AISI 3130 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Der AISI 3130-Stahl wird als ein mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl klassifiziert, der hauptsächlich für sein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit bekannt ist. Diese Stahlgüte ist durch ihre Legierungselemente gekennzeichnet, dazu gehören Kohlenstoff, Mangan und Chrom, die jeweils zu den Gesamteigenschaften beitragen. Der Kohlenstoffgehalt liegt typischerweise zwischen 0,28 % und 0,34 %, während Mangan und Chrom in bedeutenden Mengen vorhanden sind, die die Härte und Festigkeit erhöhen.

Umfassende Übersicht

AISI 3130-Stahl wird hauptsächlich in Anwendungen verwendet, die gute mechanische Eigenschaften und moderate Korrosionsbeständigkeit erfordern. Die Legierungselemente spielen entscheidende Rollen: Kohlenstoff erhöht die Härte und Festigkeit, Mangan verbessert die Zähigkeit und Härtbarkeit, und Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißeigenschaften.

Die bedeutendsten Eigenschaften von AISI 3130 sind seine hohe Zugfestigkeit, gute Verformbarkeit und ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, was ihn für verschiedene ingenieurtechnische Anwendungen geeignet macht. Allerdings hat er Einschränkungen, wie eine niedrigere Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen und mögliche Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen.

Auf dem Markt wird AISI 3130 für seine Vielseitigkeit anerkannt und kommt häufig in der Herstellung von Zahnrädern, Wellen und anderen Strukturkomponenten zum Einsatz. Historisch gesehen war er ein Grundpfeiler in Branchen wie der Automobil- und Maschinenbauindustrie, wo Festigkeit und Haltbarkeit von größter Bedeutung sind.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Herstellerland-Region	Anmerkungen/Bemerkungen
UNS	G31300	USA	Nächster Äquivalent zu AISI 4130, mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden.
AISI/SAE	3130	USA	Häufig verwendete Bezeichnung in Nordamerika.
ASTM	A29/A29M	USA	Allgemeine Spezifikation für legierte Stähle.
EN	30CrMo	Europa	Entspricht ähnlichen Eigenschaften, aber unterschiedlichen Standards.
JIS	SCM430	Japan	Ähnliche Güte mit leichten Zusammensetzungsvariationen.

Die Unterschiede zwischen AISI 3130 und seinen Äquivalenten, wie AISI 4130, liegen oft in den spezifischen Prozentsätzen der Legierungselemente, die die Härtbarkeit und Zähigkeit beeinflussen können. Zum Beispiel hat AISI 4130 typischerweise einen höheren Chromanteil, was dessen Festigkeit und Härtbarkeit im Vergleich zu AISI 3130 erhöhen kann.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,28 - 0,34
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Cr (Chrom)	0,40 - 0,60
Si (Silizium)	0,15 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,035
S (Schwefel)	≤ 0,040

Die Hauptrolle des Kohlenstoffs in AISI 3130 besteht darin, die Härte und Zugfestigkeit zu erhöhen, während Mangan zur Verbesserung der Zähigkeit und Härtbarkeit beiträgt. Chrom erhöht die Verschleißbeständigkeit und bietet ein gewisses Maß an Korrosionsschutz, wodurch der Stahl in verschiedenen Umgebungen haltbarer wird.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Glühbehandelt	580 - 700 MPa	84 - 102 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Glühbehandelt	350 - 450 MPa	51 - 65 ksi	ASTM E8
Dehnung	Glühbehandelt	20 - 25 %	20 - 25 %	ASTM E8
Härte (Brinell)	Glühbehandelt	170 - 210 HB	170 - 210 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit	Charpy bei -20 °C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht AISI 3130 für Anwendungen geeignet, die dynamische Belastungen und Anforderungen an die strukturelle Integrität beinhalten, wie in automotiven Komponenten und Maschinenbauteilen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch - SI-Einheiten)	Wert (imperiale Einheiten)
Dichte	Raumtemperatur	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt/-bereich	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	45 W/m·K	31 BTU·in/(h·ft²·°F)
Spezifische Wärmefähigkeit	Raumtemperatur	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·in

Die Dichte und der Schmelzpunkt von AISI 3130 zeigen seine Eignung für Hochtemperaturanwendungen, während die Wärmeleitfähigkeit auf gute Wärmeableitungseigenschaften hinweist, die bei Bearbeitungs- und Umformprozessen vorteilhaft sind.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsmittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Anmerkungen
Chloride	Variiert	Umgebung	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion.
Schwefelsäure	10	25/77	Schlecht	Nicht empfohlen.
Natriumhydroxid	50	60/140	Ausreichend	Risiko von Spannungsrisskorrosion.

AISI 3130 weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen und in milden Umgebungen. Allerdings ist er anfällig für Loch- und Spannungsrisskorrosion in chloridreichen Umgebungen, wodurch er weniger geeignet für marine Anwendungen ist im Vergleich zu rostfreien Stählen. Im Vergleich zu AISI 4140, der aufgrund des höheren Chromgehalts eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist, könnte AISI 3130 in korrosiven Umgebungen Schutzbeschichtungen oder -behandlungen erfordern.

Wärmebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Anmerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400	752	Geeignet für moderate Temperaturanwendungen.
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500	932	Nur für kurzfristige Exposition.
Skalierungstemperatur	600	1112	Risiko von Oxidation über dieser Temperatur.
Rissfestigkeit Überlegungen	450	842	Beginnt bei erhöhten Temperaturen abzubauen.

Bei erhöhten Temperaturen behält AISI 3130 seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation und Skalierung erfahren, die seine Leistung in Hochtemperaturanwendungen beeinflussen können. Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung kann seine Eigenschaften verbessern, aber es muss darauf geachtet werden, übermäßiger Exposition gegenüber hohen Temperaturen zu vermeiden.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlenes Zusatzmaterial (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Anmerkungen
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Vorwärmung empfohlen.
TIG	ER70S-2	Argon	Erfordert Nachbehandlung nach dem Schweißen.
Elektrode	E7018	N/A	Gut für dickere Abschnitte.

AISI 3130 gilt im Allgemeinen als schweißbar, jedoch wird empfohlen, vorzuwärmen, um Rissbildung zu vermeiden. Eine Nachbehandlung nach dem Schweißen kann helfen, Spannungen abzubauen und die Zähigkeit im Schweißbereich zu verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	AISI 3130	AISI 1212	Anmerkungen/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	70	100	AISI 1212 ist einfacher zu bearbeiten.
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Auf Werkzeugverschleiß anpassen.

AISI 3130 bietet eine gute Bearbeitbarkeit, aber es muss darauf geachtet werden, geeignete Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeuge auszuwählen, um die Leistung zu optimieren und den Verschleiß zu minimieren.

Formbarkeit

AISI 3130 kann kalt und heiß geformt werden, wobei die gute Verformbarkeit komplexe Formen ermöglicht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, übermäßiges Kaltverfestigen zu vermeiden, was während Umformvorgängen zu Rissen führen kann. Empfohlene Biegeradien sollten eingehalten werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 Stunden	Luft	Verbesserung der Verformbarkeit und Reduzierung der Härte.
Härte	800 - 850 / 1472 - 1562	30 Minuten	Öl oder Wasser	Erhöhung der Härte und Festigkeit.
Anlassen	400 - 600 / 752 - 1112	1 Stunde	Luft	Reduzierung der Sprödigkeit und Verbesserung der Zähigkeit.

Während der Wärmebehandlung durchläuft AISI 3130 metallurgische Transformationen, die seine Mikrostruktur verbessern und somit seine mechanischen Eigenschaften steigern. Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung ist entscheidend, um das gewünschte Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Verformbarkeit zu erreichen.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Auswahlgrund (kurz)
Automobil	Zahnräder	Hohe Zugfestigkeit, gute Bearbeitbarkeit	Erforderlich für Haltbarkeit und Leistung.
Maschinenbau	Wellen	Zähigkeit, Verschleißbeständigkeit	Wesentlich für tragende Anwendungen.
Luft- und Raumfahrt	Strukturelle Komponenten	Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis	Entscheidend für Sicherheit und Effizienz.

Weitere Anwendungen sind:

• • Baugeräte
• • Komponenten der Öl- und Gasindustrie
• • Teile für schwere Maschinen

AISI 3130 wird für diese Anwendungen aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften ausgewählt, die in anspruchsvollen Umgebungen die notwendige Festigkeit und Haltbarkeit bieten.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	AISI 3130	AISI 4140	AISI 1045	Kurz Pro-/Kontra- oder Trade-off-Anmerkung
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Mittlere Festigkeit	Hohe Festigkeit	Mittlere Festigkeit	AISI 4140 bietet überlegene Festigkeit.
Wesentliche Korrosionsaspekte	Ausreichend	Gut	Schlecht	AISI 4140 ist besser für korrosive Umgebungen.
Schweißbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	AISI 4140 erfordert mehr Sorgfalt beim Schweißen.
Bearbeitbarkeit	Gut	Ausreichend	Hervorragend	AISI 1045 ist einfacher zu bearbeiten.
Ungefähre relative Kosten	Moderat	Höher	Geringer	Kosten variieren mit den Legierungselementen.
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Allgemein	Sehr häufig	AISI 1045 ist weit verbreitet.

Bei der Auswahl von AISI 3130 umfassen Überlegungen seine Kostenwirksamkeit, Verfügbarkeit und Eignung für spezifische Anwendungen. Obwohl er ein gutes Gleichgewicht der Eigenschaften bietet, könnten Alternativen wie AISI 4140 besser für Anwendungen mit hoher Festigkeit geeignet sein, wohingegen AISI 1045 aufgrund der leichteren Bearbeitbarkeit bevorzugt werden könnte.

Zusammenfassend ist AISI 3130-Stahl ein vielseitiger mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl, der aufgrund seiner vorteilhaften mechanischen Eigenschaften und moderaten Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Branchen breite Anwendung findet. Eine ordnungsgemäße Auswahl und Behandlung können seine Leistung in spezifischen Anwendungen optimieren, was ihn zu einem wertvollen Material im Ingenieur- und Fertigungsbereich macht.