1016 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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1016 Stahl wird als ein niedrig-kohlenstoffhaltiger Stahl klassifiziert, der speziell in die Kategorie der mittel-kohlenstoffhaltigen Legierungsstähle fällt. Er besteht hauptsächlich aus Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt, der typischerweise zwischen 0,14 % und 0,20 % liegt. Dieser niedrige Kohlenstoffgehalt trägt zu seiner hervorragenden Duktilität und Verformbarkeit bei, was ihn für verschiedene Umformprozesse geeignet macht. Die Hauptlegierungselemente im 1016 Stahl umfassen Mangan, das die Härtbarkeit und Festigkeit verbessert, und Silizium, das die Entgasung während der Stahlherstellung verbessert.
Umfassende Übersicht
Die bedeutendsten Eigenschaften des 1016 Stahls sind seine gute Schweißbarkeit, Zerspanbarkeit und moderate Festigkeit. Er zeigt ein feines Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität, was ihn zu einer idealen Wahl für Anwendungen macht, die gute Formbarkeit und Zähigkeit erfordern. Die inhärenten Eigenschaften des Stahls ermöglichen es, ihn leicht zu formen und zu schweißen, was in Fertigungsprozessen von Vorteil ist.
Vorteile und Einschränkungen
Vorteile:
- Gute Zerspanbarkeit: 1016 Stahl kann leicht bearbeitet werden, was eine präzise Fertigung ermöglicht.
- Schweißbarkeit: Er kann mit verschiedenen Methoden geschweißt werden, ohne dass eine signifikante Vorwärmung erforderlich ist.
- Kosteneffektivität: Im Allgemeinen sind niedrig-kohlenstoffhaltige Stähle günstiger als höher legierte Stähle.
Einschränkungen:
- Niedrigere Festigkeit: Im Vergleich zu höher kohlenstoffhaltigen Stählen hat 1016 eine niedrigere Zugfestigkeit.
- Begrenzte Härte: Er reagiert nicht gut auf Wärmebehandlung zur Härtung, was seine Verwendung in hochbelasteten Anwendungen einschränkt.
Historisch gesehen wurde 1016 Stahl aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften und Kosteneffektivität in der Automobil- und Fertigungsindustrie weit verbreitet eingesetzt. Zu seinen häufigen Anwendungen gehören Strukturkomponenten, Automobilteile und Maschinen.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | G10160 | USA | Nächster Äquivalent zu AISI 1016 |
| AISI/SAE | 1016 | USA | Niedrig-kohlenstoffhaltiger Stahl mit guter Zerspanbarkeit |
| ASTM | A108 | USA | Standard-Spezifikation für kaltbearbeitete kohlenstoffhaltige Stahlstangen |
| EN | C15E | Europa | Geringfügige Zusammensetzungsunterschiede zu beachten |
| JIS | S15C | Japan | Ähnliche Eigenschaften, können jedoch in spezifischen Anwendungen variieren |
Die obige Tabelle hebt verschiedene Standards und Äquivalente für 1016 Stahl hervor. Besonders bemerkenswert ist, dass, während Grade wie S15C und C15E ähnlich sind, sie geringfügige Zusammensetzungsunterschiede aufweisen können, die die Leistung in spezifischen Anwendungen, wie Schweißbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit, beeinflussen könnten.
Wichtige Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0.14 - 0.20 |
| Mn (Mangan) | 0.30 - 0.60 |
| Si (Silizium) | 0.15 - 0.40 |
| P (Phosphor) | ≤ 0.04 |
| S (Schwefel) | ≤ 0.05 |
Die Hauptrolle der wichtigsten Legierungselemente im 1016 Stahl ist wie folgt:
- Kohlenstoff (C): Bietet Festigkeit und Härte; jedoch sorgt der niedrige Gehalt für gute Duktilität.
- Mangan (Mn): Verbessert die Härtbarkeit und Festigkeit und verbessert die mechanischen Eigenschaften des Stahls insgesamt.
- Silizium (Si): Wirkt als Entgasungsmittel während der Stahlproduktion und trägt zur Verbesserung der Zähigkeit bei.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch) | Typischer Wert/Bereich (imperial) | Referenzstandard für Prüfmethoden |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Angeglüht | 370 - 490 MPa | 54 - 71 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0,2 % Offset) | Angeglüht | 210 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Dehnung | Angeglüht | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
| Härte (Brinell) | Angeglüht | 120 - 160 HB | 120 - 160 HB | ASTM E10 |
| Schlagfestigkeit (Charpy) | -40°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Die mechanischen Eigenschaften des 1016 Stahls machen ihn geeignet für Anwendungen, die moderate Festigkeit und gute Duktilität erfordern. Seine Zug- und Streckfestigkeiten sind ausreichend für Strukturkomponenten, während seine Dehnung eine gute Formbarkeit anzeigt. Die Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen stellt sicher, dass er plötzlichen Lasten standhalten kann, ohne zu brechen.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch) | Wert (imperial) |
|---|---|---|---|
| Dichte | Raumtemperatur | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Schmelzpunkt | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | Raumtemperatur | 50 W/m·K | 29 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Spezifische Wärmekapazität | Raumtemperatur | 0.49 kJ/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Elektrische Widerstandsfähigkeit | Raumtemperatur | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·in |
Die praktische Bedeutung der physikalischen Eigenschaften des 1016 Stahls umfasst:
- Dichte: