EN19 Stahl Eigenschaften und Hauptanwendungen Übersicht

EN19 Stahl, auch bekannt als 4140 Stahl, ist ein mittelkarbonhaltiger legierter Stahl, der zur Kategorie der niedriglegierten Stähle gehört. Er zeichnet sich hauptsächlich durch seine hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit aus, was ihn in verschiedenen Ingenieuranwendungen beliebt macht. Die Hauptlegierungselemente im EN19 Stahl sind Chrom (Cr) und Molybdän (Mo), die seine Härte und Festigkeit verbessern.

Umfassende Übersicht

EN19 Stahl wird als mittelkarbonhaltiger legierter Stahl klassifiziert, der typischerweise einen Kohlenstoffgehalt von 0,30 % bis 0,60 % aufweist. Die Hinzufügung von Chrom und Molybdän verbessert nicht nur die mechanischen Eigenschaften des Stahls, sondern trägt auch zu seiner Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Ermüdung bei. Die einzigartige Kombination dieser Elemente ermöglicht es EN19, ein gutes Gleichgewicht zwischen Härte und Verformbarkeit zu erreichen.

Wesentliche Merkmale:
- Hohe Festigkeit: EN19 weist hohe Zug- und Streckgrenze auf, was ihn für Hochleistungsanwendungen geeignet macht.
- Gute Zähigkeit: Der Stahl behält seine Zähigkeit auch bei niedrigen Temperaturen, was entscheidend für Anwendungen ist, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind.
- Verschleißfestigkeit: Die Legierungselemente bieten eine verbesserte Verschleißfestigkeit, was ihn ideal für Teile macht, die Reibung und Abrieb erfahren.

Vorteile:
- Hervorragende mechanische Eigenschaften, einschließlich hoher Zugfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.
- Vielseitige Anwendungen in verschiedenen Branchen, einschließlich Automotive, Luft- und Raumfahrt und Fertigung.
- Gute Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit, wenn er fachgerecht behandelt wird.

Beschränkungen:
- Anfällig für spannungsrisskorrosion in bestimmten Umgebungen.
- Erfordert sorgfältige Wärmebehandlung, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, was die Fertigungsprozesse komplizieren kann.

Historisch wurde EN19 weit verbreitet bei der Herstellung von hochfesten Komponenten wie Zahnrädern, Wellen und Achsen verwendet und hat sich damit in der Ingenieursbranche einen Namen gemacht.

Alternative Bezeichnungen, Normen und Äquivalente

Normungsorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	G41400	USA	Nächstes Äquivalent zu EN19
AISI/SAE	4140	USA	Gebräuchliche Bezeichnung
ASTM	A829	USA	Standardisierung für legierten Stahl
EN	19	Europa	Europäische Normbezeichnung
DIN	1.7225	Deutschland	Äquivalent mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden
JIS	SCM440	Japan	Ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Legierungselemente
GB	42CrMo	China	Vergleichbarer Grad mit geringfügigen Unterschieden

Die obige Tabelle hebt verschiedene Bezeichnungen und Standards für EN19 Stahl hervor. Besonders bemerkenswert ist, dass Bezeichnungen wie SCM440 und 42CrMo oft als äquivalent betrachtet werden, sie jedoch subtile Unterschiede in den Legierungselementen aufweisen können, die die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Zum Beispiel könnte SCM440 einen leicht unterschiedlichen Kohlenstoffgehalt aufweisen, was die Härtbarkeit beeinflussen kann.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.38 - 0.43
Cr (Chrom)	0.90 - 1.20
Mo (Molybdän)	0.15 - 0.25
Mn (Mangan)	0.75 - 1.00
Si (Silizium)	0.15 - 0.40
P (Phosphor)	≤ 0.035
S (Schwefel)	≤ 0.040

Die primären Legierungselemente im EN19 Stahl spielen eine entscheidende Rolle:
- Chrom (Cr): Verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
- Molybdän (Mo): Verbessert die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und trägt zur Verschleißbeständigkeit bei.
- Mangan (Mn): Erhöht die Zähigkeit und Härtbarkeit.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (Metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (Imperiale Einheiten)	Referenznorm für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Anlassen	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2 % Offset)	Abgeschreckt & Anlassen	600 - 800 MPa	87 - 116 ksi	ASTM E8
Elongation	Abgeschreckt & Anlassen	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Abgeschreckt & Anlassen	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	-40°C	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von EN19 Stahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Seine Fähigkeit, erheblichen Belastungen standzuhalten und sich unter Stress nicht zu verformen, ist besonders vorteilhaft in strukturellen Anwendungen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (Metrisch - SI-Einheiten)	Wert (Imperiale Einheiten)
Dichte	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	20°C	45 W/m·K	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	20°C	0.49 kJ/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	20°C	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·in

Die Dichte und der Schmelzpunkt des EN19 Stahls zeigen seine Robustheit, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität für Anwendungen relevant sind, die thermischen Spannungen ausgesetzt sind. Diese Eigenschaften sind entscheidend für Komponenten, die schnellen Temperaturänderungen ausgesetzt sein können.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5	25°C / 77°F	Ausreichend	Risiko von Lochfraß
Schwefelsäure	10	25°C / 77°F	Schlecht	Nicht empfohlen
Salzwasser	-	25°C / 77°F	Ausreichend	Moderater Widerstand
Alkalische Lösungen	5-10	25°C / 77°F	Gut	Besserer Widerstand

EN19 Stahl zeigt eine moderate Beständigkeit gegen Korrosion, insbesondere in Umgebungen mit Chloriden und alkalischen Lösungen. Allerdings wird er nicht für den Einsatz in sauren Umgebungen, wie z.B. Schwefelsäure, empfohlen, wo er erhebliche Schäden erleiden kann. Im Vergleich zu rostfreien Stählen ist die Korrosionsbeständigkeit von EN19 begrenzt, was ihn weniger geeignet für Anwendungen in stark korrosiven Umgebungen macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Limit	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Risiko der Oxidation bei dieser Temperatur
Überlegungen zur Kriechfestigkeit beginnen bei	400 °C	752 °F	Kriechfestigkeit nimmt signifikant ab

EN19 Stahl zeigt bei erhöhten Temperaturen gute Leistungen und behält seine mechanischen Eigenschaften bis 400 °C bei. Über dieser Temperatur steigt jedoch das Risiko von Oxidation und Skalierung, was die Integrität des Materials beeinträchtigen kann.

Bearbeitbarkeitseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlenes Zusatzmaterial (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flux	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gute Ergebnisse mit Vorwärmung
TIG	ER80S-Ni	Argon	Erfordert Vorwärmung, um Rissbildung zu vermeiden
Elektroden	E7018	-	Geeignet für dickere Teile

EN19 Stahl kann mit verschiedenen Methoden geschweißt werden, aber Vorwärmung ist oft notwendig, um Rissbildung zu verhindern. Die Wahl des Zusatzmaterials ist entscheidend, da es mit den mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials übereinstimmen sollte, um eine starke Schweißnaht zu gewährleisten.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	EN19 Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	70	100	Moderat zerspanbar
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	50-70 m/min	80-100 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse

EN19 Stahl hat eine moderate Zerspanbarkeit, die mit geeigneten Werkzeugen und Schneidbedingungen verbessert werden kann. Es ist wichtig, hochwertige Schneidwerkzeuge zu verwenden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

EN19 Stahl weist eine gute Formbarkeit auf, die sowohl für Kalt- als auch für Warmformverfahren geeignet ist. Es ist jedoch wichtig, die Wirkung der Kaltverfestigung während der Kaltformung zu berücksichtigen, die die Festigkeit des Materials erhöhen kann, aber auch zu Rissen führen kann, wenn sie nicht ordnungsgemäß gesteuert wird. Biegeradien sollten sorgfältig berechnet werden, um Versagen während der Formgebungsarbeiten zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptziel / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	600 - 650 °C / 1112 - 1202 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Ofen	Weichmachen, Verbesserung der Zerspanbarkeit
Härten	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 Minuten	Öl oder Wasser	Härten, Festigkeit erhöhen
Anlassen	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Verringerung der Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit

Die Wärmebehandlungsprozesse haben einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften des EN19 Stahls. Abschrecken erhöht die Härte, während Anlassen die Sprödigkeit verringert und ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Verformbarkeit ermöglicht.

Typische Anwendungen und Endnutzungen

Branche/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Auswahlgrund (Kurz)
Automobil	Zahnräder	Hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit	Wesentlich für die Haltbarkeit
Luft- und Raumfahrt	Landefunktionsteile	Zähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit	Kritisch für die Sicherheit
Fertigung	Achsen	Hohe Zugfestigkeit, Zerspanbarkeit	Geeignet für Präzisionsteile
Öl & Gas	Bohrköpfe	Verschleißbeständigkeit, Zähigkeit	Hochleistungsanforderungen

Weitere Anwendungen sind:
- Bauteile für schwere Maschinen
- Strukturteile im Bauwesen
- Werkzeuge und Stempel

EN19 Stahl wird oft für Anwendungen ausgewählt, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, insbesondere in Umgebungen, in denen Verschleiß und Ermüdung von Bedeutung sind. Seine Vielseitigkeit über verschiedene Branchen hinweg hebt seine Bedeutung im Ingenieurwesen hervor.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	EN19 Stahl	AISI 4140	SCM440	Kurzfristige Pro-/Kontra- oder Abwägungsbemerkung
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	Ähnliche Festigkeit, aber EN19 hat bessere Zähigkeit
Wesentliches Korrosionsmerkmal	Ausreichende Beständigkeit	Ausreichende Beständigkeit	Gute Beständigkeit	SCM440 bietet bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Gut	Moderat	Gut	EN19 erfordert Vorwärmung
Zerspanbarkeit	Moderat	Gut	Ausgezeichnet	AISI 1212 ist einfacher zu bearbeiten
Formbarkeit	Gut	Moderat	Gut	EN19 kann schwieriger zu formen sein
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Moderat	Moderat	Kosten sind in der Regel vergleichbar
Typische Verfügbarkeit	Gewöhnlich	Gewöhnlich	Gewöhnlich	Weit verbreitet in verschiedenen Formen

Bei der Auswahl von EN19 Stahl sind Überlegungen mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Fertigungsmerkmale. Seine Balance zwischen Festigkeit und Zähigkeit macht ihn geeignet für anspruchsvolle Anwendungen, während seine moderaten Kosten und Verfügbarkeit seine Attraktivität erhöhen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass EN19 Stahl ein vielseitiges und robustes Material ist, das eine breite Palette von Ingenieuranwendungen bedient. Seine einzigartige Kombination von Eigenschaften, zusammen mit sorgfältiger Berücksichtigung von Fertigungs- und Umweltfaktoren, macht ihn in vielen Branchen zur bevorzugten Wahl.