A108 Stahl: Eigenschaften und Schlüsselanwendungsübersicht
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A108-Stahl ist eine niedriglegierte Stahlgüte, die hauptsächlich als mittellegierter Legierungsstahl klassifiziert wird. Er ist bekannt für seine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die gute mechanische Eigenschaften und Verschleißfestigkeit erfordern. Die Hauptlegierungselemente im A108-Stahl sind Kohlenstoff (C), Mangan (Mn) und geringe Mengen von Phosphor (P) und Schwefel (S). Der Kohlenstoffgehalt liegt typischerweise zwischen 0,15 % und 0,30 %, was zur Stärke und Härte beiträgt und gleichzeitig eine gute Duktilität aufrechterhält.
Umfassender Überblick
A108-Stahl wird weithin für seine Vielseitigkeit anerkannt und kommt häufig in der Herstellung von präzisionsbearbeiteten Teilen zum Einsatz. Sein niedriger Kohlenstoffgehalt ermöglicht eine gute Schweißbarkeit und Formbarkeit, was ihn für verschiedene ingenieurtechnische Anwendungen geeignet macht. Das Vorhandensein von Mangan verbessert die Härtbarkeit und Festigkeit, während Phosphor und Schwefel die Bearbeitbarkeit verbessern, aber auch die Duktilität beeinträchtigen können.
Vorteile von A108-Stahl:
- Exzellente Bearbeitbarkeit: A108 wird aufgrund seiner einfachen Bearbeitbarkeit geschätzt, was Hochgeschwindigkeitsoperationen und reduzierte Werkzeugabnutzung ermöglicht.
- Gute mechanische Eigenschaften: Er bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität, was ihn für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht.
- Kosteneffizienz: Im Allgemeinen ist A108-Stahl kostengünstiger im Vergleich zu hochlegierten Stählen, was ihn zu einer beliebten Wahl in vielen Branchen macht.
Einschränkungen von A108-Stahl:
- Korrosionsbeständigkeit: A108-Stahl hat eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit und benötigt möglicherweise schützende Beschichtungen in rauen Umgebungen.
- Niedrigere Härte im Vergleich zu Legierungsstählen: Obwohl er gute Festigkeit aufweist, kann er in Anwendungen, die extreme Härte erfordern, möglicherweise nicht so gut abschneiden wie höher legierte Stähle.
Historisch gesehen war A108 bedeutend für die Entwicklung der präzisen Bearbeitung und Fertigungsprozesse und trug zu Fortschritten in verschiedenen Sektoren wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie bei.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | A108 | USA | Nächster Äquivalent zu AISI 1018 |
| AISI/SAE | 1018 | USA | Leichte unterschiedliche Zusammensetzungen sind zu beachten |
| ASTM | A108 | USA | Normen für kaltverarbeitete Kohlenstoffstahlstäbe |
| EN | C45 | Europa | Ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Anwendungen |
| JIS | S45C | Japan | Vergleichbar in Bezug auf mechanische Eigenschaften |
Die obige Tabelle hebt mehrere Standards und Äquivalente für A108-Stahl hervor. Besonders bemerkenswert ist, dass AISI 1018 oft als äquivalent betrachtet wird, es jedoch geringe Unterschiede im Kohlenstoffgehalt und in den mechanischen Eigenschaften geben kann, die die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen könnten.
Wesentliche Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0,15 - 0,30 |
| Mn (Mangan) | 0,60 - 0,90 |
| P (Phosphor) | ≤ 0,04 |
| S (Schwefel) | ≤ 0,05 |
Die Hauptrolle der wichtigsten Legierungselemente im A108-Stahl ist wie folgt:
- Kohlenstoff (C): Erhöht Festigkeit und Härte, während die Duktilität erhalten bleibt.
- Mangan (Mn): Verbessert die Härtbarkeit und Zugfestigkeit.
- Phosphor (P) und Schwefel (S): Obwohl sie die Bearbeitbarkeit verbessern können, kann eine übermäßige Menge die Duktilität verringern.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Bedingung/Temperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten) | Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten) | Referenzstandard für Prüfmethoden |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Geglüht | 370 - 480 MPa | 54 - 70 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0,2 % Offset) | Geglüht | 210 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Dehnung | Geglüht | 15 - 25 % | 15 - 25 % | ASTM E8 |
| Härte (Brinell) | Geglüht | 120 - 180 HB | 120 - 180 HB | ASTM E10 |
| Schlagfestigkeit | Charpy-V-Kerbe, -20 °C | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Die mechanischen Eigenschaften von A108-Stahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die gute Festigkeit und Duktilität erfordern, wie Wellen, Zahnräder und verschiedene Maschinenkomponenten. Seine Zugfestigkeit und Streckgrenze bieten eine angemessene Leistung unter mechanischer Belastung, während seine Dehnung auf eine gute Duktilität hinweist, die eine Verformung ohne Bruch ermöglicht.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Bedingung/Temperatur | Wert (metrisch - SI-Einheiten) | Wert (imperiale Einheiten) |
|---|---|---|---|
| Dichte | Raumtemperatur | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Schmelzpunkt | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | Raumtemperatur | 50 W/m·K | 34,5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Speziere Wärmefähigkeit | Raumtemperatur | 0,49 kJ/kg·K | 0,12 BTU/lb·°F |
| Elektrischer Widerstand | Raumtemperatur | 0,0000017 Ω·m | 0,0000017 Ω·in |
Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Schmelzpunkt sind entscheidend für Anwendungen, die mit Hochtemperaturumgebungen zu tun haben. Die Wärmeleitfähigkeit von A108-Stahl ist moderat, was ihn für Anwendungen geeignet macht, in denen eine Wärmeableitung erforderlich ist, während seine spezifische Wärmefähigkeit angibt, wie viel Energie erforderlich ist, um seine Temperatur zu erhöhen.
Korrosionsbeständigkeit
| Korrosives Mittel | Konzentration (%) | Temperatur (°C/°F) | Beständigkeitsbewertung | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Chloride | Variiert | Umgebung | Ausreichend | Risiko von Lochfraßkorrosion |
| Schwefelsäure | Niedrig | Umgebung | Schlecht | Nicht empfohlen |
| Natriumhydroxid | Niedrig | Umgebung | Ausreichend | Risiko von Spannungsrisskorrosion |
A108-Stahl weist eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in Umgebungen, die Chloride und Säuren enthalten. Er ist anfällig für Lochfraß und Spannungsrisskorrosion, insbesondere in feuchten oder salzhaltigen Bedingungen. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie AISI 304, die hervorragende Korrosionsbeständigkeit bieten, ist A108 weniger geeignet für Anwendungen, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind.
Hitzebeständigkeit
| Eigenschaft/Grenze | Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur | 400 °C | 752 °F | Geeignet für moderate Temperaturen |
| Maximale intermittierende Betriebstemperatur | 500 °C | 932 °F | Nur kurzfristige Exposition |
| Skalingtemperatur | 600 °C | 1112 °F | Risiko von Oxidation bei höheren Temperaturen |
A108-Stahl behält seine mechanischen Eigenschaften bis zu moderaten Temperaturen, beginnt jedoch bei erhöhten Temperaturen an Festigkeit und Duktilität zu verlieren. Oxidation kann bei Temperaturen über 600 °C auftreten, was in Hochtemperatureinsätzen Schutzmaßnahmen erfordert.
Fertigungseigenschaften
Schweißbarkeit
| Schweißverfahren | Empfohlene Fülllegierung (AWS-Klassifikation) | Typisches Schutzgas/Flux | Hinweise |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Argon + CO2-Gemisch | Gut für dünne Abschnitte |
| TIG | ER70S-2 | Argon | Erfordert Vorwärmung für dicke Abschnitte |
A108-Stahl wird allgemein als schweißbar angesehen, jedoch kann bei dickeren Teilen Vorwärmung erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Eigenschaften des Schweißverbunds verbessern.
Bearbeitbarkeit
| Bearbeitungsparameter | [A108-Stahl] | [AISI 1212] | Hinweise/Tipps |
|---|---|---|---|
| Relativer Bearbeitbarkeitsindex | 70 | 100 | A108 ist weniger bearbeitbar als 1212 |
| Typische Schnittgeschwindigkeit | 30 m/min | 45 m/min | Anpassen für Werkzeugabnutzung |
A108-Stahl bietet eine gute Bearbeitbarkeit, obwohl er nicht so vorteilhaft ist wie einige frei bearbeitbare Stähle wie AISI 1212. Optimale Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeuge sollten eingesetzt werden, um den Verschleiß zu minimieren.
Formbarkeit
A108-Stahl zeigt eine gute Formbarkeit, was kalte und warme Umformprozesse ermöglicht. Er kann gebogen und geformt werden, ohne signifikante Rissgefahr, was ihn für verschiedene Fertigungstechniken geeignet macht.
Wärmebehandlung
| Behandlungsprozess | Temperaturbereich (°C/°F) | Typische Haltezeit | Kühlmethode | Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| Glühen | 700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F | 1 - 2 Stunden | Luft oder Wasser | Weichmachung, verbesserte Duktilität |
| Abschrecken | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 30 min - 1 Stunde | Öl oder Wasser | Härtung |
| Tempern | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1 Stunde | Luft | Reduzierung der Sprödigkei |
Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen, Abschrecken und Tempern können die Mikrostruktur von A108-Stahl erheblich verändern und somit seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Das Glühen macht den Stahl weich, während das Abschrecken die Härte erhöht und das Tempern die Sprödigkeit verringert.
Typische Anwendungen und Endnutzungen
| Branche/Sektor | Spezifisches Anwendungsbeispiel | Schlüsselvexteigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden | Grund für die Auswahl (kurz) |
|---|---|---|---|
| Fahrzeugbau | Zahnräder | Hohe Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit | Präzision und Haltbarkeit |
| Luft- und Raumfahrt | Strukturelle Komponenten | Leichtgewicht, gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht | Leistung unter Stress |
| Maschinenbau | Wellen | Hohe Zugfestigkeit, Duktilität | Widerstand gegen Ermüdung |
Weitere Anwendungen umfassen:
* - Befestigungselemente
* - Halterungen
* - Maschinenkomponenten
A108-Stahl wird für Anwendungen gewählt, die eine Kombination aus Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Kosteneffektivität erfordern. Seine Eigenschaften machen ihn ideal für Komponenten, die erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke
| Merkmal/Eigenschaft | [A108-Stahl] | [AISI 1018] | [AISI 4140] | Kurze Pro- und Contra- oder Trade-off-Anmerkung |
|---|---|---|---|---|
| Wesentliche mechanische Eigenschaft | Moderat | Moderat | Hoch | A108 ist weniger stark als 4140 |
| Wesentlicher Korrosionsaspekt | Ausreichend | Ausreichend | Gut | A108 ist weniger widerstandsfähig als 4140 |
| Schweißbarkeit | Gut | Ausgezeichnet | Ausreichend | A108 ist einfacher zu schweißen |
| Bearbeitbarkeit | Gut | Ausgezeichnet | Ausreichend | A108 ist weniger bearbeitbar als 1018 |
| Formbarkeit | Gut | Gut | Ausreichend | A108 ist vielseitig in der Formgebung |
| Ungefährer relativer Preis | Niedrig | Niedrig | Moderat | A108 ist kosteneffizient |
| Typische Verfügbarkeit | Hoch | Hoch | Moderat | A108 ist weit verbreitet verfügbar |
Bei der Auswahl von A108-Stahl sind Überlegungen wie Kosteneffizienz, Verfügbarkeit und spezifische mechanische Anforderungen entscheidend. Während er für viele Anwendungen gute Leistungen bietet, könnten Alternativen wie AISI 4140 für hochfeste Anwendungen bevorzugt werden, während AISI 1018 für überlegene Bearbeitbarkeit gewählt werden könnte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass A108-Stahl ein vielseitiges und kosteneffektives Material ist, das für eine breite Palette von Anwendungen geeignet ist. Sein ausgewogenes Eigenschaftenprofil macht ihn zu einer hervorragenden Wahl für präzise bearbeitete Komponenten, obwohl Überlegungen zur Korrosionsbeständigkeit und spezifischen mechanischen Anforderungen die Auswahl des Materials leiten sollten.