SUJ2-Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen in Lagern

SUJ2-Stahl, auch bekannt als JIS-Wälzlagerstahl, ist ein hochkohlenstoffhaltiger Chromlegierungsstahl, der hauptsächlich bei der Herstellung von Wälzlagern verwendet wird. Als mittelkohlenstoffhaltiger Legierungsstahl klassifiziert, zeichnet sich SUJ2 durch ausgezeichnete Härte, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit aus, was ihn ideal für Anwendungen macht, die hohe Leistung unter mechanischer Belastung erfordern.

Umfassende Übersicht

SUJ2-Stahl besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff (C), Chrom (Cr) und anderen Legierungselementen, die seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Die typische chemische Zusammensetzung umfasst etwa 1,0 % Kohlenstoff und 1,5 % Chrom, die erheblich zu seiner Härte und Verschleißfestigkeit beitragen. Das Vorhandensein von Chrom verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit, sondern erhöht auch die Fähigkeit des Stahls, hohen Temperaturen standzuhalten.

Die bedeutendsten Eigenschaften von SUJ2-Stahl umfassen:

• Hohe Härte: Erreichbare Härteniveaus können nach geeigneter Wärmebehandlung bis zu 64 HRC betragen.
• Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit: Die Kombination aus hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt bietet außergewöhnliche Verschleißfestigkeit, was ihn für Hochlastanwendungen geeignet macht.
• Gute Ermüdungsfestigkeit: SUJ2 weist eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf, die für Komponenten, die zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, entscheidend ist.

Vorteile:
- Überlegene Verschleißfestigkeit und Härte.
- Gute dimensionsstabilität während der Wärmebehandlung.
- Hohe Ermüdungsfestigkeit, was ihn für dynamische Anwendungen geeignet macht.

Beschränkungen:
- Eingeschränkte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen.
- Schwer zu bearbeiten aufgrund der hohen Härte.
- Erfordert sorgfältige Wärmebehandlung, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Historisch gesehen wurde SUJ2 in der Automobil- und Aerospace-Industrie für Komponenten wie Lager, Zahnräder und Wellen weit verbreitet eingesetzt. Seine Marktstellung bleibt stark aufgrund seiner Zuverlässigkeit und Leistung in kritischen Anwendungen.

Alternativenamen, Standards und Äquivalente

Normierungsorganisation	Bezeichnung/Typ	Land/Region des Ursprungs	Bemerkungen/Anmerkungen
UNS	G52100	USA	Nächster Äquivalent zu SUJ2
AISI/SAE	52100	USA	Geringfügige zusammensetzende Unterschiede
ASTM	A295	USA	Spezifikation für Wälzlagerstähle
EN	100Cr6	Europa	Ähnliche Eigenschaften, oft austauschbar verwendet
DIN	100Cr6	Deutschland	Entspricht SUJ2 mit leichten Variationen
JIS	SUJ2	Japan	Standardbezeichnung für Wälzlagerstahl
GB	GCr15	China	Vergleichbare Klasse mit ähnlichen Anwendungen
ISO	100Cr6	International	Globale Standardäquivalent

Die Unterschiede zwischen diesen Klassen können die Leistung in spezifischen Anwendungen beeinflussen. Während G52100 und SUJ2 oft als äquivalent angesehen werden, können Variationen in den Wärmebehandlungsprozessen zu Unterschieden in Härte und Verschleißfestigkeit führen.

Schlüsseleigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,95 - 1,05
Cr (Chrom)	1,30 - 1,65
Mn (Mangan)	0,30 - 0,50
Si (Silizium)	0,15 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,025
S (Schwefel)	≤ 0,025

Die Hauptrolle der Schlüssellegierungselemente im SUJ2-Stahl umfasst:

• Kohlenstoff (C): Erhöht die Härte und Festigkeit durch die Bildung von Karbiden während der Wärmebehandlung.
• Chrom (Cr): Verbessert die Verschleißfestigkeit und erhöht die Härtbarkeit, wodurch eine tiefere Härtung während der Wärmebehandlung ermöglicht wird.
• Mangan (Mn): Verbessert die Zähigkeit und hilft, den Stahl während der Produktion zu deoxidieren.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethode
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Angelassen	1.700 - 2.100 MPa	247 - 304 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Abgeschreckt & Angelassen	1.500 - 1.800 MPa	218 - 261 ksi	ASTM E8
Elongation	Abgeschreckt & Angelassen	10 - 12 %	10 - 12 %	ASTM E8
Härte (HRC)	Abgeschreckt & Angelassen	58 - 64 HRC	58 - 64 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	Raumtemperatur	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht SUJ2-Stahl geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern, wie Lager und Zahnräder, wo Ermüdung und Verschleiß kritische Überlegungen sind.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch - SI-Einheiten)	Wert (imperiale Einheiten)
Dichte	Raumtemperatur	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1.450 - 1.500 °C	2.642 - 2.732 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	25 W/m·K	14,5 BTU·in/(h·ft²·°F)
Spezifische Wärmecapacität	Raumtemperatur	0,46 J/g·K	0,11 BTU/lb·°F
Wärmeausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	11,5 x 10⁻⁶ /°C	6,36 x 10⁻⁶ /°F

Die praktische Bedeutung der physikalischen Eigenschaften von SUJ2 umfasst:

• Dichte: Beeinflusst das Gewicht und die Balance von Komponenten, was in Anwendungen wie Automobil- und Aerospace entscheidend ist.
• Wärmeleitfähigkeit: Wichtig für die Wärmeableitung in Hochgeschwindigkeitslagern.
• Wärmeausdehnungskoeffizient: Beeinflusst die dimensionsstabilität unter wechselnden Temperaturbedingungen, kritisch für Präzisionsanwendungen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsmittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Bemerkungen
Wasser	-	Umgebung	Ausreichend	Empfindlich gegenüber Rost
Säuren	Gering	Umgebung	Schlecht	Risiko von Lochfraß
Chloride	Hoch	Umgebung	Schlecht	Risiko von Spannungsrisskorrosion
Alkalische Lösungen	Gering	Umgebung	Ausreichend	Moderater Widerstand

SUJ2-Stahl weist eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in sauren und chloridreichen Umgebungen. Er ist anfällig für Rostbildung bei Feuchtigkeit, was schützende Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen für Außenanwendungen notwendig macht. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie AISI 440C, die überlegene Korrosionsbeständigkeit bieten, ist SUJ2 weniger geeignet für Umgebungen, in denen Korrosion ein erhebliches Problem darstellt.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	200	392	Geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	250	482	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	300	572	Risiko der Oxidation über dieser Temperatur
Berücksichtigung der Kriechfestigkeit	400	752	Beginnt bei erhöhten Temperaturen zu degradieren

Bei erhöhten Temperaturen erhält SUJ2-Stahl seine Härte und Festigkeit bis zu einem bestimmten Limit, darüber kann es zu Oxidation und Verlust der mechanischen Eigenschaften kommen. Dies macht ihn geeignet für Anwendungen, bei denen Komponenten intermittierend hohen Temperaturen ausgesetzt sein können, aber nicht kontinuierlich.

Bearbeitbarkeitseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlener Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Füllmaterial	Bemerkungen
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Vorgeschwärztes empfohlen
TIG	ER80S-D2	Argon	Benötigt Nachwärmebehandlung
SMAW	E7018	-	Nicht empfohlen für dicke Abschnitte

SUJ2-Stahl wird aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts im Allgemeinen nicht zum Schweißen empfohlen, da dies zu Rissen führen kann. Vorwärmen und Nachwärmebehandlung sind entscheidend, um diese Risiken zu minimieren. Die Wahl des Füllmetalls ist entscheidend, um die Verträglichkeit sicherzustellen und die mechanischen Eigenschaften beizubehalten.

Zerspanbarkeit

Bearbeitungsparameter	SUJ2-Stahl	AISI 1212	Bemerkungen/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60	100	SUJ2 ist schwieriger zu bearbeiten
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	60 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse

Die Bearbeitung von SUJ2-Stahl kann aufgrund seiner Härte herausfordernd sein. Optimale Bedingungen umfassen die Verwendung von Schnellarbeitsstahl oder Hartmetallwerkzeugen und die Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Kühlung, um Werkzeugverschleiß zu vermeiden.

Formbarkeit

SUJ2-Stahl zeigt aufgrund seiner hohen Härte und Festigkeit eine eingeschränkte Formbarkeit. Das Kaltformen ist möglich, kann jedoch zu Arbeitsverhärtung führen, was eine sorgfältige Kontrolle der Biegeradien und des Formprozesses erfordert. Warmformen ist machbarer, erfordert jedoch eine präzise Temperaturkontrolle, um die Eigenschaften nicht zu degradieren.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlungsmethode	Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Anlassen	700 - 800 / 1.292 - 1.472	1 - 2 Stunden	Luft oder Ofen	Härte reduzieren, Zerspanbarkeit verbessern
Abschrecken	800 - 850 / 1.472 - 1.562	30 Minuten	Öl oder Wasser	Hohe Härte erreichen
Anlassen	150 - 200 / 302 - 392	1 Stunde	Luft	Brittle reduzieren, Zähigkeit verbessern

Während der Wärmebehandlung durchläuft SUJ2 erhebliche metallurgische Transformationen. Abschrecken verwandelt die Mikrostruktur in Martensit, was hohe Härte bietet, während Anlassen die Sprödigkeit reduziert und die Zähigkeit erhöht, was den Stahl für dynamische Anwendungen geeignet macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Schlüsselliegierungseigenschaften für diese Anwendung	Grund für die Auswahl
Automobil	Radlager	Hohe Härte, Verschleißfestigkeit	Wesentlich für die Haltbarkeit unter Last
Aerospace	Motorentteile	Ermüdungsfestigkeit, dimensionsstabilität	Kritisch für Sicherheit und Leistung
Industrie	Zahnstangen	Hohe Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit	Notwendig für Zuverlässigkeit in Maschinen

Weitere Anwendungen umfassen:

• Präzisionsinstrumente
• Hochgeschwindigkeits-Spindeln
• Rollenlager

SUJ2 wird für diese Anwendungen aufgrund seiner überlegenen Härte und Verschleißfestigkeit gewählt, die für Komponenten, die hohen Stress und Ermüdung ausgesetzt sind, entscheidend sind.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	SUJ2-Stahl	AISI 440C	D2 Werkzeugstahl	Kurz Notiz für Pro/Contra oder Trade-off
Schlüsselmechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit	Hohe Verschleißfestigkeit	SUJ2 ist weniger korrosionsbeständig
Schlüsselaspekt der Korrosion	Ausreichend	Ausgezeichnet	Ausreichend	SUJ2 erfordert schützende Beschichtungen
Schweißbarkeit	Schlecht	Ausreichend	Schlecht	Alle Klassen erfordern sorgfältige Handhabung
Zerspanbarkeit	Herausfordernd	Moderat	Moderat	SUJ2 ist schwieriger zu bearbeiten
Formbarkeit	Eingeschränkt	Gut	Eingeschränkt	SUJ2 ist weniger formbar
Ungefähre relativer Kosten	Moderat	Höher	Moderat	Kosten variieren je nach Marktnachfrage
Typische Verfügbarkeit	Üblich	Üblich	Weniger häufig	SUJ2 ist weit verbreitet

Bei der Auswahl von SUJ2-Stahl sind Überlegungen zu seinen mechanischen Eigenschaften, Kosten-Nutzen-Verhältnis und Verfügbarkeit wichtig. Während er in Härte und Verschleißfestigkeit überragt, müssen seine Einschränkungen in der Korrosionsbeständigkeit und Zerspanbarkeit gegen die spezifischen Anwendungsanforderungen abgewogen werden. Zudem erfordern Sicherheitsüberlegungen in hochbelasteten Umgebungen eine sorgfältige Evaluierung seiner Leistungsmerkmale.