4350 Stahl: Eigenschaften und Hauptanwendungen

4350 Stahl wird als mittelcarbonhaltiger Legierungsstahl klassifiziert, der hauptsächlich für seine hervorragende Härtbarkeit und Stärke bekannt ist. Die Hauptlegierungselemente in 4350 Stahl sind Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Molybdän (Mo), die seine mechanischen Eigenschaften und seine Abriebfestigkeit erheblich verbessern. Diese Stahlgüte wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, was sie für verschiedene Ingenieur- und Fertigungsprozesse geeignet macht.

Umfassender Überblick

4350 Stahl ist bekannt für seine einzigartige Kombination aus Stärke, Zähigkeit und Abriebfestigkeit, was ihn zu einer idealen Wahl für Komponenten macht, die hohen Beanspruchungen und Ermüdungen ausgesetzt sind. Die Legierungselemente spielen eine entscheidende Rolle bei der Definition seiner Eigenschaften:

• Chrom verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
• Nickel erhöht die Zähigkeit und die Schlagfestigkeit.
• Molybdän trägt zur Hochtemperaturfestigkeit und -stabilität bei.

Die Hauptvorteile von 4350 Stahl umfassen seine Fähigkeit, hohen Belastungen standzuhalten, und seine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit, die in Anwendungen wie Zahnrädern, Wellen und Komponenten schwerer Maschinen kritisch ist. Er hat jedoch auch Einschränkungen, wie eine geringere Schweißbarkeit im Vergleich zu anderen Stahlqualitäten und eine Tendenz, aufgrund seiner Legierungselemente teurer zu sein. Historisch gesehen war 4350 Stahl in Branchen von Bedeutung, die zuverlässige Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen erforderten, und hat aufgrund seiner wünschenswerten Eigenschaften eine starke Marktposition beibehalten.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Normierungsorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	G43500	USA	Nahezu gleichwertig mit AISI 4340
AISI/SAE	4350	USA	Ähnlich wie 4340, aber mit leichten Abweichungen in der Zusammensetzung
ASTM	A829	USA	Standard-Spezifikation für Legierungsstähle
EN	1.7225	Europa	Entspricht AISI 4340 mit geringfügigen Unterschieden
JIS	SNCM439	Japan	Ähnliche Eigenschaften, jedoch mit anderen Legierungselementen
ISO	35CrMo4	International	Vergleichbar in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften

Die subtilen Unterschiede zwischen diesen Güten können die Leistung in spezifischen Anwendungen beeinflussen. Beispielsweise werden G43500 und 1.7225 oft als gleichwertig betrachtet, jedoch können die leichten Variationen im Nickel- und Molybdängehalt die Härtbarkeit und Zähigkeit beeinflussen.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.38 - 0.43
Cr (Chrom)	0.70 - 0.90
Ni (Nickel)	1.65 - 2.00
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 wichtigsten Legierungselemente in 4350 Stahl tragen erheblich zu seiner Leistung bei. Zum Beispiel verbessert das Vorhandensein von Chrom die Härtbarkeit, was eine tiefere Eindringung während der Wärmebehandlung ermöglicht. Nickel verbessert die Zähigkeit des Stahls, wodurch er weniger spröde wird, während Molybdän seine Festigkeit bei hohen Temperaturen erhöht.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für die Prüfmethode
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & geglüht	Raumtemperatur	980 - 1,100 MPa	142 - 160 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Überhöhung)	Abgeschreckt & geglüht	Raumtemperatur	850 - 950 MPa	123 - 138 ksi	ASTM E8
Elongation	Abgeschreckt & geglüht	Raumtemperatur	12 - 15%	12 - 15%	ASTM E8
Querschnittsreduktion	Abgeschreckt & geglüht	Raumtemperatur	50 - 60%	50 - 60%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Abgeschreckt & geglüht	Raumtemperatur	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	Abgeschreckt & geglüht	-20°C (-4°F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht 4350 Stahl geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie zum Beispiel in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Seine Fähigkeit, signifikanten mechanischen Belastungen standzuhalten und dabei die strukturelle Integrität zu wahren, ist ein entscheidender Faktor für seine Auswahl für kritische Komponenten.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1,400 - 1,540 °C	2,552 - 2,804 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·in
Wärmeausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.36 x 10⁻⁶ /°F

Die Dichte und der Schmelzpunkt von 4350 Stahl weisen auf seine Robustheit hin, während die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität seine Eignung für Anwendungen mit thermischem Zyklus zeigen. Der elektrische Widerstand ist relativ niedrig, was ihn zu einem guten elektrischen Leiter macht, was in bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein kann.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Atmosphärisch	-	-	Befriedigend	Empfindlich gegenüber Rost
Chloride	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Schlecht	Risiko von Lochfraß
Säuren	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalisch	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Befriedigend	Mittlere Beständigkeit

4350 Stahl weist eine mäßige Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Er ist jedoch anfällig für Lochfraß in Chloridumgebungen und wird nicht für den Einsatz in sauren Bedingungen empfohlen. Im Vergleich zu Güten wie 4140 und 4340, die aufgrund eines höheren Chromgehalts eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, kann 4350 in korrosiven Umgebungen Schutzbeschichtungen oder -behandlungen erfordern.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600 °C	1,112 °F	Oxidationsrisiko über diesem Temperaturbereich
Creepfestigkeitsüberlegungen beginnen bei	450 °C	842 °F	Wichtig für Langzeitanwendungen

Bei erhöhten Temperaturen behält 4350 Stahl seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation erfahren, wenn er nicht ordnungsgemäß geschützt ist. Seine Leistung in Hochtemperaturanwendungen macht ihn geeignet für Komponenten in Motoren und Turbinen, wo thermische Stabilität entscheidend ist.

Fertigungs Eigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlenes Zusatzmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flux	Hinweise
MIG	ER80S-Ni	Argon + CO2	Vorgewärmt empfohlen
TIG	ER80S-Ni	Argon	Erfordert Nachwärmebehandlung
Stick	E80S-Ni	-	Eignet sich für dickere Abschnitte

Die Schweißbarkeit von 4350 Stahl ist mäßig; Vorwärmen ist oft notwendig, um Rissbildung zu vermeiden. Eine Nachwärmebehandlung kann helfen, Spannungen abzubauen und die Zähigkeit im Schweißbereich zu verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	4350 Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60%	100%	4350 ist schwieriger zu bearbeiten
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	20-30 m/min	40-50 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse

Die Zerspanbarkeit von 4350 Stahl ist geringer als die von frei zerspanbaren Stählen wie AISI 1212. Optimale Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeugwahl sind entscheidend, um die gewünschten Oberflächenqualitäten und Toleranzen zu erreichen.

Formbarkeit

4350 Stahl zeigt eine mäßige Formbarkeit. Das Kaltumformen ist möglich, jedoch muss darauf geachtet werden, die Kaltverfestigung zu vermeiden. Das Warmumformen kann bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, was bessere Formgebungen ermöglicht, ohne die Materialintegrität zu beeinträchtigen.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	600 - 700 °C / 1,112 - 1,292 °F	1-2 Stunden	Luft	Weichmachung, verbesserte Duktilität
Härten	800 - 850 °C / 1,472 - 1,562 °F	30 Minuten	Öl/Wasser	Härten, erhöhte Festigkeit
Tempern	400 - 600 °C / 752 - 1,112 °F	1 Stunde	Luft	Reduzierung der Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit

Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur und Eigenschaften von 4350 Stahl. Das Härten erhöht die Härte, während das Tempern hilft, die Sprödigkeit zu reduzieren, was den Stahl für dynamische Anwendungen geeigneter macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispielhafte spezifische Anwendung	Wichtige Stahl Eigenschaften in dieser Anwendung	Grund für die Auswahl (kurz)
Automobil	Zahnräder	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Erforderlich für tragende Komponenten
Luft- und Raumfahrt	Flugzeugkomponenten	Hohe Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis	Kritisch für Leistung und Sicherheit
Öl & Gas	Bohrkrone	Abriebfestigkeit, Zähigkeit	Wesentlich für raue Umgebungen
Schweres Maschinenwesen	Wellen	Ermüdungsbeständigkeit, Festigkeit	Notwendig für Haltbarkeit unter Belastung

Weitere Anwendungen umfassen:

• • Strukturkomponenten in schweren Maschinen
• • Hochbelastungsbefestigungen
• • Werkzeuge und Formen

Die Auswahl von 4350 Stahl in diesen Anwendungen wird durch seine Fähigkeit getrieben, hohe Lasten standzuhalten und Abrieb zu widerstehen, was ihn zu einer bevorzugten Wahl in anspruchsvollen Umgebungen macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	4350 Stahl	AISI 4140	AISI 4340	Kurz Pro-/Kontra- oder Trade-off-Hinweis
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Mittlere Festigkeit	Hohe Festigkeit	4340 bietet bessere Zähigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Befriedigende Beständigkeit	Gute Beständigkeit	Befriedigende Beständigkeit	4140 hat eine bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Mäßig	Gut	Mäßig	4140 ist leichter zu schweißen
Zerspanbarkeit	Mäßig	Gut	Mäßig	4140 ist leichter zu bearbeiten
Formbarkeit	Mäßig	Gut	Mäßig	4140 bietet bessere Umformbarkeit
Ungefähre relative Kosten	Höher	Mäßig	Höher	4140 ist oft kostengünstiger
Typische Verfügbarkeit	Mäßig	Hoch	Hoch	4140 ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 4350 Stahl umfassen die Überlegungen seine Kostenwirksamkeit, Verfügbarkeit und spezifische mechanische Eigenschaften, die für die Anwendung erforderlich sind. Während er hervorragende Leistungen bietet, können Alternativen wie AISI 4140 bessere Korrosionsbeständigkeit und Zerspanbarkeit bieten, was sie für verschiedene Anwendungen geeignet macht.

Zusammenfassend ist 4350 Stahl ein vielseitiger mittelcarbonhaltiger Legierungsstahl, der in Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, hervorragend ist. Seine einzigartigen Eigenschaften, kombiniert mit sorgfältiger Berücksichtigung von Fertigungstechniken und Umweltfaktoren, machen ihn zu einem wertvollen Material in verschiedenen Branchen.