4037 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht

4037-Stahl wird als mittelkohlenstoffhaltiger Legierungsstahl klassifiziert, der hauptsächlich für seine ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Vielseitigkeit in verschiedenen ingenieurtechnischen Anwendungen bekannt ist. Diese Stahlgüte zeichnet sich durch ihre bedeutenden Legierungselemente aus, zu denen typischerweise Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Nickel (Ni) gehören. Diese Elemente verbessern die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Stahls, wodurch er sich für anspruchsvolle Umgebungen eignet.

Umfassender Überblick

4037-Stahl zeigt eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit, die ihn zu einer bevorzugten Wahl in Branchen macht, die Hochleistungsmaterialien erfordern. Die Hauptlegierungselemente tragen zu seinen grundlegenden Eigenschaften bei: Chrom verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Verfestigbarkeit, Molybdän erhöht die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und Nickel steigert die Zähigkeit und Duktilität.

Vorteile von 4037 Stahl:
- Hohe Festigkeit und Zähigkeit: Ideal für Anwendungen, die Haltbarkeit und Schlagfestigkeit erfordern.
- Gute Verschleißfestigkeit: Geeignet für Komponenten, die abrasiven Bedingungen ausgesetzt sind.
- Vielseitige Verarbeitung: Kann relativ einfach geschweißt und bearbeitet werden, was vielfältige Anwendungen ermöglicht.

Limitierungen von 4037 Stahl:
- Korrosionsanfälligkeit: Obwohl er aufgrund von Chrom eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist, könnte er in hochkorrosiven Umgebungen ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen nicht gut abschneiden.
- Kostenüberlegungen: Die Legierungselemente können die Materialkosten im Vergleich zu Stahl niedrigeren Grades erhöhen.

Historisch wurde 4037-Stahl in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Automobilkomponenten, Maschinenbauteile und Werkzeuge, was seine Anpassungsfähigkeit und Zuverlässigkeit im Ingenieurwesen widerspiegelt.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Bemerkungen
UNS	G40370	USA	Nahezu äquivalent zu AISI 4130 mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden.
AISI/SAE	4037	USA	Häufig verwendet in der Automobilindustrie.
ASTM	A29/A29M	USA	Allgemeine Spezifikation für Legierungsstähle.
EN	1.7225	Europa	Entspricht 4037 mit leichten Abweichungen in der Zusammensetzung.
DIN	42CrMo4	Deutschland	Ähnliche Eigenschaften, häufig in der Maschinenbau verwendet.
JIS	SCM435	Japan	Vergleichbare Sorte mit ähnlichen Anwendungen.

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Güten können die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen. Beispielsweise können 4037 und 4130 ähnliche mechanische Eigenschaften aufweisen, aber die leichten Unterschiede in den Legierungselementen können zu Abweichungen in der Verfestigbarkeit und Zähigkeit führen, die in Hochbelastungsanwendungen entscheidend sind.

Schlüsselmerkmale

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,30 - 0,38
Cr (Chrom)	0,90 - 1,20
Mo (Molybdän)	0,15 - 0,25
Ni (Nickel)	0,40 - 0,70
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Si (Silizium)	0,15 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,035
S (Schwefel)	≤ 0,035

Die Hauptrolle der Schlüssellegierungselemente im 4037 Stahl umfasst:
- Chrom: Verbessert die Verfestigbarkeit und Korrosionsbeständigkeit und trägt zur allgemeinen Haltbarkeit des Stahls bei.
- Molybdän: Erhöht die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und verbessert die Beständigkeit gegen Weichwerden während der Wärmebehandlung.
- Nickel: Bietet Zähigkeit und Duktilität, sodass der Stahl mechanischen Belastungen standhalten kann, ohne zu brechen.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Reichweite (metrisch)	Typischer Wert/Reichweite (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Geglüht	Raumtemperatur	600 - 800 MPa	87,0 - 116,0 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Offset)	Geglüht	Raumtemperatur	350 - 500 MPa	50,0 - 72,5 ksi	ASTM E8
Elongation	Geglüht	Raumtemperatur	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Härte (Brinell)	Geglüht	Raumtemperatur	170 - 210 HB	170 - 210 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit	Vergütet	-20°C	30 - 50 J	22,0 - 37,0 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht 4037 Stahl für Anwendungen geeignet, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie zum Beispiel in Bauteilen und Maschinenbauteilen. Seine Fähigkeit, die Leistung unter mechanischen Belastungsbedingungen aufrechtzuerhalten, ist entscheidend für die Gewährleistung der strukturellen Integrität in anspruchsvollen Umgebungen.

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	31,2 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

Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind bedeutend für Anwendungen, die Wärmebehandlung und thermisches Management betreffen. Die Dichte gibt das Gewicht des Materials an, das für strukturelle Anwendungen entscheidend ist, während die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst, wie der Stahl in Umgebungen mit hohen Temperaturen abschneidet.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsbewertung	Bemerkungen
Chloride	3-5	25°C/77°F	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion.
Schwefelsäure	10	25°C/77°F	Schlecht	Nicht empfohlen für die Verwendung.
Salzwasser	-	25°C/77°F	Gut	Benötigt schützende Beschichtungen.

4037-Stahl weist eine mäßige Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in atmosphärischen und maritimen Umgebungen. Der Chromgehalt bietet einen gewissen Schutz gegen Rost, ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in chloridreichen Umgebungen. Im Vergleich zu Güten wie 304 Edelstahl, die eine überlegene Korrosionsbeständigkeit bieten, könnte 4037 in rauen Bedingungen zusätzliche Schutzmaßnahmen erfordern.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400°C	752°F	Geeignet für mäßige Wärme-Anwendungen.
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500°C	932°F	Kann kurzfristige hohe Temperaturen aushalten.
Skalierungs-Temperatur	600°C	1112°F	Beginnt, mechanische Eigenschaften zu verlieren.

Bei erhöhten Temperaturen behält der 4037-Stahl seine Festigkeit und Zähigkeit, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die Hitze ausgesetzt sind. Eine längere Exposition gegenüber Temperaturen über 400°C kann jedoch zu Skalierung und Abbau der mechanischen Eigenschaften führen.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißeignung

Schweißverfahren	Empfohlener Füllstoff (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Bemerkungen
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gut für dünne Teile.
TIG	ER80S-Ni	Argon	Benötigt Vorwärmung.
Stabelektrode	E7018	-	Geeignet für Reparaturen vor Ort.

4037-Stahl wird allgemein als schweißbar angesehen, obwohl häufig Vorwärmung empfohlen wird, um Rissbildung zu verhindern. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Eigenschaften der Schweißzone verbessern und die strukturelle Integrität gewährleisten.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	4037 Stahl	AISI 1212	Bemerkungen/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	70	100	Mäßige Bearbeitbarkeit.
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse.

Die Bearbeitbarkeit von 4037 Stahl ist mäßig und erfordert geeignete Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Herausforderungen können durch das Kaltverfestigen entstehen, was eine sorgfältige Kontrolle der Bearbeitungsparameter erforderlich macht.

Formbarkeit

4037-Stahl zeigt eine gute Formbarkeit, die sowohl kalte als auch heiße Bearbeitungsprozesse ermöglicht. Er kann gebogen und geformt werden, ohne dass signifikante Rissbildung auftritt, obwohl darauf geachtet werden muss, übermäßiges Kaltverfestigen zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Primärer Zweck / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Weichmachen, verbesserte Duktilität.
Härteverfahren	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 Minuten	Öl oder Wasser	Verfestigung, erhöhte Festigkeit.
Anlassen	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Reduzierung der Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit.

Während der Wärmebehandlung unterliegt 4037 Stahl signifikanten metallurgischen Transformationen. Das Härten erhöht die Härte, während das Anlassen hilft, Sprödigkeit zu lindern, was zu einer ausgewogenen Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit führt.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für eine spezifische Anwendung	Schlüsseleigenschaften des Stahls, die in dieser Anwendung genutzt werden	Auswahlgrund (kurz)
Automobil	Zahnräder und Wellen	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Haltbarkeit unter Stress.
Maschinenbau	Werkzeuge und Vorrichtungen	Verschleißfestigkeit, Bearbeitbarkeit	Präzision und Zuverlässigkeit.
Öl und Gas	Ventilkomponenten	Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit	Leistung in rauen Umgebungen.

Weitere Anwendungen umfassen:
- Baukomponenten
- Teile für schwere Maschinen
- Hochbelastungsstrukturanwendungen

4037-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften gewählt, die Zuverlässigkeit und Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen gewährleisten.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Erkenntnisse

Merkmal/Eigenschaft	4037 Stahl	AISI 4140	AISI 4130	Kurze Pro- und Kontra- oder Abwägungsnotiz
Schlüsselleistung	Hohe Festigkeit	Höhere Zähigkeit	Mäßige Festigkeit	4037 bietet ein gutes Gleichgewicht.
Korrosionsaspekt	Mäßig	Mäßig	Gut	4130 könnte in korrosiven Umgebungen besser abschneiden.
Schweißeignung	Gut	Befriedigend	Gut	4037 ist einfacher zu schweißen.
Bearbeitbarkeit	Mäßig	Befriedigend	Gut	4037 erfordert sorgfältiges Schneiden.
Formbarkeit	Gut	Befriedigend	Gut	4037 ist vielseitig in der Formgebung.
Ungefähre relative Kosten	Mäßig	Höher	Mäßig	Kosteneffektiv für Leistung.
Typische Verfügbarkeit	Gewöhnlich	Gewöhnlich	Gewöhnlich	Weit verbreitet in verschiedenen Formen erhältlich.

Bei der Auswahl von 4037-Stahl sind Überlegungen zu seinen mechanischen Eigenschaften, Kosten-Nutzen-Verhältnis und Verfügbarkeit wichtig. Seine mäßige Korrosionsbeständigkeit kann in bestimmten Umgebungen Schutzbeschichtungen erforderlich machen. Die Vielseitigkeit des Stahls ermöglicht seine Verwendung in verschiedenen Branchen, was ihn zu einem wertvollen Material für Ingenieure und Hersteller macht.