Nitralloy 135 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Nitralloy 135-Stahl ist ein mittelkohlenstofflegierter Stahl, der speziell für Anwendungen entwickelt wurde, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Er wird als Legierungsstahl klassifiziert und enthält hauptsächlich Elemente wie Chrom, Molybdän und Stickstoff, die seine mechanischen Eigenschaften und Leistungsmerkmale erheblich verbessern. Die Einbeziehung dieser Legierungselemente trägt zur verbesserten Härte, Abriebfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit bei und macht Nitralloy 135 für anspruchsvolle Ingenieuranwendungen geeignet.

Eine der bedeutendsten Eigenschaften von Nitralloy 135 ist die Fähigkeit, hohe Oberflächenhärte durch Nitrocarburieren zu erreichen, einen Wärmebehandlungsprozess, der Stickstoff in die Oberfläche des Stahls diffundiert. Dies führt zu einer harten, abriebfesten Oberfläche bei gleichzeitiger Beibehaltung eines zähen Kerns, was für Komponenten, die hohen Belastungen und Abrieb ausgesetzt sind, von entscheidender Bedeutung ist.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile:
- Hohe Festigkeit und Zähigkeit: Nitralloy 135 weist eine hervorragende Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit auf und ist ideal für Schwerlastanwendungen.
- Nitrierfähigkeit: Die Fähigkeit, Nitrocarburierungen durchzuführen, verbessert die Oberflächenhärte, ohne die Kernzähigkeit zu beeinträchtigen.
- Gute Bearbeitbarkeit: Diese Stahlqualität kann effektiv bearbeitet werden, was eine präzise Komponentenfertigung ermöglicht.

Einschränkungen:
- Kosten: Die Legierungselemente und der Nitrocarburierungsprozess können Nitralloy 135 teurer machen als Standardkohlenstoffstähle.
- Schweißprobleme: Obwohl er geschweißt werden kann, ist besondere Vorsicht geboten, um Risse zu vermeiden und die Verbindungsintegrität zu gewährleisten.

Historisch wurde Nitralloy 135 in verschiedenen Branchen, einschließlich Automobil- und Luftfahrtindustrie, eingesetzt, wo Hochleistungsbauteile entscheidend sind. Seine einzigartigen Eigenschaften positionieren ihn als wertvolles Material auf dem Markt, insbesondere für Anwendungen, die eine Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Abriebfestigkeit erfordern.

Alternative Namen, Normen und Äquivalente

Normenorganisation	Bezeichnung/Qualität	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	G13500	USA	Nächstes Äquivalent zu AISI 4140 mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden.
AISI/SAE	135	USA	Häufig verwendete Bezeichnung in Nordamerika.
ASTM	A829	USA	Standard-Spezifikation für legierte Stahlplatten.
EN	1.8510	Europa	Europäisches Äquivalent mit ähnlichen Eigenschaften.
JIS	SCr 440	Japan	Ähnliche Leistung, jedoch mit unterschiedlichen Legierungselementen.

Die Unterschiede zwischen diesen Qualitäten können die Auswahl basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen beeinflussen. Zum Beispiel, während G13500 und AISI 4140 ähnlich sind, bietet die Nitrierfähigkeit von Nitralloy 135 eine verbesserte Oberflächenhärte, die mit AISI 4140 möglicherweise nicht erreicht werden kann.

Schlüssel Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.30 - 0.35
Cr (Chrom)	0.80 - 1.10
Mo (Molybdän)	0.15 - 0.25
N (Stickstoff)	0.02 - 0.05
Mn (Mangan)	0.60 - 0.90
Si (Silizium)	0.15 - 0.40
P (Phosphor)	≤ 0.035
S (Schwefel)	≤ 0.025

Die primären Legierungselemente in Nitralloy 135 spielen entscheidende Rollen:
- Chrom: Verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
- Molybdän: Verbesserung der Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und Verbesserung der Zähigkeit.
- Stickstoff: Erhöht die Oberflächenhärte durch Nitrocarburierung und trägt zur Abriebfestigkeit bei.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Spanne (metrisch)	Typischer Wert/Spanne (imperial)	Referenzstandard für Testmethoden
Zugfestigkeit	Vergütet	Raumtemperatur	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Offset)	Vergütet	Raumtemperatur	600 - 800 MPa	87 - 116 ksi	ASTM E8
Elongation	Vergütet	Raumtemperatur	12 - 18%	12 - 18%	ASTM E8
Härte (HRC)	Vergütet	Raumtemperatur	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	Raumtemperatur	-20°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit sowie guter Dehnung macht Nitralloy 135 geeignet für Anwendungen, die Widerstand gegen mechanische Belastungen und strukturelle Integrität erfordern. Seine Härte ermöglicht es ihm, Abrieb in anspruchsvollen Umgebungen standzuhalten.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	20°C	45 W/m·K	31.2 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	20°C	0.46 kJ/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	20°C	0.00065 Ω·m	0.00038 Ω·in

Schlüsselfaktoren wie Dichte und Schmelzpunkt sind wichtig für Anwendungen, die Hochtemperaturprozesse umfassen. Die Wärmeleitfähigkeit zeigt, wie gut das Material Wärme ableiten kann, was entscheidend in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung oder bei Anwendungen mit hoher Reibung ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsrating	Hinweise
Chloride	3-5	25°C/77°F	Ausreichend	Risiko von Einstichkorrosion.
Schwefelsäure	10-20	25°C/77°F	Schlecht	Nicht empfohlen.
Alkalische Lösungen	5-10	25°C/77°F	Gut	Moderate Beständigkeit.

Nitralloy 135 zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in alkalischen Umgebungen, ist jedoch anfällig für Einstiche in chloridreichen Bedingungen. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie AISI 304, die eine überlegene Korrosionsbeständigkeit bieten, ist Nitralloy 135 möglicherweise nicht für Anwendungen geeignet, die aggressiven korrosiven Medien ausgesetzt sind.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	400°C	752°F	Geeignet für verlängerte Exposition.
Maximale kurzfristige Betriebstemperatur	500°C	932°F	Nur kurzfristige Exposition.
Skalierungstemperatur	600°C	1112°F	Risiko einer Oxidation über dieser Temperatur.

Bei erhöhten Temperaturen behält Nitralloy 135 seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation erfahren, wenn es Luft ausgesetzt ist. Es ist wichtig, Schutzbeschichtungen oder kontrollierte Umgebungen für Anwendungen bei hohen Temperaturen in Betracht zu ziehen.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon/CO2-Gemisch	Vorwärmen empfohlen.
TIG	ER80S-Ni	Argon	Nachbearbeitung erforderlich.

Nitralloy 135 kann mit Standardprozessen geschweißt werden, jedoch ist häufiges Vorwärmen notwendig, um Risse zu vermeiden. Eine Nachbehandlung nach dem Schweißen wird empfohlen, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	Nitralloy 135	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60	100	Schneidwerkzeuge und Kühlung erforderlich.
Typische Schnittgeschwindigkeit	30 m/min	50 m/min	An Werkzeugverschleiß anpassen.

Die Bearbeitbarkeit ist gut, erfordert jedoch sorgfältige Aufmerksamkeit auf Werkzeuge und Schneidbedingungen, um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden.

Formbarkeit

Nitralloy 135 weist eine moderate Formbarkeit auf. Kaltverformung ist möglich, aber Warmverformung wird bevorzugt, um das Risiko der Verfestigung zu reduzieren. Empfohlene Biegeradien sollten eingehalten werden, um Risse zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Primäres Ziel / Erwartetes Ergebnis
Glühen	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1-2 Stunden	Luft oder Öl	Weichmachen, verbesserte Bearbeitbarkeit.
Härten	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 Minuten	Öl	Härten, erhöhte Festigkeit.
Tempern	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Reduzierung von Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit.

Die Wärmebehandlungsprozesse verändern die Mikrostruktur von Nitralloy 135 erheblich und verbessern seine mechanischen Eigenschaften. Härten erhöht die Härte, während Tempern hilft, Spannungen abzubauen und die Verformbarkeit zu verbessern.

Typische Anwendungen und Endnutzungen

Branche/Sektor	Spezielles Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Automobil	Getriebe und Wellen	Hohe Festigkeit, Zähigkeit, Abriebfestigkeit	Wesentlich für die Haltbarkeit.
Luftfahrt	Fahrwerkskomponenten	Hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis	Kritisch für Sicherheit und Leistung.
Maschinenbau	Werkzeuge und Stempel	Härte, Bearbeitbarkeit	Präzision für den Betrieb erforderlich.

Weitere Anwendungen umfassen:
- Öl und Gas: Komponenten, die hohen Belastungen und Abrieb ausgesetzt sind.
- Schwere Maschinen: Teile, die hohe Ermüdungswiderstandsfähigkeit erfordern.

Nitralloy 135 wird für diese Anwendungen aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Abriebfestigkeit ausgewählt und ist ideal für Komponenten, die extremen Betriebsbedingungen standhalten müssen.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Nitralloy 135	AISI 4140	8620	Kurzpro/Contra oder Handlungsnote
Schlüsselmechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderat	Moderat	Nitralloy 135 übertrifft in der Festigkeit.
Schlüsselkorrosionsaspekt	Moderat	Ausreichend	Gut	Nitralloy 135 ist weniger korrosionsbeständig.
Schweißbarkeit	Moderat	Gut	Gut	Erfordert Vorsicht, um Risse zu vermeiden.
Bearbeitbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Ausreichend	Benötigt spezifische Werkzeuge.
Formbarkeit	Moderat	Gut	Gut	Warmformung bevorzugt.
Ungefährer relativer Preis	Höher	Moderat	Günstiger	Die Kosten können ein Faktor bei der Auswahl sein.
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Hoch	Die Verfügbarkeit kann je nach Region variieren.

Bei der Auswahl von Nitralloy 135 sind Überlegungen wie das Kosten-Leistungs-Verhältnis im Vergleich zu den Leistungsanforderungen, die Verfügbarkeit auf dem Markt und spezifische Anwendungsanforderungen zu berücksichtigen. Seine einzigartigen Eigenschaften machen ihn für Hochleistungsanwendungen geeignet, aber potenzielle Anwender sollten die Vorteile gegen die damit verbundenen Kosten und Bearbeitungsherausforderungen abwägen.

Zusammenfassend ist Nitralloy 135 eine vielseitige Stahlgüte, die eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Abriebfestigkeit bietet und damit eine hervorragende Wahl für anspruchsvolle Ingenieuranwendungen darstellt. Seine Eigenschaften, obwohl vorteilhaft, erfordern eine sorgfältige Berücksichtigung in Bezug auf die Bearbeitung und Anwendung, um die Leistung und Langlebigkeit zu maximieren.