S55C Stahl (JIS ~1055): Eigenschaften und wichtige Anwendungen

S55C-Stahl, klassifiziert als mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl, ist bekannt für seine ausgewogenen Eigenschaften, die ihn für eine Vielzahl von Ingenieuranwendungen geeignet machen. Diese Stahlgüte besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff (ungefähr 0,50-0,60 % nach Gewicht), mit zusätzlichen Legierungselementen wie Mangan, Silizium und Phosphor. Die Anwesenheit von Kohlenstoff erhöht seine Härte und Festigkeit, während Mangan zur Verbesserung der Zähigkeit und Abriebfestigkeit beiträgt.

Umfassende Übersicht

S55C-Stahl gehört zu den JIS (Japanischen Industriestandards) und ist gleichwertig mit der AISI 1055-Güte. Sein mittlerer Kohlenstoffgehalt ermöglicht ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität, wodurch er eine vielseitige Wahl für verschiedene Anwendungen, einschließlich Automobilkomponenten, Maschinenbauteile und strukturelle Anwendungen, darstellt.

Hauptmerkmale:
- Härte und Festigkeit: S55C weist eine gute Härte und Zugfestigkeit auf, was ihn für Anwendungen mit hohem Abriebwiderstand geeignet macht.
- Duktilität: Während er stärker ist als niedriglegierte Stähle, behält er eine ausreichende Duktilität für Umform- und Bearbeitungsprozesse.
- Wärmebehandelbarkeit: Dieser Stahl kann wärmebehandelt werden, um seine mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern.

Vorteile:
- Hohe Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnis.
- Gute Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit.
- Geeignet für Wärmebehandlungsprozesse, um die gewünschte Härte zu erreichen.

Beschränkungen:
- Moderate Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen.
- Erfordert sorgfältige Kontrolle während der Wärmebehandlung, um Sprödigkeit zu vermeiden.

Historisch wurde S55C häufig bei der Herstellung von Komponenten eingesetzt, die eine Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie Zahnräder, Achsen und Wellen. Seine Marktstellung bleibt stark, aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit in verschiedenen Ingenieursbereichen.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Güte	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Bemerkungen
UNS	G10550	USA	Nächste Entsprechung zu S55C
AISI/SAE	1055	USA	Ähnliche Eigenschaften, geringfügige zusammensetzende Unterschiede
ASTM	A29/A29M	USA	Allgemeinspezifikation für Kohlenstoffstahl
EN	C55E	Europa	Entspricht mit geringfügigen Unterschieden in der Zusammensetzung
DIN	C55	Deutschland	Vergleichbare Güte mit ähnlichen Anwendungen
JIS	S55C	Japan	Primäre Bezeichnung für diese Stahlgüte
GB	Q345B	China	Ähnliche Festigkeit, aber geringerer Kohlenstoffgehalt

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Güten liegen oft in ihrem spezifischen Kohlenstoffgehalt und der Anwesenheit anderer Legierungselemente, die ihre mechanischen Eigenschaften und Eignung für bestimmte Anwendungen beeinflussen können.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.50 - 0.60
Mn (Mangan)	0.60 - 0.90
Si (Silizium)	0.15 - 0.40
P (Phosphor)	≤ 0.030
S (Schwefel)	≤ 0.030

Die Hauptrolle von Kohlenstoff in S55C besteht darin, die Härte und Festigkeit zu erhöhen, während Mangan die Zähigkeit und Abriebfestigkeit verbessert. Silizium trägt während der Stahlherstellung zur Entoxidation bei und erhöht die Festigkeit, während Phosphor und Schwefel auf niedrige Werte begrenzt werden, um Sprödigkeit zu vermeiden und die Duktilität zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Vergütet	600 - 800 MPa	87 - 116 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Offset)	Abgeschreckt & Vergütet	400 - 600 MPa	58 - 87 ksi	ASTM E8
Dehnung	Abgeschreckt & Vergütet	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Querschnittsverminderung	Abgeschreckt & Vergütet	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Geeicht	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
Schlagarbeit (Charpy)	-20°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit macht S55C für Anwendungen geeignet, die erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Die moderate Dehnung zeigt, dass er zwar stark ist, aber dennoch eine gewisse Verformung vor dem Versagen durchlaufen kann, was für die strukturelle Integrität entscheidend ist.

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	31.2 BTU·in/(hr·ft²·°F)
spezifische Wärmekapazität	-	0.46 J/g·K	0.11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	-	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·in
Thermischer Ausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.36 x 10⁻⁶ /°F

Die Dichte von S55C zeigt, dass es relativ schwer ist, was zu seiner Festigkeit beiträgt. Der Schmelzpunktbereich deutet darauf hin, dass er hohen Temperaturen standhalten kann, bevor er in einen flüssigen Zustand übergeht, was ihn für Anwendungen mit Wärme geeignet macht. Die Wärmeleitfähigkeit ist moderat, was in Anwendungen, in denen Wärmedissipation erforderlich ist, vorteilhaft ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agent	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Atmosphärisch	-	-	mäßig	Empfänglich für Rost ohne Schutz
Chloride	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	schlecht	Risiko von Lochkorrosion
Säuren	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	schlecht	Nicht empfohlen für saure Umgebungen
Alkalien	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	mäßig	Mittlere Beständigkeit, kann jedoch im Laufe der Zeit korrodieren
Organische Stoffe	-	-	gut	Allgemein beständig gegen organische Lösungsmittel

S55C-Stahl weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Allerdings ist er anfällig für Lochfraß in chloridhaltigen Umgebungen und sollte nicht in sauren Bedingungen verwendet werden. Im Vergleich zu rostfreien Stählen ist die Korrosionsbeständigkeit von S55C begrenzt, was ihn weniger geeignet für Anwendungen in rauen Umgebungen macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	300	572	Geeignet für Anwendungen mit moderaten Temperaturen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	400	752	Kann kurzfristig höheren Temperaturen standhalten
Skalierungstemperatur	600	1112	Risiko der Oxidation über dieser Temperatur
Überlegungen zur Kriechfestigkeit	400	752	Beginnt bei erhöhten Temperaturen an Festigkeit zu verlieren

S55C-Stahl behält bei moderaten Temperaturen seine mechanischen Eigenschaften, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die thermischen Zyklen ausgesetzt sind. Es muss jedoch darauf geachtet werden, eine längere Exposition gegenüber Temperaturen über 400 °C (752 °F) zu vermeiden, da dies zu Oxidation und Festigkeitsverlust führen kann.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2-Gemisch	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER70S-2	Argon	Geeignet für saubere Fugen
Stab (SMAW)	E7018	-	Erfordert Vorwärmung

S55C-Stahl wird allgemein als schweißbar betrachtet, aber Vorwärmung wird empfohlen, um das Risiko von Rissbildung zu minimieren. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann ebenfalls die Eigenschaften des Schweißens verbessern. Es sollte darauf geachtet werden, geeignete Füllmetalle auszuwählen, um die Eigenschaften des Grundmaterials zu entsprechen.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	S55C	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60%	100%	S55C ist weniger bearbeitbar als 1212
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Geschwindigkeiten je nach Werkzeug anpassen

S55C weist eine moderate Bearbeitbarkeit auf, die mit geeigneten Schneidwerkzeugen und Bedingungen verbessert werden kann. Es wird empfohlen, Hochgeschwindigkeitsstahl oder Hartmetallwerkzeuge für optimale Leistung zu verwenden.

Umformbarkeit

S55C-Stahl kann kalt und heiß umgeformt werden, aber es muss darauf geachtet werden, übermäßige Kaltverfestigung zu vermeiden. Der minimale Biegeradius sollte während der Umformprozesse berücksichtigt werden, um Rissbildung zu verhindern.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 Stunden	Luft	Weichmachen, Verbesserung der Duktilität
Abschrecken	800 - 900 / 1472 - 1652	30 Minuten	Öl oder Wasser	Härten
Vergüten	200 - 600 / 392 - 1112	1 Stunde	Luft	Verringerung der Sprödigkeit, Verbesserung der Zähigkeit

Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur und Eigenschaften von S55C-Stahl. Abschrecken erhöht die Härte, während Vergüten die Sprödigkeit reduziert, was den Stahl für dynamische Anwendungen geeigneter macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Spezielles Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahlmerkmale, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Automobilindustrie	Zahnräder	Hohe Zugfestigkeit, Abriebfestigkeit	Erforderlich für Haltbarkeit
Maschinenbau	Wellen	Zähigkeit, Bearbeitbarkeit	Essentiell für Leistung
Bau	Strukturelle Komponenten	Festigkeit, Duktilität	Unterstützt tragende Anforderungen

Weitere Anwendungen umfassen:
- Werkzeuge und Stanzformen
- Befestigungen
- Landmaschinen

S55C wird für diese Anwendungen aufgrund seiner Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit ausgewählt, was ihn ideal für Komponenten macht, die erheblichen mechanischen Stress standhalten müssen.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	S55C	AISI 1045	AISI 4140	Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Notiz
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	Hohe Festigkeit	S55C bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität
Wesentliches Korrosionsaspekt	mäßig	mäßig	gut	S55C ist weniger widerstandsfähig als 4140 in korrosiven Umgebungen
Schweißbarkeit	gut	mäßig	mäßig	S55C ist einfacher zu schweißen als 4140
Bearbeitbarkeit	moderat	gut	mäßig	S55C ist weniger bearbeitbar als 1045
Umformbarkeit	gut	gut	mäßig	S55C kann im Vergleich zu 4140 leichter umgeformt werden
Ungefähre relative Kosten	moderat	moderat	höher	Kostenwirksam für viele Anwendungen
Typische Verfügbarkeit	häufig	häufig	weniger häufig	S55C ist in verschiedenen Formen weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von S55C-Stahl sind Überlegungen wie Kostenwirksamkeit, Verfügbarkeit und spezifische mechanische Eigenschaften entscheidend. Seine moderate Korrosionsbeständigkeit macht ihn für viele Anwendungen geeignet, aber für Umgebungen mit hohem Korrosionspotenzial sind alternative Güten möglicherweise geeigneter. Darüber hinaus machen die Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit von S55C ihn zu einer praktischen Wahl für Hersteller, die nach einem vielseitigen Stahlgrad suchen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass S55C-Stahl ein mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl ist, der eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit bietet, was ihn für verschiedene Ingenieuranwendungen geeignet macht. Seine Eigenschaften können durch Wärmebehandlung angepasst werden, und obwohl er in der Korrosionsbeständigkeit Einschränkungen aufweist, bleibt er eine beliebte Wahl in der Industrie.