S50C Stahl Eigenschaften und Schlüsselanwendungen Übersicht

S50C-Stahl (JIS ~1050) wird als mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl klassifiziert, der hauptsächlich durch seinen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,50 % gekennzeichnet ist. Diese Stahlgüte gehört zu den Japanischen Industrienormen (JIS) und ist weithin anerkannt für ihre Balance aus Stärke, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Das hauptsächliche Legierungselement in S50C ist Kohlenstoff, der die mechanischen Eigenschaften, einschließlich Härte und Zugfestigkeit, erheblich beeinflusst.

Umfassender Überblick

S50C weist mehrere bemerkenswerte Eigenschaften auf, die es für eine Vielzahl von Ingenieranwendungen geeignet machen. Sein mittlerer Kohlenstoffgehalt ermöglicht eine gute Härtbarkeit, wodurch es in der Lage ist, bei richtiger Wärmebehandlung hohe Festigkeit und Härte zu erreichen. Darüber hinaus hat S50C eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, was ein kritischer Faktor in Fertigungsprozessen ist.

Vorteile:
- Hohe Festigkeit und Härte: S50C kann wärmebehandelt werden, um hohe Härtegrade zu erreichen, was es ideal für Anwendungen macht, die Verschleißfestigkeit erfordern.
- Gute Bearbeitbarkeit: Dieser Stahl kann leicht bearbeitet werden, was in Fertigungsumgebungen von Vorteil ist.
- Vielseitigkeit: Er wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von Automobilkomponenten bis zu Maschinenbauteilen.

Einschränkungen:
- Begrenzte Korrosionsbeständigkeit: S50C ist nicht von Natur aus korrosionsbeständig, was in bestimmten Umgebungen Schutzbeschichtungen erforderlich machen kann.
- Brittleness bei hohen Härtegraden: Obwohl er hohe Härte erreichen kann, kann dies zu Brittleness führen, was ihn unter bestimmten Bedingungen anfällig für Risse macht.

Historisch gesehen war S50C ein Grundpfeiler in der Herstellung von Komponenten, die eine Kombination aus Stärke und Zähigkeit erfordern, wie Zahnräder, Wellen und andere mechanische Teile. Seine Marktposition bleibt stark aufgrund seiner Vielseitigkeit und Leistungsmerkmale.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Gruppe	Land/Region Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	G10500	USA	Nächstliegendes Äquivalent zu S50C
AISI/SAE	1050	USA	Kleinere Zusammensetzungsunterschiede
ASTM	A108	USA	Standard-Spezifikation für kaltbearbeitete kohlenstoffhaltige Stahlstäbe
EN	C50	Europa	Ähnliche Eigenschaften, können jedoch in bestimmten Anwendungen abweichen
DIN	C50	Deutschland	Vergleichbar mit S50C mit leichten Abweichungen
GB	50#	China	Äquivalent mit geringfügigen Unterschieden in der Zusammensetzung
ISO	1050	International	Standardbezeichnung für mittelkohlenstoffhaltigen Stahl

Die obige Tabelle skizziert verschiedene Standards und äquivalente Bezeichnungen für S50C. Es ist wichtig zu beachten, dass, obwohl diese Grade als äquivalent angesehen werden können, subtile Unterschiede in der Zusammensetzung und Verarbeitung die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Zum Beispiel kann G10500 aufgrund von Variationen im Herstellungsprozess leicht unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.

Schlüsselfunktionen

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.48 - 0.55
Si (Silizium)	0.15 - 0.40
Mn (Mangan)	0.60 - 0.90
P (Phosphor)	≤ 0.030
S (Schwefel)	≤ 0.030

Die primären Legierungselemente in S50C umfassen Kohlenstoff, Mangan und Silizium. Kohlenstoff ist das bedeutendste Element, das Härte und Festigkeit liefert. Mangan verbessert die Härtbarkeit und Zugfestigkeit, während Silizium während der Stahlherstellung zur Entgasung beiträgt und die Festigkeit erhöht.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Gehenkt	540 - 700 MPa	78.0 - 101.5 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Versatz)	Gehenkt	350 - 450 MPa	50.8 - 65.3 ksi	ASTM E8
Verlängerung	Gehenkt	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Härte	Gehenkt	170 - 210 HB	170 - 210 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit	Charpy-V-Kerbe, -20°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von S50C machen es für Anwendungen geeignet, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Die Kombination aus Zug- und Streckgrenze deutet auf die Fähigkeit hin, erheblichen Lasten standzuhalten, während der Prozentsatz an Verlängerung auf eine gute Duktilität schließen lässt, die eine Verformung ohne Bruch ermöglicht.

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	34.5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	0.46 kJ/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Elektrische Resistivität	Raumtemperatur	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·ft

Die Dichte von S50C zeigt seine Masse pro Volumeneinheit an, was für gewichtsempfindliche Anwendungen wichtig ist. Der Schmelzpunktbereich gibt Einblicke in seine thermische Stabilität, während Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität entscheidend für Anwendungen sind, die Wärmeübertragung beinhalten.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Atmosphärisch	Variiert	Umgebung	Ausreichend	Anfällig für Rost
Chloride	Variiert	Umgebung	Schlecht	Gefahr von Lochkorrosion
Äuren	Variiert	Umgebung	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalien	Variiert	Umgebung	Ausreichend	Begrenzte Beständigkeit

S50C zeigt eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Chloridumgebungen, wo Lochkorrosion auftreten kann. Im Vergleich zu rostfreien Stählen ist S50C weniger geeignet für Anwendungen, die korrosiven Mitteln ausgesetzt sind. Zum Beispiel kann S50C in milden Atmosphären angemessen abschneiden, wird jedoch nicht für maritime Anwendungen oder Umgebungen mit hohen Chloridkonzentrationen empfohlen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	300 °C	572 °F	Darüber hinaus verschlechtern sich die Eigenschaften
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Kurze Exposition
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Gefahr der Oxidation

Bei erhöhten Temperaturen behält S50C seine Festigkeit bis etwa 300 °C. Darüber hinaus kann das Material beginnen, seine mechanischen Eigenschaften zu verlieren, was zu einer verminderten Leistung in Hochtemperaturanwendungen führt. Oxidation kann ebenfalls auftreten, insbesondere bei Temperaturen über 600 °C, was in solchen Umgebungen Schutzmaßnahmen erforderlich macht.

Bearbeitungs Eigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER70S-2	Argon	Saubere Schweißnähte, geringe Verformung
SMAW	E7018	Nicht anwendbar	Erfordert Vorwärmen

S50C ist im Allgemeinen schweißbar mit gängigen Verfahren wie MIG und TIG. Es wird jedoch empfohlen, Vorwärmen durchzuführen, um das Risiko von Rissen, insbesondere in dickeren Abschnitten, zu minimieren. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann auch die Zähigkeit der Schweißverbindung erhöhen.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	[S50C]	[AISI 1212]	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60	100	Mittlere Bearbeitbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	40 m/min	80 m/min	Für Werkzeugabnutzung anpassen

S50C hat eine mittlere Bearbeitbarkeitsbewertung, die es für verschiedene Bearbeitungsoperationen geeignet macht. Optimale Schnittgeschwindigkeiten und Werkzeuge sollten ausgewählt werden, um die Leistung zu verbessern und den Verschleiß zu minimieren.

Formbarkeit

S50C zeigt gute Formbarkeit sowohl in kalt- als auch in warmverarbeitenden Verfahren. Kaltumformung ist möglich, aber es muss darauf geachtet werden, eine Kaltverfestigung zu vermeiden, die zu Rissen führen kann. Warmumformung kann die Duktilität erhöhen und das Risiko von Fehlern verringern.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlverfahren	Hauptzweck / Erwünschtes Ergebnis
Annealing	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 Stunden	Luftkühlung	Weichmachen, Verbesserung der Bearbeitbarkeit
Härten	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 Minuten	Öl oder Wasser	Härten, Erhöhung der Festigkeit
Tempern	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luftkühlung	Reduzierung der Brittleness, Verbesserung der Zähigkeit

Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur und Eigenschaften von S50C. Härten erhöht die Härte, während Tempern die Brittleness verringert und eine Balance zwischen Festigkeit und Zähigkeit ermöglicht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Automobil	Zahnräder	Hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit	Wesentlich für Haltbarkeit
Maschinenbau	Wellen	Zähigkeit, Bearbeitbarkeit	Kritisch für die Leistung
Werkzeugbau	Schneidwerkzeuge	Härte, Verschleißfestigkeit	Notwendig für Langlebigkeit

S50C wird häufig in der Automobil- und Maschinenbauindustrie eingesetzt, insbesondere für Komponenten, die eine Kombination aus Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern. Seine Bearbeitbarkeit macht es auch zur bevorzugten Wahl für Werkzeuganwendungen.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	[S50C]	[Alternative Gruppe 1]	[Alternative Gruppe 2]	Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Hinweise
Schlüsselmärkteigenschaft	Hohe Festigkeit	Mittlere Festigkeit	Hohe Zähigkeit	S50C bietet Festigkeit, während Alternativen möglicherweise bessere Zähigkeit bieten
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausreichende Beständigkeit	Ausgezeichnete Beständigkeit	Schlechte Beständigkeit	S50C erfordert Schutzmaßnahmen in korrosiven Umgebungen
Schweißbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Ausreichend	S50C ist schweißbar, benötigt jedoch möglicherweise Vorwärmen
Bearbeitbarkeit	Moderat	Hoch	Moderat	S50C ist bearbeitbar, aber nicht so einfach wie einige Alternativen
Formbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Ausreichend	S50C kann geformt werden, erfordert jedoch möglicherweise Vorsicht, um Risse zu vermeiden
Ungefähr relativer Preis	Moderat	Niedrig	Hoch	Kostenwirksamkeit variiert je nach Anwendungsbedürfnissen
Typische Verfügbarkeit	Gemeinsam	Gemeinsam	Weniger häufig	S50C ist in verschiedenen Formen weit verbreitet erhältlich

Bei der Auswahl von S50C für eine spezifische Anwendung müssen Faktoren wie Kosten, Verfügbarkeit und die spezifischen mechanischen Eigenschaften, die erforderlich sind, berücksichtigt werden. Sein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Bearbeitbarkeit macht es zu einer vielseitigen Wahl, jedoch sollten seine Einschränkungen in der Korrosionsbeständigkeit sorgfältig bewertet werden, basierend auf der vorgesehenen Umgebung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass S50C-Stahl ein robuster mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl ist, der eine Mischung aus Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Vielseitigkeit bietet und sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, insbesondere im Automobil- und Maschinenbau.