Vergütungsstähle

02Wann ein Vergütungsstahl die richtige Wahl ist

Ein Vergütungsstahl ist dann die richtige Wahl, wenn das Bauteil Festigkeit und Zähigkeit über den gesamten Querschnitt und nicht nur an der Oberfläche bieten muss und dabei unter statischer oder zyklischer Last arbeitet. Das gilt für Antriebswellen, Bolzen, Zuganker, Zahnräder und Maschinenbauteile. Verlangt die Anwendung dagegen eine hohe Randhärte bei zähem Kern - der typische Fall stark verschleißender Zahnräder -, fällt die Wahl auf die Einsatzstähle. Welche Sorte innerhalb der Familie gewählt wird, hängt anschließend vom Querschnitt des Teils, von der Höhe der Beanspruchung und vom Kosten-Leistungs-Verhältnis ab; diese Kriterien werden weiter unten aufgegriffen.

03Die Vergütungsstähle im Katalog: So finden Sie die passende Sorte

Die drei wichtigsten Sorten im Lieferprogramm von Siderticino decken steigende Anforderungen an Härtbarkeit und Zähigkeit ab. Kurz gefasst verläuft die Wahl so: vom unlegierten Stahl für kleine Querschnitte über den Cr-Mo-legierten für Festigkeit an großen Querschnitten bis zum Ni-Cr-Mo-legierten, wenn hohe Zähigkeit gefordert ist.

3.1C45: unlegierter Stahl

Der C45 (EN ISO 683-1:2018 (früher EN 10083-2)) ist der unlegierte Vergütungsstahl erster Wahl. Er bietet das beste Verhältnis aus Zerspanbarkeit, Verfügbarkeit und Kosten, seine Härtbarkeit bleibt jedoch mäßig: Die Eigenschaften des vergüteten Zustands stellen sich nur an kleinen Querschnitten zuverlässig ein, während an dicken Querschnitten die Festigkeit im Kern abfällt. Für Bauteile des allgemeinen Maschinenbaus mit kleinen bis mittleren Querschnitten, an deren Kern keine hohen Anforderungen gestellt werden, ist er die richtige Wahl.

3.242CrMo4: Cr-Mo-legierter Stahl

Der 42CrMo4 (Werkstoffnummer 1.7225, EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3)) ist der meistverwendete legierte Vergütungsstahl, weil er Leistung und Kosten ausgewogen verbindet. Chrom und Molybdän erhöhen seine Härtbarkeit gegenüber dem C45 deutlich: Auch große Querschnitte lassen sich wirksam vergüten und behalten eine gute Festigkeit im Kern. Für Wellen, Zahnräder und hoch beanspruchte Bauteile mittlerer und großer Querschnitte ist er der Standard.

3.339NiCrMo3: Ni-Cr-Mo-legierter Stahl

Der 39NiCrMo3 (Werkstoffnummer 1.6510, EN 10083-3:2006 (zurückgezogen)) ergänzt die Cr-Mo-Basis um Nickel: Daraus folgt eine höhere Zähigkeit, die Bauteilen unter dynamischer und schwingender Beanspruchung zugutekommt, bei denen neben der statischen Festigkeit auch der Widerstand gegen Stoßbeanspruchung zählt. Gegenüber dem 42CrMo4 stellt er die Zähigkeit voran: An großen Querschnitten sichert er höhere Werte für Streckgrenze und Kerbschlagarbeit, während der 42CrMo4 bei der Zugfestigkeit vorn bleibt. Für Anwendungen mit höheren Anforderungen greift man zu stärker legierten Sorten (z. B. 34CrNiMo6).

04Vergleichstabelle für die Auswahl

Der folgende Vergleich der drei Sorten im Katalog ist qualitativ und auf die Entscheidung hin angelegt. Chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften nach Abmessungsbereich und Jominy-Härtbarkeit stehen in den jeweiligen Werkstoffdatenblättern.

05Auswahlkriterien: Querschnitt, Beanspruchung, Kosten

Die Wahl der Sorte hängt von wenigen entscheidenden Faktoren ab. Der erste ist der Querschnitt des Bauteils: Unlegierte Stähle wie C45 schöpfen ihre Härtbarkeit schon an kleinen Querschnitten aus, während die Cr-Mo- und Ni-Cr-Mo-legierten Sorten die Eigenschaften im Kern über zunehmend größere Querschnitte halten. Die Art der Beanspruchung entscheidet zwischen Festigkeit und Zähigkeit: Bei überwiegend statischen Lasten genügt in der Regel der 42CrMo4, bei dynamischen und schwingenden Lasten bietet der 39NiCrMo3 die größere Reserve an Zähigkeit. Das Kosten-Leistungs-Verhältnis schließt die Wahl ab: Man nimmt die am wenigsten legierte Sorte, die die Anforderungen noch erfüllt, und geht nur dann zu einem höheren Legierungsgehalt über, wenn Querschnitt oder Beanspruchung es verlangen. Für die Auslegung der Halbzeuge steht das Werkzeug Stabgewicht berechnen zur Verfügung.

06Typische Anwendungen

Vergütungsstähle sind in der Antriebstechnik und im allgemeinen Maschinenbau weit verbreitet: Antriebs- und Kurbelwellen, Zahnräder, Achswellen, Bolzen, Pleuel, Spindeln, Zuganker und Bauteile unter Biege- und Torsionsbeanspruchung. Anwendung finden sie im Automobilbau, im Industrie- und Schwermaschinenbau, in Erdbaumaschinen und in der Hydraulik (Kolbenstangen, Kolben). Bei Bauteilen mit höheren Anforderungen an die Tragfähigkeit oder bei Einsätzen in regulierten Branchen ist die Auswahl stets gegen die konkreten Betriebsanforderungen zu prüfen; diese können Sorten mit höherem Legierungsgehalt verlangen, als sie diese Familie bietet.

07Lieferzustände, Normen und Prüfbescheinigungen

Siderticino liefert die Vergütungsstähle als Rund-, Vierkant- und Flachstahl sowie als Blech, in den Ausführungen geschmiedet, warmgewalzt, kaltgezogen, geschält und geschliffen und in den Lieferzuständen normalgeglüht (+N), geglüht (+A) und vergütet (+QT). Bezugsnormen sind EN ISO 683-1:2018 (früher EN 10083-2) für die unlegierten und EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3) für die legierten warmgewalzten Erzeugnisse sowie EN ISO 683-7:2024 (früher EN 10277:2018) für Blankstahlerzeugnisse. Die Prüfbescheinigungen richten sich nach EN 10204: Werksbescheinigung 2.1, auf Anfrage Abnahmeprüfzeugnis 3.1. Über die Lieferung hinaus stehen Zuschnitt nach Maß und Wärmebehandlung zur Verfügung. Für ein Angebot genügt es, unter Angabe von Sorte, Format und Menge ein Angebot anzufordern.

08Häufige Fragen zu Vergütungsstählen

8.1Worin unterscheiden sich Vergütungsstähle und Einsatzstähle?

Vergütungsstähle haben einen mittleren Kohlenstoffgehalt und bilden durch Härten und Anlassen über den gesamten Querschnitt gleichmäßige mechanische Eigenschaften aus. Einsatzstähle sind kohlenstoffarm; vor dem Härten wird ihre Randschicht mit Kohlenstoff angereichert, sodass eine harte Oberflächenschicht über einem zähen Kern entsteht. Welcher Weg richtig ist, entscheidet die Art der Beanspruchung: Festigkeit im gesamten Volumen bei den einen, Randhärte mit zähem Kern bei den anderen.

8.2C45, 42CrMo4 oder 39NiCrMo3: Welche Sorte wählen?

Kurz gefasst: C45 für allgemeine Bauteile mit kleinem Querschnitt, wenn die Kosten zählen; 42CrMo4, wenn an kleinen und mittleren Querschnitten die höchste Festigkeit gefordert ist; 39NiCrMo3, wenn an großen Querschnitten Festigkeit im Kern oder für dynamische und schwingende Lasten eine höhere Zähigkeit gebraucht wird. Zu prüfen ist die Wahl immer am tatsächlichen Querschnitt des Teils und am Lieferzustand.

8.3Wie wirkt sich der Querschnitt des Bauteils auf die Wahl der Sorte aus?

Mit wachsendem Querschnitt sinkt beim Härten die Abkühlgeschwindigkeit im Kern, und die Eigenschaften, die das Vergüten dort erzeugt, fallen ab. Unlegierte Stähle wie C45 reichen deshalb nur für kleine Querschnitte. Für größere Querschnitte sind legierte Sorten (Cr-Mo oder Ni-Cr-Mo) erforderlich, deren Härtbarkeit auch im Kern gleichmäßiges Gefüge und gleichmäßige Eigenschaften sichert; das ist der wesentliche Grund, warum man zu höheren Legierungsgehalten übergeht.

8.4In welchen Lieferzuständen sind sie lieferbar?

Vergütungsstähle werden in der Regel im Lieferzustand vergütet (+QT) und damit einsatzbereit geliefert, daneben normalgeglüht (+N) oder geglüht (+A), wenn die Zerspanbarkeit im Vordergrund steht oder eine spätere Wärmebehandlung vorbereitet werden soll. Welcher Zustand der richtige ist, ergibt sich aus den vorgesehenen Bearbeitungen und lässt sich bei der Angebotsanfrage vereinbaren.

8.5Welche Bescheinigungen begleiten das Material?

Jede Lieferung wird von der Werksbescheinigung EN 10204 2.1 begleitet, auf Anfrage zusätzlich vom Abnahmeprüfzeugnis 3.1 mit Rückverfolgbarkeit von chemischer Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften der Charge. Dieses Zeugnis wird in Aufträgen gefordert, die vollständige Rückverfolgbarkeit verlangen.