)	42CrMo (Q&T)
Zugfestigkeit (MPa)	550 – 750	760 – 1000	600 – 800	900 – 1100
Streckgrenze (0.2% Rp0.2, MPa)	350 – 550	600 – 900	400 – 600	700 – 950
Dehnung (%)	16 – 22	10 – 16	14 – 20	8 – 14
Schlagzähigkeit (Charpy V-Kerbe, J)	30 – 80 (Norm)	20 – 60 (Q&T, abhängig vom Tempern)	25 – 70 (Norm)	15 – 50 (Q&T, abhängig vom Tempern)
Härte (HRC / HB)	20 – 26 HRC (Q&T-Bereiche)	26 – 40 HRC	22 – 28 HRC	28 – 45 HRC

Interpretation: - 42CrMo erreicht im Allgemeinen höhere Zug- und Streckgrenzen nach dem Abschrecken und Tempern aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts; es erreicht auch eine höhere Härte für die Verschleißfestigkeit. - 35CrMo bietet tendenziell eine höhere Duktilität und leicht bessere Schlagfestigkeit, wenn es auf vergleichbare Festigkeitsniveaus temperiert wird, was es bevorzugt macht, wo Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit Priorität haben. - Tatsächliche mechanische Eigenschaften sind eine Funktion der Wärmebehandlungsparameter (Austenitisierungstemperatur, Abschreckmedium und Tempertemperatur/-zeit) und der Produktgeometrie.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffäquivalent und den Legierungsgehalt beeinflusst. Zwei häufig verwendete Prädiktoren sind das IIW-Kohlenstoffäquivalent und das konservativere $P_{cm}$:

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

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

Qualitative Interpretation: - 42CrMo hat mit seinem höheren Kohlenstoffgehalt ein höheres Kohlenstoffäquivalent als 35CrMo bei identischen Cr–Mo-Niveaus; dies führt zu einem höheren Risiko harter, spröder wärmebeeinflusster Zonen (HAZ) und Kaltverzug, wenn ohne Vorwärmen und kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen geschweißt wird. - Beide Güten enthalten Cr und Mo, die das Härteverhalten erhöhen; Schweißverfahren erfordern typischerweise Vorwärmen, wasserstoffarme Verbrauchsmaterialien und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT), wenn Festigkeit oder kritische Anwendungen betroffen sind. - 35CrMo lässt sich leichter schweißen und erfordert oft weniger aggressive PWHT als 42CrMo für vergleichbare Komponentenleistungen, aber eine ordnungsgemäße Schweißpraxis bleibt für beide entscheidend.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder 35CrMo noch 42CrMo sind rostfreie Stähle; ihr Chromgehalt ist nicht ausreichend, um einen kontinuierlichen passiven Film für allgemeinen Korrosionsschutz zu bilden.
• Typische Schutzstrategien:
• Barriereschichten (Lacksysteme, Pulverbeschichtungen)
• Galvanisieren (Heißtauchen), wo geeignet — beachten Sie, dass das Galvanisieren die Wärmebehandlung und die Eigenschaftsziele bei kleinen Querschnitten beeinflussen kann und nach dem Galvanisieren Behandlungen erforderlich sind, wenn Härte/Präzision kritisch ist
• Verkleidung oder Verwendung von korrosionsbeständigen Überzügen, wo lokale Korrosion ein Anliegen ist
• Die PREN-Formel zur Einstufung rostfreier Legierungen ist auf diese Kohlenstofflegierungsstähle nicht anwendbar, da ihre Chrom- und Molybdängehalte zu niedrig sind, um sich auf Passivität zu verlassen:

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

• Verwenden Sie korrosionsbeständige Güten oder Schutzmaßnahmen, wenn die Einsatzumgebungen korrosiv sind; weder 35CrMo noch 42CrMo sollten ausschließlich wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit ausgewählt werden.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitbarkeit: Der niedrigere Kohlenstoffgehalt von 35CrMo macht ihn im Allgemeinen einfacher zu bearbeiten als 42CrMo, wenn beide in vergleichbaren normalisierten Zuständen sind, aufgrund der niedrigeren Härte und der geringeren Schnittkräfte. Nach dem Abschrecken & Tempern werden beide Güten schwieriger; 42CrMo erhöht bei höheren Härtegraden den Werkzeugverschleiß.
• Formbarkeit: 35CrMo zeigt bessere Kaltformbarkeit und Biegefestigkeit als 42CrMo im geglühten oder normalisierten Zustand. Das Tiefziehen ist bei beiden durch den Kohlenstoffgehalt begrenzt; das Formen sollte typischerweise im weichgeglühten Zustand erfolgen.
• Schleifen, Oberflächenveredelung und hartdrehen sind bei beiden im gehärteten Zustand üblich; 42CrMo benötigt robustere Werkzeuge für die Hartbearbeitung.
• Wärmebehandlungsverzerrungen und Restspannungen: Beide erfordern Aufmerksamkeit auf die Querschnittsdicke, Abschreckmedien und die Konstruktion von Vorrichtungen, um Verzerrungen zu kontrollieren.

8. Typische Anwendungen

Tabelle: repräsentative Verwendungen

35CrMo	42CrMo
Wellen (wo Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit wichtig sind)	Hochlastwellen und Achsen, die höhere Festigkeit erfordern
Zahnräder in Anwendungen mit moderater Belastung	Zahnräder für Anwendungen mit höherer Belastung und Teile für die Kraftübertragung
Bolzen und Befestigungen, die gute Zähigkeit erfordern	Hochfeste Befestigungen und Bolzen
Kolbenstangen, Kurbelwellen für mittlere Dienste	Schwere Maschinenkomponenten, hydraulische Zylinder, Mandrells
Geschmiedete Teile, die gute Duktilität erfordern	Verschleißanfällige Teile, die nach Q&T höhere Härte benötigen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie 42CrMo, wo höhere statische Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit erforderlich sind und wo kontrollierte Wärmebehandlung und Schweißverfahren verfügbar sind. - Wählen Sie 35CrMo, wo bessere Duktilität, Schlagfestigkeit oder Ermüdungsleistung auf vergleichbaren Temperniveaus benötigt wird oder wo die Fertigungserleichterung Priorität hat.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Die Preise variieren je nach Marktbedingungen, Produktform (Stange, Schmiedeteil, Platte) und Fertigungszustand. Im Allgemeinen ist der Unterschied in den Rohmaterialkosten zwischen 35CrMo und 42CrMo bescheiden, da die primären legierenden Zusätze (Cr, Mo) ähnlich sind; 42CrMo kann aufgrund der Verarbeitung höherer Kohlenstoffgrade und strengerer Kontrollen für schweißkritische Anwendungen etwas teurer sein.
• Verfügbarkeit: Beide Güten werden weit verbreitet produziert und sind in Stangen, Schmiedeteilen und Rundstahl erhältlich. 42CrMo (4140-Äquivalente) hat eine besonders breite Verfügbarkeit in globalen Lieferketten, da es eine sehr gängige Ingenieurlegierung ist.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: schnelle Vergleich

Attribut	35CrMo	42CrMo
Schweißbarkeit	Besser (niedrigeres CE)	Anfordernder (höheres CE)
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Bessere Zähigkeit bei vergleichbarer Festigkeit	Höhere erreichbare Festigkeit und Härte
Kosten (relativ)	Leicht niedriger oder ähnlich	Leicht höher in Verarbeitung/Schweißkontrolle

Empfehlung: - Wählen Sie 35CrMo, wenn Sie eine ausgewogene Kombination aus Zähigkeit, Duktilität und angemessener Festigkeit mit einfacher Fertigung und weniger strengen Schweiß-/PWHT-Anforderungen benötigen. Es eignet sich gut für Komponenten, bei denen Schlagfestigkeit, Ermüdungslebensdauer oder duktiles Verhalten Priorität haben. - Wählen Sie 42CrMo, wenn Ihr Design höhere statische Festigkeit, größere Härteverhalten und überlegene Verschleißfestigkeit nach Abschrecken und Tempern erfordert. Es ist geeignet für stark belastete Wellen, Zahnräder und Komponenten, die höheren mechanischen Spannungen ausgesetzt sind oder wo ein höherer Temperwiderstand bei moderaten erhöhten Temperaturen erforderlich ist — vorausgesetzt, dass Schweiß- und Wärmebehandlungssteuerungen vorhanden sind.

Letzter Hinweis: Weder 35CrMo noch 42CrMo sind für den dauerhaften Hochtemperaturbetrieb (Kriechen) ohne detaillierte Materialauswahl vorgesehen. Für Anwendungen mit erhöhten Temperaturen oder kriechkritischen Anwendungen sollten speziell entwickelte Cr–Mo–V- oder rostfreie kriechbeständige Legierungen in Betracht gezogen werden, und es sollten Kriech-/Temperdaten konsultiert werden, die spezifisch für die beabsichtigte Betriebstemperatur und -zeit sind. Überprüfen Sie immer die Werkszertifikate und führen Sie Wärmebehandlungsqualifikationstests (Zug, Schlag, Härte) für kritische Komponenten durch.