4034 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht

4034 Stahl ist ein mittelcarboniertes Legierungsstahl, der in die Kategorie der hochfesten Stähle fällt. Er zeichnet sich hauptsächlich durch seine signifikanten Legierungselemente wie Chrom und Molybdän aus, die seine mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit verbessern. Diese Stahlsorte wird häufig in Anwendungen verwendet, die eine Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit erfordern.

Umfassende Übersicht

4034 Stahl wird als mittelcarbonierter Legierungsstahl klassifiziert, der typischerweise einen Kohlenstoffgehalt von 0,30% bis 0,60% aufweist. Die Hauptlegierungselemente im 4034 Stahl sind Chrom (Cr) und Molybdän (Mo), die zur Gesamtfestigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Verschleiß und Korrosion beitragen. Das Vorhandensein von Chrom verbessert die Härtbarkeit des Stahls, während Molybdän seine Zähigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen verbessert.

Die bedeutendsten Eigenschaften von 4034 Stahl sind:

• Hohe Festigkeit: Bietet ausgezeichnete Zug- und Fließfestigkeit, was ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht.
• Gute Zähigkeit: Erhält die Zähigkeit auch bei niedrigen Temperaturen, was für die strukturelle Integrität entscheidend ist.
• Verschleißbeständigkeit: Die Legierungselemente bieten eine verbesserte Verschleißbeständigkeit, was ihn ideal für Bauteile macht, die Reibung und Abrieb ausgesetzt sind.

Vorteile:
- Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, einschließlich hoher Zugfestigkeit und Härte.
- Gute Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit, die vielseitige Fertigungsoptionen ermöglicht.
- Geeignet für Wärmebehandlungsprozesse, die seine Eigenschaften weiter verbessern können.

Einschränkungen:
- Mittlere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen, was seine Verwendung in hochkorrosiven Umgebungen einschränken kann.
- Erfordert sorgfältige Wärmebehandlung, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, was die Fertigungsprozesse komplizieren kann.

Auf dem Markt wird 4034 Stahl für sein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit anerkannt, was ihn zu einer beliebten Wahl in verschiedenen Ingenieuranwendungen, insbesondere im Automobil- und Fertigungssektor, macht.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S40340	USA	Am nächsten verwandt mit AISI 4034
AISI/SAE	4034	USA	Allgemein verwendete Bezeichnung
ASTM	A681	USA	Standardbeschreibung für Werkzeugstähle
EN	1.2080	Europa	Kleinere zusammensetzungstechnische Unterschiede
JIS	SKD11	Japan	Ähnliche Eigenschaften, jedoch höherer Kohlenstoffgehalt

Die obige Tabelle hebt verschiedene Standards und Äquivalente für 4034 Stahl hervor. Besonders hervorzuheben ist, dass, während Sorten wie SKD11 ähnliche mechanische Eigenschaften bieten können, sie typischerweise einen höheren Kohlenstoffgehalt haben, was die Härtbarkeit und Zähigkeit beeinflussen kann. Das Verständnis dieser feinen Unterschiede ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Materials für spezifische Anwendungen.

Schlüsseleigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol)	Prozentanteil (%)
Kohlenstoff (C)	0,40 - 0,50
Chrom (Cr)	0,80 - 1,20
Molybdän (Mo)	0,15 - 0,30
Mangan (Mn)	0,60 - 0,90
Silizium (Si)	0,15 - 0,40
Phosphor (P)	≤ 0,030
Schwefel (S)	≤ 0,030

Die Hauptlegierungselemente im 4034 Stahl spielen eine wesentliche Rolle bei der Definition seiner Eigenschaften:

• Chrom: Verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, was eine bessere Leistung in rauen Umgebungen ermöglicht.
• Molybdän: Verbessert die Zähigkeit und die Festigkeit bei hohen Temperaturen, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die thermischem Stress ausgesetzt sind.
• Mangan: Erhöht die Härtbarkeit und Festigkeit, was zur Gesamtbeständigkeit des Stahls beiträgt.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für die Prüfmethodik
Zugfestigkeit	Angelassen	Raumtemp	700 - 900 MPa	101,5 - 130,5 ksi	ASTM E8
Dehngrenze (0,2% Überschreitung)	Angearbeitet	Raumtemp	400 - 600 MPa	58 - 87 ksi	ASTM E8
Elongation	Angearbeitet	Raumtemp	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Angearbeitet	Raumtemp	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Angearbeitet	-20°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von 4034 Stahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Seine Zug- und Dehngrenzwerte zeigen, dass er beträchtliche Lasten tragen kann, während sein Dehnungsprozentsatz eine gute Duktilität anzeigt, die eine Verformung ohne Bruch ermöglicht. Die Härtewerte zeigen, dass er Verschleiß und Abrieb widerstehen kann, was ihn ideal für Bauteile macht, die Reibung ausgesetzt sind.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemp	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemp	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemp	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrische Resistivität	Raumtemp	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·in

Die physikalischen Eigenschaften von 4034 Stahl sind für seine Anwendungen von Bedeutung. Zum Beispiel zeigt seine Dichte, dass er ein robustes Material ist, während sein Schmelzpunkt darauf hindeutet, dass er hohen Temperaturen gewachsen ist. Die Wärmeleitfähigkeit ist wichtig für Anwendungen, bei denen die Wärmeableitung entscheidend ist, und die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um seine Temperatur zu ändern.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5%	25°C	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10%	25°C	schlecht	Nicht empfohlen
Natriumhydroxid	50%	25°C	gut	Begrenzte Beständigkeit

4034 Stahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Umgebungen mit Chloriden und alkalischen Substanzen. Obwohl er einige Einwirkungen von korrosiven Agenzien standhalten kann, wird seine Verwendung in stark sauren Umgebungen, wie konzentrierter Schwefelsäure, nicht empfohlen, da er schnell abgebaut werden kann.

Im Vergleich zu anderen Stahlqualitäten, wie z.B. 304 rostfreiem Stahl, ist die Korrosionsbeständigkeit von 4034 Stahl deutlich geringer. 304 rostfreier Stahl bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen eine Vielzahl von korrosiven Umgebungen, was ihn zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen in der Lebensmittel- und Chemieindustrie macht. Dennoch machen die höhere Festigkeit und Verschleißbeständigkeit von 4034 Stahl ihn geeignet für Anwendungen, bei denen mechanische Eigenschaften über Korrosionsbeständigkeit priorisiert werden.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Hinweise
Maximale Dauereinsatztemperatur	400°C	752°F	Geeignet für längere Einwirkungen
Maximale intermittierende Einsatztemperatur	500°C	932°F	Kurzzeitige Einwirkung
Skalierungsgrad	600°C	1112°F	Risiko der Oxidation über diese Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen behält 4034 Stahl seine Festigkeit und Härte, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die thermischen Stress erfahren. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass eine übermäßige Einwirkung bei Temperaturen über 400°C vermieden wird, da dies zu Oxidation und Skalierung führen kann, die die Integrität des Materials beeinträchtigen können.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER308L	Argon	Benötigt Vorwärmung
Stab	E7018	-	Eignet sich für dickere Abschnitte

4034 Stahl weist eine gute Schweißbarkeit auf, insbesondere bei Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe. Vorwärmung wird häufig empfohlen, um das Risiko von Rissen während des Schweißprozesses zu minimieren. Eine Nachbehandlung nach dem Schweißen kann ebenfalls erforderlich sein, um Restspannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	4034 Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	75%	100%	Mittlere Bearbeitbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit	30 m/min	50 m/min	Für Werkzeugverschleiß anpassen

4034 Stahl hat eine mittlere Bearbeitbarkeit, die durch die Verwendung geeigneter Werkzeugtypen und Geschwindigkeiten optimiert werden kann. Es ist entscheidend, den Werkzeugverschleiß genau zu überwachen, da die Härte des Stahls zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß führen kann.

Formbarkeit

4034 Stahl zeigt eine gute Formbarkeit sowohl in kalten als auch in warmen Bearbeitungsprozessen. Er kann kalt in verschiedene Formen geformt werden, wobei darauf geachtet werden muss, übermäßige Verfestigung zu vermeiden. Der empfohlene Biegeradius für das Kaltformen beträgt in der Regel das Dreifache der Materialdicke, um Risse zu verhindern.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwachte Ergebnis
Glühen	700 - 800	1 - 2 Stunden	Luft	Weichmachen, verbesserte Bearbeitbarkeit
Härte	850 - 900	30 Minuten	Öl	Härten, erhöhte Festigkeit
Vergüten	400 - 600	1 Stunde	Luft	Verbesserung der Zähigkeit

Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen, Härten und Vergüten sind entscheidend für die Optimierung der mechanischen Eigenschaften von 4034 Stahl. Während der Härte erfährt der Stahl eine Umwandlung von Austenit zu Martensit, was zu einer erhöhten Härte führt. Das Vergüten wird dann verwendet, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern, um ein ausgewogenes Material zu schaffen, das für verschiedene Anwendungen geeignet ist.

Typische Anwendungen und Einsatzbereiche

Branche/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Automobil	Zahnrad und Wellen	Hohe Festigkeit, Verschleißbeständigkeit	Haltbarkeit unter Last
Fertigung	Werkzeuge	Härte, Zähigkeit	Leistung beim Schneiden
Luft- und Raumfahrt	Strukturelle Komponenten	Festigkeits-Gewichts-Verhältnis	Kritisch für die Sicherheit

Im Automobilsektor wird 4034 Stahl häufig für Zahnräder und Wellen verwendet, da er hohe Festigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweist. In der Fertigung wird er für Werkzeuge genutzt, bei denen Härte und Zähigkeit entscheidend sind. Die Luft- und Raumfahrtindustrie profitiert ebenfalls von seinem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, was ihn für strukturelle Komponenten geeignet macht, die sowohl Haltbarkeit als auch leichtgewichtige Eigenschaften erfordern.

Weitere Anwendungen umfassen:

• Industrieanlagen: Komponenten, die hohe Verschleißbeständigkeit erfordern.
• Bau: Strukturteile in Gebäuden und Brücken.
• Öl und Gas: Ausrüstung, die extremen Bedingungen ausgesetzt ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Eigenschaft/Eigenschaft	4034 Stahl	AISI 4140	AISI 304	Kurz Pro/Contra oder Kompromisshinweis
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Höhere Zähigkeit	Geringere Festigkeit	4034 bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit
Wesentliche Korrosionsaspekte	Moderat	Ausreichend	Exzellent	4034 ist weniger korrosionsbeständig als 304
Schweißbarkeit	Gut	Moderat	Exzellent	4034 benötigt Vorwärmung für optimale Ergebnisse
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Exzellent	4034 ist weniger bearbeitbar als 304
Formbarkeit	Gut	Moderat	Gut	4034 kann leicht geformt werden, aber Vorsicht ist geboten
Ungefähre relative Kosten	Moderat	Moderat	höher	Kosteneffektiv für Anwendungen mit hoher Festigkeit
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Allgemein	Sehr häufig	4034 ist in verschiedenen Formen weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 4034 Stahl für spezifische Anwendungen ist es wichtig, Faktoren wie mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungseigenschaften zu berücksichtigen. Während es ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit bietet, kann dessen moderate Korrosionsbeständigkeit seine Verwendung in bestimmten Umgebungen einschränken. Darüber hinaus machen seine Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit ihn zu einer vielseitigen Wahl für verschiedene Ingenieuranwendungen.

Zusammenfassend ist 4034 Stahl ein wertvolles Material im Bereich der mittelcarbonierten Legierungsstähle, das eine einzigartige Kombination von Eigenschaften bietet, die es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht. Das Verständnis seiner Merkmale, Vorteile und Einschränkungen ist entscheidend für Ingenieure und Designer bei der Auswahl des geeigneten Materials für ihre Projekte.