K340 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht
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K340-Stahl, auch bekannt als Bohler-Werkzeugstahl, ist ein Hochleistungs-Werkzeugstahl, der hauptsächlich als hochkohlenstoffhaltiger Legierungsstahl klassifiziert wird. Er ist für Anwendungen konzipiert, die außergewöhnliche Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erfordern. Die Hauptlegierungselemente in K340 umfassen Chrom, Molybdän und Vanadium, die seine Härte, Verschleißfestigkeit und die Gesamtmechanik erheblich verbessern.
Umfassende Übersicht
K340-Stahl ist charakterisiert durch seinen hohen Kohlenstoffgehalt, der typischerweise zwischen 0,9% und 1,1% liegt, sowie einer ausgewogenen Mischung aus Chrom (4,0% bis 5,0%), Molybdän (1,0% bis 1,5%) und Vanadium (0,5% bis 1,0%). Diese Legierungselemente tragen zur Fähigkeit des Stahls bei, die Härte bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten, was ihn für Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeuge und -formen geeignet macht.
Die wesentlichen Eigenschaften von K340-Stahl umfassen:
- Hohe Härte: Erreichbare Härtewerte können nach entsprechender Wärmebehandlung 60 HRC überschreiten.
- Exzellente Verschleißfestigkeit: Die Legierungselemente bieten überlegene Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Verschleiß, was sie ideal für Werkzeuganwendungen macht.
- Gute Zähigkeit: Trotz seiner Härte behält K340 ein Maß an Zähigkeit, das es ihm ermöglicht, Stößen standzuhalten, ohne zu brechen.
Vorteile:
- Außergewöhnliche Verschleißfestigkeit macht ihn geeignet für Hochleistungswerkzeuge.
- Hohe Härtebeibehaltung bei erhöhten Temperaturen ermöglicht eine verlängerte Werkzeugarbeit.
- Vielseitige Anwendungen in verschiedenen Industrien, einschließlich Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Einschränkungen:
- Anfällig für Sprödigkeit, wenn er nicht ordnungsgemäß wärmebehandelt wird.
- Erfordert sorgfältige Bearbeitung und Fertigung aufgrund seiner Härte.
- Höherer Preis im Vergleich zu weniger legierten Stählen.
K340-Stahl hat eine bedeutende Position im Werkzeugstahlmarkt und wird oft für Anwendungen gewählt, bei denen Leistung und Haltbarkeit von größter Bedeutung sind. Seine historische Bedeutung liegt in seiner Entwicklung für Hochleistungs-Schneidwerkzeuge, die sich zusammen mit den Fortschritten in der Fertigungstechnologie weiterentwickelt haben.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | T42040 | USA | Nächster Äquivalent zu K340 |
| AISI/SAE | AISI D2 | USA | Kleine zusammensetzungsunterschiede; D2 hat geringere Zähigkeit |
| ASTM | A681 | USA | Standard-Spezifikation für Werkzeugstähle |
| EN | 1.2379 | Europa | Äquivalent mit ähnlichen Eigenschaften |
| JIS | SKD11 | Japan | Ähnliche Leistung, variiert jedoch in der Zähigkeit |
Die Unterschiede zwischen K340 und seinen Äquivalenten, wie AISI D2 und JIS SKD11, können die Auswahl basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen beeinflussen. Zum Beispiel, während D2 gute Verschleißfestigkeit bietet, kann K340s höhere Zähigkeit in Anwendungen, die Stößen ausgesetzt sind, bevorzugt werden.
Wesentliche Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentbereich (%) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0,9 - 1,1 |
| Cr (Chrom) | 4,0 - 5,0 |
| Mo (Molybdän) | 1,0 - 1,5 |
| V (Vanadium) | 0,5 - 1,0 |
| Mn (Mangan) | 0,2 - 0,5 |
| Si (Silizium) | 0,2 - 0,5 |
| P (Phosphor) | ≤ 0,03 |
| S (Schwefel) | ≤ 0,03 |
Die Hauptrolle der Schüssellegierungselemente im K340-Stahl umfasst:
- Chrom: Verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
- Molybdän: Verbessert die Zähigkeit und die Hochtemperaturfestigkeit.
- Vanadium: Erhöht die Verschleißfestigkeit und verfeinert die Korngröße, was zur allgemeinen Zähigkeit beiträgt.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Bedingung/Temperatur | Testtemperatur | Typischer Wert/Spanne (metrisch) | Typischer Wert/Spanne (imperial) | Referenzstandard für Testmethode |
|---|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Vergütet | Raumtemperatur | 1800 - 2200 MPa | 261 - 319 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0,2%-Abweichung) | Vergütet | Raumtemperatur | 1500 - 1900 MPa | 217 - 276 ksi | ASTM E8 |
| Dehnung | Vergütet | Raumtemperatur | 5 - 10% | 5 - 10% | ASTM E8 |
| Härte (HRC) | Vergütet | Raumtemperatur | 58 - 62 HRC | 58 - 62 HRC | ASTM E18 |
| Schlagfestigkeit (Charpy) | Vergütet | -20 °C | 20 - 30 J | 14,8 - 22,1 ft-lbf | ASTM E23 |
Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht K340-Stahl besonders geeignet für Anwendungen, die hohe mechanische Belastungen und Anforderungen an die strukturelle Integrität erfordern, wie z.B. Schneidwerkzeuge, Formen und Gussformen.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Bedingung/Temperatur | Wert (metrisch) | Wert (imperial) |
|---|---|---|---|
| Dichte | Raumtemperatur | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Schmelzpunkt | - | 1425 - 1450 °C | 2600 - 2642 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | Raumtemperatur | 25 W/m·K | 14,5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Spezifische Wärmekapazität | Raumtemperatur | 460 J/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
| Elektrischer Widerstand | Raumtemperatur | 0,0006 Ω·m | 0,0004 Ω·in |
Die praktische Bedeutung der physikalischen Eigenschaften von K340 umfasst:
- Dichte: Beeinflusst das Gewicht und die Balance von Werkzeugen aus K340, entscheidend für Präzisionsanwendungen.
- Wärmeleitfähigkeit: Wichtig für die Wärmeableitung in Hochgeschwindigkeits-Schneidanwendungen, um Überhitzung zu verhindern.
- Schmelzpunkt: Zeigt die Fähigkeit des Stahls an, hohen Temperaturen standzuhalten, ohne die strukturelle Integrität zu verlieren.
Korrosionsbeständigkeit
| Korrision Agent | Konzentration (%) | Temperatur (°C) | Widerstandsklasse | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Chloride | 3-10 | 20-60 | Ausreichend | Risiko der Lochkorrosion |
| Schwefelsäure | 10-30 | 25-50 | Schlecht | Nicht empfohlen |
| Natriumhydroxid | 5-20 | 20-60 | Gut | Moderater Widerstand |
K340-Stahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Umgebungen mit Chloriden und alkalischen Lösungen. Allerdings ist er anfällig für Lochfraß in chloridehaltigen Umgebungen und sollte in sauren Bedingungen vermieden werden. Im Vergleich zu anderen Werkzeugstählen wie D2 und SKD11 bietet K340 bessere Zähigkeit, könnte aber in korrosiven Umgebungen nicht so gut abschneiden, was in spezifischen Anwendungen Schutzbeschichtungen oder Oberflächenbehandlungen notwendig macht.
Wärmebeständigkeit
| Eigenschaft/Grenze | Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur | 500 | 932 | Geeignet für längeren Gebrauch |
| Maximale intermittierende Betriebstemperatur | 600 | 1112 | Nur kurzfristige Exposition |
| Skalierungstemperatur | 700 | 1292 | Risiko der Oxidation über dieser Temperatur |
| Kriechfestigkeitsüberlegungen | 400 | 752 | Beginnt bei dieser Temperatur zu degradieren |
Bei erhöhten Temperaturen behält K340-Stahl seine Härte und Stärke, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die hohe Wärmebelastungen erfordern. Oxidation kann jedoch ein Problem werden, insbesondere bei Temperaturen über 600 °C (1112 °F). Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung und Oberflächenbeschichtungen können diese Probleme mindern.
Fertigungseigenschaften
Schweißbarkeit
| Schweißverfahren | Empfohlenes Füllmetall (AWS-Klassifikation) | Typisches Schutzgas/Füllstoff | Hinweise |
|---|---|---|---|
| TIG | ER80S-D2 | Argon | Vorheizen empfohlen |
| MIG | ER70S-6 | Argon/CO2 | Nach dem Schweißen Wärmebehandlung empfohlen |
| Stick | E7018 | - | Erfordert Vorwärmen |
K340-Stahl kann geschweißt werden, jedoch muss darauf geachtet werden, Rissbildung zu vermeiden. Vorheizung und Nachbehandlungswärme werden empfohlen, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern. Häufige Mängel umfassen Porosität und Rissbildung, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.
Bearbeitbarkeit
| Bearbeitungsparameter | K340-Stahl | AISI 1212 | Hinweise/Tipps |
|---|---|---|---|
| Relativer Bearbeitbarkeitsindex | 50 | 100 | K340 ist schwieriger zu bearbeiten |
| Typische Schnittgeschwindigkeit | 20 m/min | 40 m/min | Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse |
Die Härte von K340-Stahl stellt Herausforderungen in der Bearbeitung dar, die spezialisierte Werkzeug und langsamere Schnittgeschwindigkeiten erfordert. Optimale Bedingungen beinhalten die Verwendung von Hartmetallwerkzeugen und geeignetem Kühlmittel zur Wärmeverwaltung.
Formbarkeit
K340-Stahl ist aufgrund seiner hohen Härte nicht besonders für umfangreiche Formprozesse geeignet. Kaltes Formen kann zu Rissbildung führen, während warmes Formen machbarer ist, jedoch eine sorgfältige Temperaturkontrolle erfordert, um ein Verlust der Härte zu vermeiden.
Wärmebehandlung
| Behandlungsprozess | Temperaturbereich (°C/°F) | Typische Haltezeit | Kühlmethode | Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| Glühen | 800 - 850 / 1472 - 1562 | 1 - 2 Stunden | Luft | Härte reduzieren, Bearbeitbarkeit verbessern |
| Härten | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 Minuten | Öl | Härte erhöhen |
| Tempering | 500 - 600 / 932 - 1112 | 1 Stunde | Luft | Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit verbessern |
Die Wärmebehandlungsprozesse haben einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von K340. Das Härten erhöht die Härte, während das Tempern Härte und Zähigkeit ausbalanciert, was ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht.
Typische Anwendungen und Endverwendungen
| Industrie/Sektor | Spezifisches Anwendungsbeispiel | Hauptstahl Eigenschaften in dieser Anwendung genutzt | Grund für die Auswahl (kurz) |
|---|---|---|---|
| Automobil | Schneidwerkzeuge | Hohe Härte, Verschleißfestigkeit | Verlängerte Werkzeuglebensdauer |
| Luftfahrt | Formen für Verbundteile | Zähigkeit, thermische Stabilität | Hochleistungsanforderungen |
| Fertigung | Stanzen | Verschleißfestigkeit, Festigkeit | Haltbarkeit unter Belastung |
Weitere Anwendungen umfassen:
- Präzisionsbearbeitungswerkzeuge
- Spritzgussformen
- Scherblätter
K340-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit und Fähigkeit zur Leistungsfähigkeit unter hohen Belastungsbedingungen ausgewählt.
Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke
| Merkmal/Eigenschaft | K340-Stahl | AISI D2 | SKD11 | Kurze Pro-/Contra oder Trade-off-Notiz |
|---|---|---|---|---|
| Wesentliche mechanische Eigenschaft | Hohe Härte | Gute Verschleißfestigkeit | Moderate Zähigkeit | K340 bietet überlegene Zähigkeit |
| Wesentliches Korrosionsaspekt | Moderater Widerstand | Schlecht in sauren Umgebungen | Ausreichend in Chloriden | K340 ist besser in anspruchsvollen Bedingungen |
| Schweißbarkeit | Moderat | Schlecht | Moderat | K340 erfordert sorgfältige Handhabung |
| Bearbeitbarkeit | Herausfordernd | Einfach | Moderat | K340 benötigt spezialisiertes Werkzeug |
| Formbarkeit | Begrenzt | Gut | Moderat | K340 ist nicht ideal zum Formen |
| Ungefähre relative Kosten | Höher | Moderat | Geringer | Kosten spiegeln Leistungsnutzen wider |
| Typische Verfügbarkeit | Moderat | Hoch | Hoch | K340 kann weniger verfügbar sein |
Bei der Auswahl von K340-Stahl sind Überlegungen zu seiner Kostenwirksamkeit, Verfügbarkeit und spezifischen Anwendungsanforderungen erforderlich. Während er teurer sein mag als Alternativen, rechtfertigt seine Leistung in anspruchsvollen Anwendungen oftmals die Investition. Darüber hinaus sind die magnetischen Eigenschaften von K340 minimal, was ihn für Anwendungen geeignet macht, bei denen magnetische Störungen ein Problem darstellen.
Zusammenfassend ist K340-Stahl ein vielseitiger und hochleistungsfähiger Werkzeugstahl, der in Anwendungen, die Haltbarkeit und Verschleißbeständigkeit erfordern, hervorragende Leistungen erbringt. Seine einzigartigen Eigenschaften und sorgfältigen Auswahlkriterien machen ihn zu einer wertvollen Wahl für Ingenieure und Hersteller in verschiedenen Branchen.