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

Einführung

Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner müssen häufig zwischen eng verwandten Chrom-Molybdän-Stählen für geschmiedete Komponenten, Wellen, Zahnräder und Strukturteile wählen. Das Auswahldilemma dreht sich typischerweise um das Gleichgewicht zwischen erreichbarer Festigkeit und Ermüdungsleistung sowie Duktilität, Schweißbarkeit und Gesamtherstellungskosten. In vielen Spezifikationen fällt die Wahl auf zwei ähnliche Sorten: 42CrMo und 35CrMo.

Der praktische Unterschied zwischen diesen beiden Sorten wird hauptsächlich durch ihren Kohlenstoffgehalt und die daraus resultierenden Änderungen in Festigkeit und Härtbarkeit bestimmt. Da die Gehalte an Chrom und Molybdän ähnlich sind, erreicht die hochkohlenstoffhaltige Sorte nach Abschrecken und Anlassen eine höhere Festigkeit und Härte, während die niedrigkohlenstoffhaltige Sorte für ein bestimmtes Wärmebehandlungsziel relativ bessere Zähigkeit und Schweißbarkeit behält. Diese Kompromisse machen das Paar zu einem häufigen Vergleich in Design- und Fertigungsentscheidungen.

1. Normen und Bezeichnungen

• 42CrMo
• Übliche Äquivalente/Normen: EN 42CrMo4 (1.7225), AISI/ASTM häufig als 4140-Familie für ähnliche Zusammensetzung und Verwendung referenziert. GB/T-Bezeichnung in China: 42CrMo.
• Klassifikation: Mittellegierter vergüteter Stahl (Legierungsstahl).
• 35CrMo
• Übliche Äquivalente/Normen: In einigen nationalen Normen als 35CrMo oder 35CrMo4 (EN-Bezeichnung variiert); verwendet in GB/T-Spezifikationen. Weniger häufig als direktes AISI-Analog verwendet, aber vergleichbar mit niedrigkohlenstoffhaltigen Cr-Mo-Stählen der 4100-Serie.
• Klassifikation: Mittellegierter vergüteter Stahl (Legierungsstahl).

Beide Sorten sind Legierungsstähle (nicht rostfrei, nicht Werkzeugstähle). Sie werden typischerweise in Stab-, Schmiede- und Plattenformen für die anschließende Wärmebehandlung geliefert.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle listet typische Zusammensetzungsbereiche auf, die für Design- und Spezifikationsvergleiche verwendet werden. Die tatsächliche zertifizierte Zusammensetzung sollte aus dem Werksprüfzertifikat für jede Kaufcharge entnommen werden.

Element	42CrMo (typische Bereiche)	35CrMo (typische Bereiche)
C (Kohlenstoff)	0.38 – 0.45 Gew%	0.32 – 0.40 Gew%
Mn (Mangan)	0.50 – 0.90 Gew%	0.50 – 0.80 Gew%
Si (Silizium)	0.17 – 0.37 Gew%	0.17 – 0.37 Gew%
P (Phosphor)	≤ 0.025 Gew% (max)	≤ 0.025 Gew% (max)
S (Schwefel)	≤ 0.025 Gew% (max)	≤ 0.025 Gew% (max)
Cr (Chrom)	0.90 – 1.20 Gew%	0.80 – 1.10 Gew%
Mo (Molybdän)	0.15 – 0.30 Gew%	0.15 – 0.30 Gew%
Ni (Nickel)	≤ 0.30 Gew% (Spur)	≤ 0.30 Gew% (Spur)
V, Nb, Ti, B, N	typischerweise nicht spezifiziert / nur Spur	typischerweise nicht spezifiziert / nur Spur

Wie die Legierungsstrategie funktioniert - Kohlenstoff ist die Hauptvariable, die den als abgeschreckt betrachteten Martensitanteil und die Ansprechbarkeit auf das Anlassen steuert; höherer Kohlenstoff erhöht die erreichbare Festigkeit und Härte, verringert jedoch Duktilität und Schweißbarkeit. - Chrom und Molybdän tragen zur Härtbarkeit (vertiefen den härtbaren Abschnitt), Anlassempfindlichkeit und Festigkeit bei Temperatur bei. Da beide Sorten ähnliche Cr- und Mo-Gehalte haben, ist ihre Härtbarkeit vergleichbar, wenn der Kohlenstoff gleich ist, aber der höhere Kohlenstoff in 42CrMo erhöht die endgültige Festigkeit. - Mangan und Silizium unterstützen die Härtbarkeit und Entgasung; niedrige P- und S-Gehalte werden kontrolliert, um Zähigkeit und Ermüdungsleistung zu erhalten.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen und Reaktionen unter gängigen Verarbeitungswegen:

• Warmgewalzt/normiert
• Beide Sorten zeigen bei Normalisierung eine Ferrit-Perlit-Matrix mit feinen Karbiden. Der 42CrMo, mit höherem Kohlenstoff, wird einen leicht höheren Perlitanteil und eine feinere Karbidverteilung nach geeigneten thermischen Zyklen aufweisen.
• Abschrecken und Anlassen (Q&T)
• Abschrecken: Beide Sorten bilden Martensit in ausreichend dicken Abschnitten, gegebenenfalls Cr-Mo-Härtbarkeit. 42CrMo produziert aufgrund des höheren Kohlenstoffs eine härtere, hochfeste martensitische Struktur.
• Anlassen: Anlassen reduziert Sprödigkeit und passt die Zähigkeit an. Da 42CrMo mit höherer Härte beginnt, müssen die Anlasstermine angepasst werden, um das gleiche Festigkeits-Zähigkeits-Gleichgewicht wie 35CrMo zu erreichen.
• Normalisieren + Anlassen / Thermomechanische Verarbeitung
• Thermomechanische Behandlungen, die die Korngröße des vorherigen Austenits verfeinern, verbessern die Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit in beiden Sorten. Das relative Verhalten ist ähnlich; der höhere Kohlenstoffgehalt in 42CrMo legt größeren Wert auf kontrollierte Abkühlung und Anlassen, um Anlasstransversibilität oder übermäßige Restspannungen zu vermeiden.

Wichtige Erkenntnisse - 42CrMo erreicht nach äquivalenten Q&T-Zyklen eine höhere endgültige Festigkeit und Härte. - 35CrMo bietet ein etwas nachgiebigeres Anlasfenster für Zähigkeit und bessere Leistung in dickeren Querschnitten, wo Durchhärtung herausfordernder ist.

4. Mechanische Eigenschaften

Die genauen mechanischen Eigenschaften hängen stark von der Produktform und der Wärmebehandlung ab. Die folgende Tabelle gibt qualitative Vergleiche und typische Eigenschaftstrends anstelle absoluter Zertifizierungswerte. Verwenden Sie Werkszertifikate und vertraglich festgelegte HT-Bedingungen für den Einkauf.

Eigenschaft	42CrMo	35CrMo
Zugfestigkeit (typisch)	Höheres maximales Zugfestigkeitspotenzial nach Q&T (stärker im gleichen HT-Zustand)	Etwas niedrigeres maximales Zugfestigkeitspotenzial für ein gegebenes HT
Streckgrenze	Höhere Streckgrenze bei gleichen Anlasstemp./Härtezielen	Niedrigere Streckgrenze, höherer Duktilitätsbereich
Elongation / Duktilität	Niedrigere Elongation bei hohen Festigkeitsniveaus (Kompromiss mit Festigkeit)	Bessere Elongation und Duktilität bei vergleichbarem Anlassen
Schlagzähigkeit	Kann ausgezeichnet sein, wenn richtig angelassen; empfindlicher gegenüber Wärmebehandlung und Abschnittsgröße	Allgemein weniger empfindlich; kann ein besseres Zähigkeits-Festigkeits-Verhältnis bei niedrigerer Härte bieten
Härte	Höhere erreichbare Härte nach Abschrecken (erfordert mehr Anlassen für Zähigkeit)	Niedrigere erreichbare Spitzenhärte für denselben HT-Zeitplan

Erklärung - Da Kohlenstoff den Martensitstart und den Kohlenstoffgehalt von Martensit erhöht, erzeugt ein höherer C in 42CrMo höhere Festigkeit und Härte für ein gegebenes Abschrecken. Dieser Festigkeitsgewinn geht zu Lasten einer geringeren Zähigkeit und Duktilität, es sei denn, das Anlassen wird verwendet, um Härte gegen Zähigkeit abzuwägen. - Für ermüdungskritische Komponenten geben Designer häufig kontrolliertes Anlassen an, um das erforderliche Gleichgewicht zu erreichen, und wählen die Sorte, die die Empfindlichkeit gegenüber Abschnittsgröße und Wärmeinput minimiert.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit ist eine Funktion des Kohlenstoffäquivalents und der Härtbarkeit; die praktische Bewertung verwendet normalerweise Kohlenstoffäquivalenzformeln. Zwei häufig zitierte Indizes:

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

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

Qualitative Interpretation für 42CrMo vs 35CrMo - 42CrMo (höherer Kohlenstoff) wird ein höheres $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ als 35CrMo haben, wenn alles andere gleich ist, was ein höheres Risiko für Kaltverzug und einen größeren Bedarf an Vorwärmung, Interpasskontrolle, wasserstoffarmen Verbrauchsmaterialien oder Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) bedeutet. - Der niedrigere Kohlenstoffgehalt von 35CrMo macht es in der gängigen Werkstattpraxis schweißbarer und reduziert die erforderliche Vorwärm-/PWHT-Schwere für die gleiche Dicke. - Beide Sorten sind mit Standardverfahren für Cr-Mo-Stähle schweißbar, wenn geeignete Vorwärmung und PWHT angewendet werden. Für kritische oder dicke Abschnitte führen Sie eine Verfahrensqualifikation (PQR) durch und schließen Sie PWHT ein, um Wasserstoff zu entlasten und die HAZ zu temperieren.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder 42CrMo noch 35CrMo sind rostfreie Stähle; die Korrosionsbeständigkeit ist auf die von niedriglegierten Kohlenstoffstählen beschränkt. Die Auswahlkriterien basieren typischerweise auf Beschichtung und Oberflächenbehandlung anstelle von Legierung.
• Übliche Schutzstrategien: Lackieren, kathodischer Schutz, Feuerverzinkung (wenn die Geometrie es zulässt) oder Beschichtung, wo es angemessen ist.
• PREN ist für diese nicht rostfreien niedriglegierten Stähle nicht anwendbar. Zum Kontext ist die PREN-Formel für die rostfreie Bewertung: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Aber dieser Index ist irrelevant für einfache Chrom-Molybdän-Strukturstähle, da ihr Chromgehalt zu niedrig ist, um rostfreies Verhalten zu verleihen.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Zerspanbarkeit
• 35CrMo ist typischerweise einfacher zu bearbeiten als 42CrMo bei gleichem Härtegrad aufgrund des niedrigeren Kohlenstoffgehalts und der reduzierten Neigung zur Kaltverfestigung. Die Werkzeuglebensdauer und die Schnittkräfte werden für 35CrMo günstiger sein.
• Wenn Teile in weicheren normalisierten oder geglühten Zuständen geliefert werden, verbessert sich die Zerspanbarkeit für beide; gehärtete Zustände erfordern Hartmetallwerkzeuge.
• Formbarkeit und Biegen
• Niedrigerer Kohlenstoff in 35CrMo führt zu besserer Kaltformbarkeit. Eine geringere Rückfederung ist typisch beim Biegen oder Formen.
• 42CrMo erfordert eine genauere Kontrolle der Biegeradien und kann zwischenzeitliche Wärmebehandlungen für signifikante plastische Verformungen erfordern.
• Oberflächenbearbeitung und Schleifen
• Beide Stähle können auf hochwertige Oberflächenbedingungen geschliffen und bearbeitet werden; höhere Härte in 42CrMo erhöht die Abrasivität auf Schleifscheiben und Werkzeugen.

8. Typische Anwendungen

42CrMo (höherer Kohlenstoff Cr–Mo)	35CrMo (niedrigerer Kohlenstoff Cr–Mo)
Wellen, hochfeste Achsen, Kurbelwellen, stark belastete Zahnräder, Lagergehäuse, wo höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit nach Q&T erforderlich sind	Achsen, strukturelle Schmiedeteile, Schrauben & hochfeste Verbindungselemente, Komponenten, die höhere Duktilität oder einfacheres Schweißen erfordern
Hochbelastete rotierende Teile und Komponenten mit ermüdungskritischen Abschnitten, die zuverlässig wärmebehandelt werden können	Teile, die eine einfachere Verarbeitung oder häufigere Verbindungsoperationen erfordern; strukturelle Komponenten mit mittlerer Festigkeit
Maschinenbauteile, bei denen Härte und Verschleißfestigkeit vorteilhaft sind	Komponenten, bei denen Zähigkeit, Duktilität und Kostenwirksamkeit priorisiert werden

Auswahlbegründung - Wählen Sie 42CrMo, wenn höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit nach der Wärmebehandlung erforderlich sind und Schweißnähte oder komplexe Formungen minimiert oder durch robuste Schweißverfahren kontrolliert werden können. - Wählen Sie 35CrMo, wenn Formung, Schweißen oder ein verbessertes Zähigkeits-Festigkeits-Verhältnis wichtiger sind und wo eine leicht niedrigere Spitzenfestigkeit akzeptabel ist.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: Beide Sorten sind kostengünstig; 42CrMo kann aufgrund der etwas höheren Kohlenstoffverarbeitung und der Nachfrage nach hochfesten Anwendungen geringfügig teurer sein. Preisunterschiede sind im Vergleich zu Wärmebehandlungs- und Nachbearbeitungskosten typischerweise gering.
• Verfügbarkeit nach Produktform: Beide sind in Märkten, die Cr-Mo-Stähle liefern, weit verbreitet in Stab-, Schmiede- und nahtlosen Rohrformen erhältlich. 42CrMo (oder AISI 4140-Äquivalent) wird weltweit häufiger auf Lager gehalten aufgrund seiner breiten Verwendung; 35CrMo kann je nach Standardisierung regionaler sein. Bestätigen Sie immer die Lieferzeiten des Werks, die Zertifizierung und die Chargenverfolgbarkeit.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ)

Kriterium	42CrMo	35CrMo
Schweißbarkeit	Mäßig — benötigt strengere Vorwärmung/PWHT bei Dicke	Besser — niedrigere Vorwärm-/PWHT-Anforderungen
Festigkeit – Zähigkeitsgleichgewicht	Höhere maximale Festigkeit; erfordert sorgfältiges Anlassen, um Zähigkeit zu erhalten	Besserer Zähigkeitsbereich bei ähnlicher Verarbeitung; etwas niedrigere Spitzenfestigkeit
Kosten (nur Material)	Vergleichbar; in einigen Märkten etwas höher	Vergleichbar; oft geringfügig niedriger
Zerspanbarkeit / Formbarkeit	Weniger günstig bei gleicher Härte	Günstiger bei gleicher Härte

Empfehlungen - Wählen Sie 42CrMo, wenn die primären Entwurfsfaktoren höhere Festigkeit nach der Wärmebehandlung, Verschleißfestigkeit oder wenn ein kleinerer Querschnitt maximale zulässige Festigkeit für ermüdungskritische rotierende Komponenten erfordert und wenn Sie Schweiß- und Wärmebehandlungsverfahren kontrollieren können. - Wählen Sie 35CrMo, wenn das Design eine verbesserte Duktilität, einfacheres Schweißen und Bearbeiten, ein reduziertes Risiko für wasserstoffunterstützte Rissbildung oder kostensensible Produktion bevorzugt, bei der eine leicht niedrigere Spitzenfestigkeit akzeptabel ist.

Letzte Anmerkung Geben Sie immer die genauen Wärmebehandlungsbedingungen, Härtegrenzen und Akzeptanzprüfungen in den Beschaffungsunterlagen an. Für geschweißte Baugruppen oder dicke Abschnitte verlangen Sie eine Schweißverfahrensqualifikation (PQR) und berücksichtigen Sie PWHT. Für kritische Teile, die Ermüdung oder Hochzyklusbelastungen ausgesetzt sind, kombinieren Sie die metallurgische Auswahl mit validierter Wärmebehandlung und zerstörungsfreier Prüfung, um eine zuverlässige Leistung im Einsatz zu erreichen.