16MnCr5 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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16MnCr5-Stahl ist ein mittellegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der hauptsächlich zur Herstellung von vergüteten Bauteilen verwendet wird. Er wird als niedriglegierter Stahl klassifiziert, wobei seine Hauptlegierungselemente Mangan (Mn) und Chrom (Cr) sind. Die Zugabe dieser Elemente verbessert die Härtbarkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Stahls, was ihn für verschiedene ingenieurtechnische Anwendungen geeignet macht.
Umfassende Übersicht
16MnCr5 ist bekannt für seine ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, zu denen hohe Zugfestigkeit und gute Zähigkeit gehören. Der Stahl wird besonders in Anwendungen geschätzt, in denen Bauteile hohen Belastungen und Verschleiß ausgesetzt sind, wie Zahnräder, Wellen und andere Maschinenbauteile. Die Legierungselemente spielen eine entscheidende Rolle bei der Definition seiner Eigenschaften:
- Mangan (Mn): Verbessert die Härtbarkeit und Zugfestigkeit und erhöht gleichzeitig die Verschleißfestigkeit des Stahls.
- Chrom (Cr): Erhöht die Härte und Korrosionsbeständigkeit und trägt zur allgemeinen Haltbarkeit des Stahls bei.
Vorteile:
- Hohe Verschleißfestigkeit durch Einsatzhärtung.
- Gute Bearbeitbarkeit im geglühten Zustand.
- Geeignet für Anwendungen mit hoher Belastung.
Beschränkungen:
- Eingeschränkte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen.
- Erfordert eine sorgfältige Wärmebehandlung, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.
Historisch gesehen wurde 16MnCr5 in der Automobil- und Maschinenbauindustrie weit verbreitet eingesetzt, wo das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit entscheidend ist. Seine Marktposition bleibt stark, insbesondere in Regionen mit einer robusten Fertigungsbasis.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | G16MnCr5 | USA | Nächstes Äquivalent zu EN 16MnCr5 |
| AISI/SAE | 16MnCr5 | USA | Kleine Zusammensetzungsunterschiede zu beachten |
| EN | 16MnCr5 | Europa | Wird in Europa häufig für vergütete Teile verwendet |
| DIN | 1.7131 | Deutschland | Entspricht EN 16MnCr5 |
| JIS | SCM420 | Japan | Ähnliche Eigenschaften, jedoch mit anderen Legierungselementen |
| ISO | 16MnCr5 | International | Standardbezeichnung für globale Referenz |
Die subtilen Unterschiede zwischen diesen Graden können die Leistung beeinflussen, insbesondere in Bezug auf Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit. Während SCM420 ähnliche mechanische Eigenschaften aufweist, können seine unterschiedlichen Legierungselemente zu Variationen in der Korrosionsbeständigkeit führen.
Wichtige Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 0.14 - 0.19 |
| Mangan (Mn) | 1.10 - 1.40 |
| Chrom (Cr) | 0.80 - 1.10 |
| Silizium (Si) | 0.15 - 0.40 |
| Phosphor (P) | ≤ 0.025 |
| Schwefel (S) | ≤ 0.025 |
Die Hauptfunktion von Mangan in 16MnCr5 besteht darin, die Härtbarkeit zu verbessern, was eine tiefere Einsatzhärtung ermöglicht. Chrom trägt zur erhöhten Härte und Verschleißfestigkeit bei, wodurch der Stahl für Anwendungen mit hoher Belastung geeignet ist. Der niedrige Kohlenstoffgehalt hilft, eine gute Duktilität und Zähigkeit aufrechtzuerhalten.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch) | Typischer Wert/Bereich (imperial) | Referenzstandard für Prüfmethoden |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Geglüht | 600 - 800 MPa | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0.2% Offset) | Geglüht | 350 - 500 MPa | 51 - 73 ksi | ASTM E8 |
| Dehnung | Geglüht | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
| Härte (HB) | Geglüht | 180 - 230 HB | 180 - 230 HB | ASTM E10 |
| Schlagfestigkeit | -40°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Die mechanischen Eigenschaften von 16MnCr5 machen ihn besonders geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Seine Zugfestigkeit und Streckgrenze ermöglichen es ihm, erheblichen Lasten standzuhalten, während seine Dehnung auf eine gute Duktilität hinweist, die für Bauteile, die Verformungen unterliegen können, unerlässlich ist.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch) | Wert (imperial) |
|---|---|---|---|
| Dichte | - | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Schmelzpunkt | - | 1420 - 1460 °C | 2590 - 2660 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | 20°C | 45 W/m·K | 31.2 BTU·in/ft²·h·°F |
| Spezifische Wärmekapazität | 20°C | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Elektrische Widerstandsfähigkeit | 20°C | 0.00065 Ω·m | 0.000004 Ω·in |
Die Dichte von 16MnCr5 weist auf ein relativ schweres Material hin, was zu seiner Festigkeit beiträgt. Der Schmelzpunkt ist für Anwendungen bei hohen Temperaturen von Bedeutung, während Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität entscheidend sind, um zu verstehen, wie das Material unter thermischem Stress reagiert.
Korrosionsbeständigkeit
| Korrosives Mittel | Konzentration (%) | Temperatur (°C) | Beständigkeitsbewertung | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Chloride | 3 - 10 | 20
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