EN3-Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht

EN3-Stahl ist ein Mittelkohlenstoffstahlgrad, der hauptsächlich als niedriglegierter Baustahl klassifiziert wird. Er zeichnet sich durch eine ausgewogene Zusammensetzung von Kohlenstoff, Mangan und Eisen aus, was zu seiner Vielseitigkeit in verschiedenen ingenieurtechnischen Anwendungen beiträgt. Die Hauptlegierungselemente im EN3-Stahl umfassen Kohlenstoff (C), Mangan (Mn) sowie geringe Mengen Silizium (Si) und Phosphor (P). Der Kohlenstoffgehalt liegt typischerweise zwischen 0,10 % und 0,25 %, was seine Festigkeit und Härte erhöht, während die gute Zähigkeit erhalten bleibt.

Umfassende Übersicht

EN3-Stahl ist weithin anerkannt für seine hervorragende Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit, was ihn zu einer bevorzugten Wahl in der Herstellung von Bauteilen macht, die moderate Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Zu seinen inherenten Eigenschaften gehören eine gute Zugfestigkeit, angemessene Schlagfestigkeit und die Fähigkeit, wärmebehandelt zu werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.

Vorteile von EN3-Stahl:
- Bearbeitbarkeit: EN3-Stahl lässt sich leicht bearbeiten, was eine effiziente Herstellung komplexer Formen ermöglicht.
- Schweißbarkeit: Er kann mit verschiedenen Techniken geschweißt werden, ohne dass signifikante Vorwärmungen erforderlich sind.
- Vielseitigkeit: Geeignet für eine Vielzahl von Anwendungen, von Automobil- bis hin zu Strukturbauteilen.

Beschränkungen von EN3-Stahl:
- Korrosionsbeständigkeit: Er hat eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit, was in rauen Umgebungen Schutzbeschichtungen erforderlich macht.
- Festigkeitsgrenzen: Im Vergleich zu höherlegierten Stählen bietet EN3 möglicherweise nicht das gleiche Maß an Festigkeit und Härte.

Historisch gesehen spielt EN3-Stahl eine bedeutende Rolle auf dem britischen und europäischen Markt und wird häufig in Anwendungen wie Wellen, Achsen und allgemeinen Ingenieurbaukomponenten verwendet. Seine Marktstellung bleibt aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften und Kostenwirksamkeit stark.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Normenorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	G10400	USA	Nächstes Äquivalent zu EN3
AISI/SAE	1015	USA	Geringfügige Zusammensetzungsunterschiede
ASTM	A108	USA	Standard-Spezifikation für kaltverarbeitete Kohlenstoffstahlstangen
EN	EN3	Europa	Allgemein verwendet in ingenieurtechnischen Anwendungen
DIN	C15	Deutschland	Ähnliche Eigenschaften, aber mit geringfügigen Unterschieden im Kohlenstoffgehalt
JIS	S15C	Japan	Vergleichbarer Grad mit geringfügigen Unterschieden in den Legierungselementen

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Graden können die Auswahl basierend auf spezifischen mechanischen oder Korrosionsschutzanforderungen beeinflussen. Zum Beispiel kann AISI 1015 zwar ähnliche Bearbeitbarkeit bieten, jedoch kann der leicht niedrigere Kohlenstoffgehalt zu einer verringerten Härte im Vergleich zu EN3 führen.

Wichtigste Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,10 - 0,25
Mn (Mangan)	0,30 - 0,60
Si (Silizium)	0,10 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,04
S (Schwefel)	≤ 0,05

Die Hauptfunktion von Kohlenstoff im EN3-Stahl besteht darin, die Härte und Festigkeit zu erhöhen, während Mangan die Zähigkeit und Härtbarkeit verbessert. Silizium trägt zur Entgasung während der Stahlerzeugung bei und kann die Festigkeit erhöhen. Phosphor, obwohl nur in geringen Mengen vorhanden, kann die Bearbeitbarkeit verbessern, aber auch die Zähigkeit verringern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (Metrisch)	Typischer Wert/Bereich (Imperial)	Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit	Annealed	Raumtemperatur	400 - 600 MPa	58 - 87 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Versatz)	Annealed	Raumtemperatur	250 - 400 MPa	36 - 58 ksi	ASTM E8
Dehnung	Annealed	Raumtemperatur	20 - 30 %	20 - 30 %	ASTM E8
Härte	Annealed	Raumtemperatur	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit	Charpy V-Kerbe	-20 °C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht EN3-Stahl geeignet für Anwendungen, die moderate Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie zum Beispiel in der Herstellung von Wellen und Strukturbauteilen. Seine gute Schlagfestigkeit bei Raumtemperatur ermöglicht es ihm, dynamische Lasten effektiv zu widerstehen.

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	50 W/m·K	29 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·in

Die Dichte des EN3-Stahls weist auf seine erhebliche Masse hin, die zu seiner Festigkeit beiträgt. Die Wärmeleitfähigkeit ist moderat, was ihn für Anwendungen geeignet macht, bei denen Wärmeableitung notwendig ist. Die spezifische Wärmekapazität deutet darauf hin, dass er eine angemessene Menge an Wärme absorbieren kann, ohne signifikante Temperaturänderungen zu zeigen, was in thermischen Anwendungen vorteilhaft ist.

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
SAuren	10-20	20-50 °C (68-122 °F)	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalien	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Befriedigend	Mittlere Widerstandsfähigkeit

EN3-Stahl weist eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in chloridreichen Umgebungen, in denen Lochfraß auftreten kann. Er wird nicht für den Einsatz in sauren Bedingungen empfohlen, da seine Empfindlichkeit gegenüber Korrosion erhöht ist. Im Vergleich zu rostfreien Stählen ist EN3 in korrosiven Umgebungen deutlich unterlegen, weshalb es notwendig ist, Schutzbeschichtungen aufzutragen oder alternative Materialien für Anwendungen in rauen Bedingungen auszuwählen.

Wärmebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Max. kontinuierliche Betriebstemperatur	300 °C	572 °F	Geeignet für moderate Temperaturen
Max. intermittierende Betriebstemperatur	350 °C	662 °F	Nur kurzfristige Exposition
Skalungstemperatur	500 °C	932 °F	Oxidationsrisiko über dieser Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen behält EN3-Stahl seine Festigkeit, kann jedoch beginnen, Härte und Zähigkeit zu verlieren. Seine Oxidationsbeständigkeit ist moderat, und es sollte darauf geachtet werden, eine längere Exposition gegenüber hohen Temperaturen zu vermeiden, da dies zu Skalierung und Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führen kann.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Bemerkungen
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER70S-2	Argon	Saubere Schweißnähte, geringe Verformung
Stick	E7018	-	Erfordert Vorwärmung für dicke Abschnitte

EN3-Stahl eignet sich gut zum Schweißen, wobei verschiedene Prozesse starke Verbindungen erzeugen. Vorwärmung kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden. Eine Nachbehandlung nach dem Schweißen kann die Eigenschaften der Schweißzone verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	EN3-Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitbarkeitsindex	70	100	EN3 ist gut, aber nicht das Beste
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	80-120 m/min	120-180 m/min	Anpassung je nach Werkzeug

EN3-Stahl bietet eine gute Bearbeitbarkeit, wodurch er sich für verschiedene Bearbeitungsverfahren eignet. Optimale Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeuge können die Leistung verbessern und den Verschleiß reduzieren.

Formbarkeit

EN3-Stahl kann effektiv kalt und warm geformt werden, wobei die gute Zähigkeit komplexe Formen zulässt. Die Verfestigungsrate ist moderat und er kann auf einen angemessenen Radius gebogen werden, ohne zu brechen.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	600 - 700 °C (1112 - 1292 °F)	1 - 2 Stunden	Luft	Weichwerden, verbesserte Zähigkeit
Härte + Anlassen	850 - 900 °C (1562 - 1652 °F)	1 Stunde	Öl/Wasser	Erhöhte Härte und Festigkeit

Die Prozesse der Wärmebehandlung verändern die Mikrostruktur des EN3-Stahls erheblich und verbessern seine mechanischen Eigenschaften. Das Glühen macht den Stahl weich, während Härten und Anlassen die Härte und Festigkeit erhöhen, was ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Schlüsselstahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Automobil	Achsen	Gute Festigkeit, Bearbeitbarkeit	Kostenwirksam, zuverlässige Leistung
Bau	Träger	Moderate Festigkeit, Schweißbarkeit	Einfach zu fabrizieren und zu montieren
Maschinenbau	Wellen	Zähigkeit, Schlagfestigkeit	Hohe Haltbarkeit unter Belastung

Weitere Anwendungen umfassen:
- Allgemeine Ingenieurbauteile
- Landwirtschaftliche Maschinen
- Werkzeuge und Vorrichtungen

EN3-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Kostenwirksamkeit gewählt, was ihn für Bauteile geeignet macht, die moderate Festigkeit und gute Bearbeitbarkeit erfordern.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	EN3-Stahl	AISI 1018	AISI 4140	Kurze Pro/Contra oder Trade-off Anmerkung
Wichtigste mechanische Eigenschaft	Moderate Festigkeit	Niedrigere Festigkeit	Höhere Festigkeit	EN3 ist kosteneffektiver
Wichtiger Korrosionsaspekt	Befriedigend	Befriedigend	Schlecht	Alle erfordern Schutz in korrosiven Umgebungen
Schweißbarkeit	Gut	Gut	Befriedigend	EN3 ist einfacher zu schweißen
Bearbeitbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Befriedigend	EN3 ist einfacher zu bearbeiten
Formbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Befriedigend	EN3 kann leicht geformt werden
Ungefährer relativer Preis	Niedrig	Moderat	Hoch	EN3 ist budgetfreundlicher
Typische Verfügbarkeit	Hoch	Hoch	Moderat	EN3 ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von EN3-Stahl sollten Überlegungen zu Kostenwirksamkeit, Verfügbarkeit und Eignung für spezifische Anwendungen berücksichtigt werden. Obwohl er möglicherweise nicht die höchste Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit bietet, macht seine ausgewogene Kombination von Eigenschaften ihn zu einer zuverlässigen Wahl für viele ingenieurtechnische Anwendungen. Darüber hinaus ermöglichen seine gute Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit effiziente Herstellungsprozesse, was ihn zu einem Standardmaterial in verschiedenen Branchen macht.

Abschließend ist EN3-Stahl ein vielseitiges Material, das aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften in zahlreichen Anwendungen seinen Platz findet. Das Verständnis seiner Eigenschaften, Vorteile und Einschränkungen ist entscheidend für Ingenieure und Designer bei der Auswahl von Materialien für spezifische Projekte.