AISI 1320 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

AISI 1320 Stahl wird als mittlerer Kohlenstofflegierungsstahl klassifiziert, der vor allem für sein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität bekannt ist. Diese Stahlgüte enthält eine erhebliche Menge an Kohlenstoff sowie Legierungselemente wie Mangan, Chrom und Nickel, die seine mechanischen Eigenschaften und die Gesamtleistung in verschiedenen Anwendungen verbessern.

Umfassender Überblick

AISI 1320 Stahl zeichnet sich durch seinen mittleren Kohlenstoffgehalt aus, der typischerweise zwischen 0,18 % und 0,23 % liegt. Die wichtigsten Legierungselemente sind Mangan (0,60 % bis 0,90 %), Chrom (0,40 % bis 0,60 %) und Nickel (0,30 % bis 0,60 %). Diese Elemente tragen zur Härte, Festigkeit und Verschleiß- sowie Ermüdungsfestigkeit des Stahls bei, wodurch er sich für eine Vielzahl von Ingenieuranwendungen eignet.

Die bedeutendsten Eigenschaften von AISI 1320 Stahl sind:

• Hohe Festigkeit: Der mittlere Kohlenstoffgehalt sorgt für eine gute Zugfestigkeit und macht ihn für strukturelle Anwendungen geeignet.
• Gute Zähigkeit: Die Legierungselemente verbessern die Zähigkeit, die entscheidend für Komponenten ist, die dynamischen Lasten ausgesetzt sind.
• Duktilität: AISI 1320 zeigt eine gute Duktilität, die Verformung ohne Bruch ermöglicht, was in Fertigungsprozessen entscheidend ist.

Vorteile:
- Ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität.
- Gute Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit.
- Eignet sich für Wärmebehandlungsprozesse zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.

Einschränkungen:
- Mäßige Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen.
- Erfordert eine sorgfältige Wärmebehandlung, um Sprödigkeit zu vermeiden.

Historisch gesehen wurde AISI 1320 aufgrund seiner günstigen mechanischen Eigenschaften und Vielseitigkeit in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Automobilteile, Maschinenkomponenten und strukturelle Elemente.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Normungsorganisation	Bezeichnung/Gruppe	Land/Region des Ursprungs	Bemerkungen/Hinweise
UNS	G13200	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 1320
AISI/SAE	1320	USA	Gängig verwendete Bezeichnung
ASTM	A29/A29M	USA	Allgemeine Spezifikation für Legierungsstähle
EN	1.7035	Europa	Geringfügige Zusammensetzungsunterschiede
JIS	S45C	Japan	Ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Anwendungen
DIN	C45E	Deutschland	Ähnlich, aber mit anderen Legierungselementen

Die AISI 1320-Gruppe wird oft mit anderen mittelkohlenstoffhaltigen Stählen wie AISI 1045 und AISI 4140 verglichen. Während AISI 1045 einen höheren Kohlenstoffgehalt für erhöhte Festigkeit bietet, sorgt AISI 4140 aufgrund seines Chromgehalts für eine verbesserte Härtbarkeit. Diese Unterschiede können die Auswahl des Stahls für bestimmte Anwendungen erheblich beeinflussen.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,18 - 0,23
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Cr (Chrom)	0,40 - 0,60
Ni (Nickel)	0,30 - 0,60
Si (Silizium)	0,15 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,035
S (Schwefel)	≤ 0,040

Die wichtigsten Legierungselemente in AISI 1320 spielen entscheidende Rollen:
- Mangan: Erhöht die Härtbarkeit und Festigkeit, während es die Zähigkeit des Stahls verbessert.
- Chrom: Erhöht die Korrosionsbeständigkeit und Härtbarkeit, was zur Verschleißfestigkeit beiträgt.
- Nickel: Verbessert die Zähigkeit und Duktilität, insbesondere in Anwendungen bei niedrigen Temperaturen.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Annealed	Raumtemperatur	580 - 700 MPa	84 - 102 ksi	ASTM E8
Dehngrenze (0,2% Offset)	Annealed	Raumtemperatur	350 - 450 MPa	51 - 65 ksi	ASTM E8
Dehnung	Annealed	Raumtemperatur	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Härte (Brinell)	Annealed	Raumtemperatur	160 - 210 HB	160 - 210 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit (Charpy)	Annealed	-20 °C (-4 °F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht AISI 1320 Stahl geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie Zahnräder, Wellen und strukturelle Komponenten. Seine Fähigkeit, dynamischen Lasten zu widerstehen und gleichzeitig die Duktilität zu bewahren, ist in vielen Ingenieuranwendungen entscheidend.

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 BTU·in/(hr·ft²·°F)
spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·in

Die Dichte und der Schmelzpunkt von AISI 1320 weisen auf seine Eignung für Hochtemperaturanwendungen hin, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität wichtig für Anwendungen sind, die Wärmeübertragung beinhalten. Der elektrische Widerstand ist relativ niedrig, was ihn für Anwendungen, bei denen elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist, geeignet macht.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Bemerkungen
Chloride	3-5	25 °C (77 °F)	Ausreichend	Risiko von Lochfraß
Schwefelsäure	10	25 °C (77 °F)	Schlecht	Nicht empfohlen
Natronlauge	50	25 °C (77 °F)	Ausreichend	Risiko von Spannungskorrosionsriss

AISI 1320 Stahl weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in Umgebungen mit Chloriden und alkalischen Lösungen. Er ist anfällig für Lochfraß und Spannungskorrosionsriss in chloridhaltigen Umgebungen, was seine Verwendung in maritimen Anwendungen einschränken kann. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie AISI 304 oder AISI 316 ist die Korrosionsbeständigkeit von AISI 1320 bedeutend geringer, was ihn weniger geeignet für Anwendungen macht, bei denen Korrosion ein kritisches Anliegen ist.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Hinweise
Maximale Dauerbetriebstemperatur	400 °C	752 °F	Eignet sich für längere Exposition
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Nur für kurzfristige Exposition
Skalierungs temperatur	600 °C	1112 °F	Risiko von Oxidation über diese Temperatur
Überlegungen zur Kriechfestigkeit beginnen	300 °C	572 °F	Kriechen kann bei erhöhten Temperaturen auftreten

AISI 1320 behält seine mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen, was ihn für Anwendungen mit Wärmeexposition geeignet macht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, die längere Exposition gegenüber Temperaturen über 400 °C zu vermeiden, da dies zu Oxidation und Skalierung führen kann, die die Integrität des Materials beeinträchtigen.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Zusatzmetall (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Bemerkungen
MIG	ER70S-6	Argon + CO2-Gemisch	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER80S-Ni	Argon	Vorwärmen erforderlich
Elektrode	E7018	N/A	Geeignet für Feldschweißen

AISI 1320 zeigt eine gute Schweißbarkeit, insbesondere mit den geeigneten Zusatzmetallen. Vorwärmen wird empfohlen, um das Risiko von Rissen während des Schweißens zu minimieren. Die Nachbehandlung nach dem Schweißen kann die Eigenschaften der Schweißnaht weiter verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	AISI 1320	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	70%	100%	AISI 1212 ist leichter zu bearbeiten
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-40 m/min	50-60 m/min	Für Werkzeugverschleiß anpassen

AISI 1320 hat eine moderate Bearbeitbarkeit, was ihn für verschiedene Bearbeitungsoperationen geeignet macht. Im Vergleich zu frei bearbeitbaren Stählen wie AISI 1212 erfordert er jedoch eine sorgfältigere Handhabung und Werkzeugauswahl, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

AISI 1320 kann kalt und warm geformt werden, wobei die gute Duktilität verschiedene Formprozesse ermöglicht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, übermäßige Werkhärtung zu vermeiden, da dies zu Rissen führen kann. Der minimale Biegeradius sollte während der Formoperationen berücksichtigt werden, um die Integrität zu gewährleisten.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Härte reduzieren, Duktilität verbessern
Abschrecken	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 Minuten	Öl	Härte erhöhen
Tempering	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit verbessern

Die Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur und Eigenschaften von AISI 1320. Das Glühen macht den Stahl weicher, während das Abschrecken die Härte erhöht. Das Tempern ist entscheidend zur Entlastung von Spannungen und zur Verbesserung der Zähigkeit, wodurch es für hochbelastete Anwendungen geeignet ist.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wichtige Stahl Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Automobil	Zahnräder	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Fähigkeit, dynamischen Lasten standzuhalten
Maschinenbau	Schellen	Duktilität, Bearbeitbarkeit	Leichte Fertigung und Festigkeit
Bau	Strukturelle Komponenten	Festigkeit, Schweißbarkeit	Geeignet für tragende Anwendungen

Weitere Anwendungen sind:
- - Luft- und Raumfahrtkomponenten
- - Werkzeuge und Stempel
- - Befestigungen und Fittings

AISI 1320 wird für diese Anwendungen aufgrund seines ausgezeichneten Gleichgewichts zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit ausgewählt, was ihn zu einer vielseitigen Option für verschiedene Ingenieuranforderungen macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	AISI 1320	AISI 4140	AISI 1045	Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Notiz
Wichtige mechanische Eigenschaft	Moderate Festigkeit	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	AISI 4140 bietet höhere Härtbarkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausreichend	Gut	Ausreichend	AISI 4140 hat bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	AISI 4140 könnte Vorwärmen erfordern
Bearbeitbarkeit	Moderat	Moderat	Hoch	AISI 1045 ist leichter zu bearbeiten
Formbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	AISI 4140 ist weniger duktil
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Höher	Niedriger	Kosten variieren je nach Legierungselementen
Typische Verfügbarkeit	Gemeinsam	Gemeinsam	Sehr häufig	AISI 1045 ist weit verbreitet

Bei der Auswahl von AISI 1320 sind Überlegungen wie seine mechanischen Eigenschaften, Schweißbarkeit und Kosten-Nutzen-Verhältnis wichtig. Während er ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität bietet, ist er möglicherweise nicht die beste Wahl für stark korrosive Umgebungen oder Anwendungen, die extreme Härtbarkeit erfordern. Seine Verfügbarkeit auf dem Markt ist allgemein gut, was ihn zu einer praktischen Wahl für viele Ingenieuranwendungen macht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass AISI 1320 Stahl ein vielseitiger mittlerer Kohlenstofflegierungsstahl ist, der ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit bietet, was ihn für eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen geeignet macht.