10B21 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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10B21-Stahl ist ein mittellegierter Kohlenstoffstahl, der hauptsächlich als niedriglegierter Stahl klassifiziert wird. Er zeichnet sich durch seine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit aus, was ihn für eine Vielzahl von Ingenieuranwendungen geeignet macht. Die Hauptlegierungselemente in 10B21 sind Kohlenstoff (C), Mangan (Mn) und Bor (B), die seine mechanischen Eigenschaften und Leistungen erheblich beeinflussen.
Umfassende Übersicht
10B21-Stahl ist bekannt für seine hervorragende Härtbarkeit und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Die Zugabe von Bor verbessert die Härtbarkeit des Stahls, sodass er durch Wärmebehandlungsprozesse höhere Festigkeitsniveaus erreichen kann. Der Mangananteil trägt zur verbesserten Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit bei, während Kohlenstoff die notwendige Festigkeit und Härte bereitstellt.
Vorteile von 10B21-Stahl:
- Hohe Festigkeit und Zähigkeit: Geeignet für Anwendungen, bei denen mechanische Festigkeit entscheidend ist.
- Gute Verschleißfestigkeit: Ideal für Komponenten, die abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind.
- Vielseitige Bearbeitungsmöglichkeiten: Kann mit geeigneten Techniken geschweißt und bearbeitet werden.
Einschränkungen von 10B21-Stahl:
- Korrosionsbeständigkeit: Mäßige Korrosionsbeständigkeit, die in aggressiven Umgebungen Schutzbeschichtungen erfordert.
- Brittleness bei niedrigen Temperaturen: Kann bei extrem niedrigen Temperaturen reduzierte Zähigkeit aufweisen.
Historisch gesehen hat 10B21 seinen Platz in der Automobil- und Maschinenbauindustrie gefunden, insbesondere in der Produktion von Zahnrädern, Wellen und anderen Komponenten, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität erfordern. Seine Marktposition ist stabil, mit einer konstanten Nachfrage in Branchen, die Haltbarkeit und Leistung priorisieren.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | G10420 | USA | Nächster Äquivalent zu 10B21 |
| AISI/SAE | 1020B | USA | Geringe zusammensetzungsbedingte Unterschiede |
| ASTM | A29 | USA | Allgemeine Spezifikation für legierte Stähle |
| EN | 1.0402 | Europa | Äquivalenter Grad in europäischen Standards |
| JIS | S45C | Japan | Ähnliche Eigenschaften, aber höherer Kohlenstoffgehalt |
Die obige Tabelle skizziert verschiedene Bezeichnungen und Standards für 10B21-Stahl. Bemerkenswert ist, dass während Grade wie S45C und 1020B ähnliche mechanische Eigenschaften aufweisen, die Anwesenheit von Bor in 10B21 dessen Härtbarkeit verbessert, was ihn zur bevorzugten Wahl für spezifische Anwendungen macht, bei denen Festigkeit von größter Bedeutung ist.
Wichtige Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0.18 - 0.22 |
| Mn (Mangan) | 0.60 - 0.90 |
| B (Bor) | 0.0005 - 0.003 |
| Si (Silizium) | 0.15 - 0.40 |
| P (Phosphor) | ≤ 0.040 |
| S (Schwefel) | ≤ 0.050 |
Die primären Legierungselemente in 10B21-Stahl spielen eine entscheidende Rolle bei der Definition seiner Eigenschaften. Kohlenstoff ist entscheidend für die Erreichung der gewünschten Härte und Festigkeit, während Mangan die Härtbarkeit und Zähigkeit verbessert. Bor, selbst in Spuren, verbessert erheblich die Fähigkeit des Stahls, während der Wärmebehandlung zu härten, was ihn für Hochleistungsanwendungen geeignet macht.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Prüftemperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch) | Typischer Wert/Bereich (imperial) | Referenzstandard für Prüfmethoden |
|---|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Geglüht | Raumtemperatur | 600 - 800 MPa | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0.2% Offset) | Geglüht | Raumtemperatur | 350 - 500 MPa | 51 - 73 ksi | ASTM E8 |
| Dehnung | Geglüht | Raumtemperatur | 20 - 25% | 20 - 25% | ASTM E8 |
| Härte (Brinell) | Geglüht | Raumtemperatur | 160 - 210 HB | 160 - 210 HB | ASTM E10 |
| Schlagfestigkeit | Charpy (20°C) | 20°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Die mechanischen Eigenschaften von 10B21-Stahl machen ihn besonders geeignet für Anwendungen, die dynamischen Belastungen und strukturelle Integrität erfordern. Seine hohe Zug- und Streckfestigkeit stellt sicher, dass Komponenten erheblichen Kräften standhalten können, ohne sich zu verformen, während seine Dehnung auf eine gute Duktilität hinweist, die eine gewisse Verformung vor dem Bruch ermöglicht.
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 | 45 W/m·K | 31 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Spezifische Wärmekapazität | Raumtemperatur | 0.46 kJ/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Elektrische Widerstandsfähigkeit | Raumtemperatur | 0.00065 Ω·m | 0.00038 Ω·in |
Die physikalischen Eigenschaften von 10B21-Stahl, wie seine Dichte und Schmelzpunkt, sind entscheidend für Anwendungen, bei denen Gewicht und thermische Leistung berücksichtigt werden. Seine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht eine effiziente Wärmeableitung