15N20 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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15N20-Stahl ist ein hochlegierter, niedriglegierter Stahl, der für seine außergewöhnliche Zähigkeit und Verschleißfestigkeit bekannt ist und hauptsächlich in der Herstellung von Hochleistungswerkzeugen und -komponenten verwendet wird. Als mittelhochlegierter Stahl klassifiziert, enthält er erhebliche Mengen an Nickel und Chrom, die seine mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit verbessern. Die Hauptlegierungselemente im 15N20-Stahl sind:
- Nickel (Ni): Verbessert die Zähigkeit und Verformbarkeit.
- Chrom (Cr): Erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit.
- Kohlenstoff (C): Erhöht die Festigkeit und Härte.
Eigenschaften und Merkmale
15N20-Stahl zeichnet sich durch seine hervorragende Härtbarkeit, hohe Zugfestigkeit und gute Ermüdungsbeständigkeit aus. Er wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erfordern, wie z.B. in der Herstellung von Klingen, Federn und anderen Komponenten, die hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Vorteile:
- Hohe Verschleißfestigkeit aufgrund seines Kohlenstoffgehalts.
- Ausgezeichnete Zähigkeit, die ihn für stoßbelastete Anwendungen geeignet macht.
- Gute Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit, wenn er richtig verarbeitet wird.
Beschränkungen:
- Eingeschränkte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen.
- Erfordert eine sorgfältige Wärmebehandlung, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
Historisch gesehen war 15N20-Stahl bedeutend in der Produktion von hochwertigen Messern und Werkzeugen, insbesondere in der Besteckindustrie, wo seine Eigenschaften hoch geschätzt werden.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | G15N20 | USA | Nächster Äquivalent zu AISI 5160 mit geringfügigen Unterschieden. |
| AISI/SAE | 15N20 | USA | Wird häufig in der Werkzeugherstellung verwendet. |
| ASTM | A681 | USA | Spezifikation für Werkzeugstähle. |
| EN | 1.6510 | Europa | Äquivalent zu AISI 15N20 mit leichten Zusammensetzungsvariationen. |
| JIS | S15C | Japan | Ähnliche Eigenschaften, aber mit unterschiedlichen Legierungselementen. |
Die Unterschiede zwischen diesen Graden liegen oft in den spezifischen Prozentsätzen der Legierungselemente, die die Leistung des Stahls in verschiedenen Anwendungen beeinflussen können. Während sowohl 15N20 als auch AISI 5160 hochlegierte Stähle sind, verbessert das Vorhandensein von Nickel im 15N20 seine Zähigkeit im Vergleich zu 5160.
Wichtige Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0,75 - 0,85 |
| Ni (Nickel) | 1,50 - 2,00 |
| Cr (Chrom) | 0,50 - 1,00 |
| Mn (Mangan) | 0,40 - 0,60 |
| Si (Silizium) | 0,15 - 0,30 |
| P (Phosphor) | ≤ 0,030 |
| S (Schwefel) | ≤ 0,030 |
Die Hauptrolle der wichtigsten Legierungselemente im 15N20-Stahl umfasst:
- Kohlenstoff: Erhöht die Härte und Festigkeit, die für die Verschleißfestigkeit entscheidend sind.
- Nickel: Verbessert die Zähigkeit und Verformbarkeit, sodass der Stahl Stöße ohne Bruch aushalten kann.
- Chrom: Trägt zur Härte und Verschleißfestigkeit bei und verbessert die Leistung des Stahls in abrasiven Umgebungen.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Testtemperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten) | Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten) | Referenzstandard für Testmethode |
|---|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Geglüht | Raumtemperatur | 800 - 900 MPa | 116.000 - 130.000 psi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0,2% Offset) | Geglüht | Raumtemperatur | 600 - 700 MPa | 87.000 - 101.500 psi | ASTM E8 |
| Dehnung | Geglüht | Raumtemperatur | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Härte (Rockwell C) | Geglüht | Raumtemperatur | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| Schlagfestigkeit | Abgeschreckt & Vergütet | -20 °C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht 15N20-Stahl besonders geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie z.B. in der Herstellung von Messern und Schneidwerkzeugen. Seine Fähigkeit, Härte zu behalten und gleichzeitig Verformbarkeit zu gewährleisten, ermöglicht es ihm, unter mechanischer Belastung gut zu funktionieren.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch - SI-Einheiten) | Wert (imperiale Einheiten) |
|---|---|---|---|
| Dichte | Raumtemperatur | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Schmelzpunkt/-bereich | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | Raumtemperatur | 50 W/(m·K) | 34,5 BTU/(h·ft·°F) |
| Spezifische Wärmekapazität | Raumtemperatur | 0,46 J/(g·K) | 0,11 BTU/(lb·°F) |
| Elektrische Widerstandsfähigkeit | Raumtemperatur | 0,00065 Ω·m | 0,000038 Ω·in |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | Raumtemper
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