4135 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

4135 Stahl wird als ein mittelkohlenstofflegierter Stahl klassifiziert, der hauptsächlich für seine hervorragende Härtbarkeit und Festigkeit bekannt ist. Diese Stahlgüte enthält bedeutende Legierungselemente wie Chrom (Cr) und Molybdän (Mo), die seine mechanischen Eigenschaften und Abriebfestigkeit verbessern. Das Vorhandensein dieser Legierungselemente trägt dazu bei, dass der Stahl seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen beibehält und seine Zähigkeit verbessert.

Umfassende Übersicht

4135 Stahl wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, was ihn für verschiedene Ingenieur- und Fertigungsprozesse geeignet macht. Zu seinen bemerkenswerten Eigenschaften gehören gute Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und die Fähigkeit, wärmebehandelt zu werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Die inhärenten Eigenschaften des Stahls werden durch seine chemische Zusammensetzung definiert, die typischerweise etwa 0,30-0,40% Kohlenstoff, 0,70-0,90% Chrom und 0,15-0,25% Molybdän umfasst.

Vorteile von 4135 Stahl:
- Hohe Festigkeit: Die Legierungselemente bieten erhöhte Zugfestigkeit und Streckgrenze.
- Gute Zähigkeit: Er zeigt eine hervorragende Schlagfestigkeit, was ihn für dynamische Anwendungen geeignet macht.
- Härtbarkeit: Der Stahl kann wärmebehandelt werden, um eine breite Palette von Härtegraden zu erreichen.
- Schweißbarkeit: 4135 Stahl kann mit verschiedenen Methoden geschweißt werden, was ihn vielseitig für die Fertigung macht.

Beschränkungen von 4135 Stahl:
- Korrosionsbeständigkeit: Im Vergleich zu rostfreien Stählen hat 4135 eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit.
- Kosten: Die Legierungselemente können ihn teurer machen als Stahl geringerer Güte.
- Empfindlichkeit gegenüber Wärmebehandlung: Unzureichende Wärmebehandlung kann zu Sprödigkeit führen.

Historisch gesehen wurde 4135 Stahl in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet, insbesondere für Komponenten wie Zahnräder, Wellen und andere kritische Teile, die eine Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Seine Marktposition bleibt stark aufgrund seiner günstigen Eigenschaften und Vielseitigkeit in verschiedenen Anwendungen.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Standardorganisation	Bezeichnung/Güte	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	G41350	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 4135
AISI/SAE	4135	USA	Allgemein verwendete Bezeichnung
ASTM	A29/A29M	USA	Allgemeine Spezifikation für legierte Stähle
EN	1.7035	Europa	Kleinere Zusammensetzungsunterschiede
DIN	34CrMo4	Deutschland
JIS	SCM435	Japan	Entsprechung mit geringfügigen Variationen in der Zusammensetzung

Die Äquivalenztabelle zeigt, dass, obwohl mehrere Güten als äquivalent zu 4135 Stahl betrachtet werden können, subtile Unterschiede in der Zusammensetzung die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Beispielsweise könnte SCM435 eine leicht bessere Härtbarkeit aufgrund seines höheren Chromgehalts bieten.

Schlüsseleigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,30 - 0,40
Cr (Chrom)	0,70 - 0,90
Mo (Molybdän)	0,15 - 0,25
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Si (Silizium)	0,15 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,035
S (Schwefel)	≤ 0,040

Die primären Legierungselemente in 4135 Stahl spielen entscheidende Rollen bei der Definition seiner Eigenschaften:
- Chrom (Cr): Verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
- Molybdän (Mo): Verbessert die Festigkeit bei hohen Temperaturen und trägt zur Zähigkeit bei.
- Mangan (Mn): Erhöht die Härtbarkeit und verbessert die Verschleißfestigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	650 - 850 MPa	94 - 123 ksi	ASTM E8
Elongation	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Härte (HRC)	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	28 - 35 HRC	28 - 35 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Charpy V-kerbe	-20 °C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von 4135 Stahl machen ihn für Anwendungen geeignet, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie z.B. in Automobil- und Luftfahrtkomponenten. Seine Fähigkeit, signifikante Lasten zu tragen und sich unter Stress nicht zu verformen, ist entscheidend für die strukturelle Integrität.

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	45 W/m·K	31 BTU·in/ft²·h·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemp	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemp	0,0000015 Ω·m	0,0000009 Ω·in

Die physikalischen Eigenschaften von 4135 Stahl, wie Dichte und Schmelzpunkt, sind signifikant für Anwendungen in heißen Umgebungen. Seine Wärmeleitfähigkeit ist ausreichend für die Wärmeabfuhr in mechanischen Komponenten, während seine spezifische Wärmekapazität anzeigt, wie er auf thermische Veränderungen reagiert.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Chloride	Variiert	Umgebung	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10-20	Umgebung	Schlecht	Nicht empfohlen
Meerwasser	-	Umgebung	Ausreichend	Mittlere Beständigkeit
Atmosphärisch	-	Umgebung	Gut	Erfordert Schutzbeschichtung

4135 Stahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Er ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen und sollte nicht in sauren Bedingungen ohne Schutzmaßnahmen verwendet werden. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie 304 oder 316 ist die Korrosionsbeständigkeit von 4135 Stahl deutlich geringer, was ihn weniger geeignet für marine oder chemische Anwendungen macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Max. kontinuierliche Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Max. intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Risiko von Oxidation bei hohen Temperaturen
Berücksichtigungen zur Kriechfestigkeit	400 °C	752 °F	Kriechbeständigkeit nimmt über dieser Temperatur ab

Bei erhöhten Temperaturen behält 4135 Stahl seine Festigkeit, kann jedoch oxidieren, wenn er nicht ordnungsgemäß geschützt ist. Seine Leistung in Hochtemperaturanwendungen macht ihn geeignet für Komponenten wie Turbinenschaufeln und Motorenteile, wo thermische Stabilität entscheidend ist.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlener Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER80S-Ni	Argon	Erfordert Vorwärmung
Elektrode	E7018	-	Geeignet für Feldarbeit

4135 Stahl wird allgemein als schweißbar angesehen, jedoch wird empfohlen, ihn vorzuwärmen, um das Risiko von Rissen zu minimieren. Eine Nachbehandlung nach dem Schweißen kann die Eigenschaften der Schweißverbindung verbessern und die Integrität unter Last gewährleisten.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	[4135 Stahl]	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	70	100	Gute Bearbeitbarkeit, aber scharfe Werkzeuge erforderlich
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Anpassung basierend auf dem Werkzeug

Die Bearbeitung von 4135 Stahl erfordert sorgfältige Überlegungen zu Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeugen aufgrund seiner Härte. Der Einsatz von Hochgeschwindigkeitsstahl oder Hartmetallwerkzeugen kann die Effizienz verbessern und den Verschleiß reduzieren.

Formbarkeit

4135 Stahl weist eine moderate Formbarkeit auf, die ihn für Kalt- und Warmformprozesse geeignet macht. Er kann jedoch unter Arbeitshärtung leiden, was eine sorgfältige Kontrolle der Biegeradien und Umformtechniken erfordert, um Risse zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	600 - 650 °C / 1112 - 1202 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Erweichung, Verbesserung der Duktilität
Abschrecken	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 - 60 Minuten	Öl oder Wasser	Härten, Erhöhung der Festigkeit
Vergüten	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Verminderung der Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit

Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen die Mikrostruktur von 4135 Stahl erheblich und verändern seine Eigenschaften von duktil zu hart und spröde, abhängig von der angewendeten Behandlung. Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung ist entscheidend, um das gewünschte Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Automobil	Zahnräder	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Kritisch für die Leistung
Luftfahrt	Flugzeugkomponenten	Hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis	Wesentlich für die Sicherheit
Öl & Gas	Bohrköpfe	Verschleißfestigkeit, Zähigkeit	Haltbarkeit in rauen Umgebungen
Maschinenbau	Wellen	Hohe Ermüdungsbeständigkeit	Zuverlässigkeit unter Last

Weitere Anwendungen umfassen:
- - Komponenten für schwere Maschinen
- - Strukturteile im Bauwesen
- - Befestigungen und Armaturen

Die Auswahl von 4135 Stahl für diese Anwendungen ist hauptsächlich auf seine ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften zurückzuführen, die Zuverlässigkeit und Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen gewährleisten.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	4135 Stahl	AISI 4140	AISI 4340	Kurze Pro-/Contra- oder Kompromissnotiz
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Höhere Zähigkeit	Höhere Härte	4140 bietet bessere Zähigkeit, 4340 bessere Härte
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausreichend	Ausreichend	Gut	4340 hat bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	4140 benötigt möglicherweise mehr Vorwärmung
Bearbeitbarkeit	Moderat	Moderat	Ausreichend	4140 ist schwerer zu bearbeiten
Formbarkeit	Moderat	Moderat	Schlecht	4340 ist weniger formbar
Circa relativer Preis	Moderat	Höher	Höher	4135 ist für viele Anwendungen kostengünstiger
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Allgemein	Weniger verbreitet	4135 ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 4135 Stahl sind Überlegungen wie Kosten-Effektivität, Verfügbarkeit und Eignung für spezifische Anwendungen wichtig. Während er möglicherweise nicht das gleiche Maß an Korrosionsbeständigkeit wie einige rostfreie Stähle bietet, machen die mechanischen Eigenschaften ihn zu einer bevorzugten Wahl für viele Ingenieranwendungen. Darüber hinaus ermöglichen seine Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit vielseitige Fertigungsoptionen, was ihn zu einem wertvollen Material in verschiedenen Branchen macht.