42CrMo4: Technische Daten Stahl

01Stahl 42CrMo4: Merkmale und wesentliche Eigenschaften

Der Stahl 42CrMo4 (Werkstoffnummer 1.7225) ist ein Chrom-Molybdän-legierter Vergütungsstahl nach EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3) und entspricht näherungsweise dem AISI/SAE 4140. Er zählt zu den meistverwendeten Werkstoffen für schwing- und torsionsbeanspruchte Bauteile im Maschinenbau - dank der hohen Härtbarkeit, die Chrom und Molybdän bewirken, der hohen mechanischen Eigenschaften im vergüteten Zustand und der guten Zerspanbarkeit auf Werkzeugmaschinen. Diese Kombination macht ihn zur ersten Wahl, sobald ein unlegierter Stahl wie C45 die geforderten Querschnitte nicht mehr ausreichend durchhärtet.

Die in EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3) festgelegte Zusammensetzung sieht 0,38-0,45 % Kohlenstoff, 0,90-1,20 % Chrom und 0,15-0,30 % Molybdän vor; das Molybdän senkt zudem die Neigung zur Anlassversprödung. Im vergüteten Zustand (+QT) erreicht 42CrMo4 je nach Durchmesser Zugfestigkeiten zwischen etwa 800 und 1300 MPa bei Härten von in der Regel 280-320 HBW. Geliefert wird überwiegend im vergüteten Zustand, daneben geglüht oder warmgewalzt für die anschließende Bearbeitung.

Typische Anwendungen reichen von Antriebswellen, Zahnrädern, Bolzen und Pleueln im Automobilbau und im Schwermaschinenbau bis zu Bauteilen für Oil&Gas und zu Betriebsmitteln unter hoher dynamischer Beanspruchung.

02Chemische Zusammensetzung von Stahl 42CrMo4

Die chemische Zusammensetzung des 42CrMo4 ist in EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3) festgelegt und bildet die Grundlage der Eigenschaften, die sich durch Vergüten erreichen lassen. Der Kohlenstoff (0,38-0,45 %) bestimmt die nach dem Härten erreichbare Härte, das Chrom (0,90-1,20 %) erhöht die Härtbarkeit und begünstigt die Bildung stabiler Carbide, das Molybdän (0,15-0,30 %) verbessert die Anlassbeständigkeit und wirkt der Anlassversprödung entgegen - bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ein entscheidender Punkt. Mangan (0,60-0,90 %) und Silicium (≤0,40 %) vervollständigen die Desoxidation und tragen zu Härtbarkeit und Kornfeinung bei.

Die Gehalte an Phosphor (≤0,025 %) und Schwefel (≤0,035 %) sind niedrig gehalten, um Versprödung zu begrenzen und die Zerspanbarkeit zu sichern. Die Variante mit verbesserter Zerspanbarkeit, 42CrMoS4 (Werkstoffnummer 1.7227), weist einen gezielt eingestellten Schwefelgehalt von 0,020-0,040 % auf, während die übrige Zusammensetzung unverändert bleibt. Auf Anfrage ist die Lieferung mit Calciumbehandlung zur Kontrolle der Einschlüsse möglich, was der Zähigkeit und der Schwingfestigkeit in Querrichtung zugutekommt.

03Mechanische Eigenschaften von Stahl 42CrMo4

Die mechanischen Eigenschaften des 42CrMo4 hängen vom Lieferzustand ab und im vergüteten Zustand (+QT) zusätzlich vom maßgebenden Durchmesser des Bauteils; dank der Härtbarkeit bleiben die Werte auch an mittleren und großen Querschnitten hoch. EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3) schreibt die nachstehenden Werte nach Abmessungsbereich vor: Die Dehngrenze Rp0,2 fällt von etwa 900 MPa bei kleinen Querschnitten auf etwa 550 MPa bei Durchmessern von 100-160 mm.

Die Härte im vergüteten Zustand liegt in der Regel zwischen 280 und 320 HBW, was etwa 29-34 HRC entspricht. Die Bruchdehnung steigt von 10 % bei kleinen Querschnitten auf 13-14 % bei größeren Durchmessern und belegt eine gute Duktilität trotz der hohen Festigkeit. Die Kerbschlagarbeit KV bleibt über die meisten Querschnitte in der Größenordnung von 35 J - eine wichtige Anforderung für Bauteile unter dynamischer und schlagartiger Beanspruchung. Der Elastizitätsmodul beträgt rund 210 GPa, die Dauerfestigkeit bei Umlaufbiegung liegt bei etwa 370 MPa. Für den kleinsten Abmessungsbereich ist keine Kerbschlagarbeit vorgeschrieben: ISO 683-2, Tabelle 8, lässt das Feld KV bei d ≤ 16 mm für alle Sorten der Norm leer.

04Physikalische Eigenschaften von Stahl 42CrMo4

Die physikalischen Eigenschaften des 42CrMo4 entsprechen denen der legierten Vergütungsstähle und gehen in die thermomechanische Auslegung der Bauteile ein. Die Dichte liegt bei rund 7,85 g/cm³, der Elastizitätsmodul (E-Modul) bei Raumtemperatur bei rund 210 GPa; mit steigender Temperatur nimmt er leicht ab (etwa 205 GPa bei 100 °C). Für die Poissonzahl gelten 0,27-0,30.

Die spezifische Wärmekapazität (460-470 J/(kg·K)) und die Wärmeleitfähigkeit (42,6-46 W/(m·K)) sind nützliche Größen für die Berechnung der Wärmebehandlungszyklen. Der Längenausdehnungskoeffizient - rund 12,2 μm/(m·K) im Bereich 20-100 °C - ist bei der Berechnung der Toleranzen an Bauteilen unter Temperaturwechseln zu berücksichtigen. Der spezifische elektrische Widerstand liegt in der Größenordnung von 0,2 Ω·mm²/m. Diese Werte sind physikalische Eigenschaften des Werkstoffs und keine normativen Anforderungen aus EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3).

05Wärmebehandlungen von Stahl 42CrMo4

Die maßgebliche Behandlung des 42CrMo4 ist das Vergüten, also Härten mit anschließendem Anlassen. Gehärtet wird aus einer Austenitisierungstemperatur von etwa 840-870 °C, abgeschreckt wird in Öl; Wasser bleibt den größeren Querschnitten vorbehalten, in denen Öl die nötige Abschreckwirkung nicht erreicht. Für komplexe Geometrien und rissempfindliche Teile ist Öl vorzuziehen, weil es Eigenspannungen und Rissgefahr begrenzt; Wasser steigert zwar die Abschreckwirkung, erhöht aber das Risiko von Verzug und Rissen.

Angelassen wird zwischen 540 und 680 °C; mit der Anlasstemperatur wird das Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit eingestellt: Niedrigere Temperaturen begünstigen die Zugfestigkeit, höhere die Zähigkeit und die Kerbschlagzähigkeit. Im nur gehärteten Zustand (martensitisch, vor dem Anlassen) erreicht die Härte etwa 55-58 HRC, passend zu einem Kohlenstoffgehalt von ~0,42 %. Unter den vorbereitenden Behandlungen verfeinert das Normalglühen (840-880 °C, Abkühlung an Luft) das Gefüge, während Weichglühen (680-720 °C) und Glühen auf kugelige Carbide (740-770 °C) die Härte senken und so die Zerspanung erleichtern.

Auf 42CrMo4 lassen sich außerdem Randschichtverfahren anwenden: Das Induktionshärten bringt die Oberfläche über 53 HRC, während der vergütete Kern zäh bleibt; das Nitrieren ist an Wellen und Zahnrädern verbreitet, um Oberflächenhärte sowie Verschleiß- und Schwingfestigkeit zu erhöhen.

06Industrielle Anwendungen von Stahl 42CrMo4

42CrMo4 kommt überall dort zum Einsatz, wo Festigkeit, Zähigkeit und Härtbarkeit an mittleren bis großen Querschnitten gefragt sind. Im Automobilbau und bei Nutzfahrzeugen sind es Achswellen, Antriebswellen, Zahnräder, Bolzen und Spurstangen, bei denen Schwingfestigkeit und Zähigkeit zählen. Im Schwermaschinenbau wird er für Zahnräder (vergütet und nitriert), Pleuel, Spindeln und Hydraulikzylinder verwendet, wo sich gute Zerspanbarkeit und hohe Härtbarkeit ergänzen.

Im Bereich Oil&Gas wird er für Bohrgestänge und Anlagenbauteile eingesetzt, wo Verschleißfestigkeit und Zähigkeit unter rauen Bedingungen gefragt sind. Hinzu kommen die Bahntechnik (Achsen und Bauteile der Federung) sowie Strukturbauteile, die Festigkeit und Zähigkeit verlangen. Für die kritischsten Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, etwa hochfeste Fahrwerke, greift man in der Regel zu Sorten mit höherer Zähigkeit und Festigkeit (z. B. 34CrNiMo6, 4340/300M), während 42CrMo4 die weniger beanspruchten Bauteile abdeckt. Diese Vielseitigkeit beruht darauf, dass sich Oberflächenhärte und Kernzähigkeit über die Wärmebehandlung einstellen lassen.

07Häufige Fragen zu Stahl 42CrMo4

7.1Was ist der Unterschied zwischen 42CrMo4 und 4140?

42CrMo4 (EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3), 1.7225) und AISI/SAE 4140 (ASTM A29) liegen sehr nahe beieinander und gelten als ungefähre Entsprechungen. Der wesentliche Unterschied betrifft das Mangan: 0,60-0,90 % beim 42CrMo4 gegenüber 0,75-1,00 % beim 4140. Kohlenstoff, Chrom und Molybdän decken sich praktisch, sodass Festigkeit und Härtbarkeit vergleichbar ausfallen. Beide bleiben jedoch Sorten unterschiedlicher Normen: Die Entsprechung ist ein Anhaltspunkt, keine Identität.

7.2Welche Lieferzustände sind Standard?

42CrMo4 wird überwiegend vergütet (+QT) geliefert, einsatzbereit für belastete Bauteile. Auf Anfrage liefern wir ihn auch geglüht, wenn die Anwendung geringe Härte und beste Zerspanbarkeit verlangt, sowie warmgewalzt bzw. unbehandelt, wenn vor der Bearbeitung keine besonderen Härteanforderungen bestehen.

7.3Wie lässt sich die Zerspanbarkeit verbessern?

Die Zerspanbarkeit lässt sich durch Glühen verbessern: Weichglühen bei 680-720 °C bringt die Härte unter 241 HBW, Glühen auf kugelige Carbide bei 740-770 °C sogar unter 200 HBW. Die Variante 42CrMoS4 (Schwefel 0,020-0,040 %) lässt sich bei sonst gleichen Eigenschaften besser zerspanen.

7.4Welche internationalen Entsprechungen gibt es?

Neben AISI/SAE 4140 gelten das 42CrMo nach GB/T 3077 (China) und der JIS SCM440 (Japan) als ungefähre Entsprechungen; beim JIS SCM440 weichen die Gehalte an Mangan und Silicium leicht ab. Solche Gegenüberstellungen sind ein Anhaltspunkt für die Beschaffung, keine vollständige Übereinstimmung zwischen den Normen.

7.5Wann ist 42CrMo4 gegenüber anderen Sorten die richtige Wahl?

42CrMo4 ist die übliche Wahl, wenn Festigkeit (Rm ~900-1300 MPa je nach Querschnitt), Zähigkeit (KV ≥35 J) und Härtbarkeit an mittleren bis großen Querschnitten zusammenkommen müssen - eine Kombination, die ein unlegierter Stahl wie C45 nicht erreicht. Sind noch höhere Härtbarkeit oder Zähigkeit an noch größeren Querschnitten gefordert, kommen Nickel-Chrom-Molybdän-legierte Sorten wie 39NiCrMo3 oder 34CrNiMo6 in Betracht.

08Stahl 42CrMo4 von Siderticino

Siderticino liefert Stahl 42CrMo4 in zertifizierter Qualität nach EN ISO 683-2:2018 (früher EN 10083-3), mit Rückverfolgbarkeit des Materials und Prüfbescheinigungen nach EN 10204 (Typ 2.1 standardmäßig, Typ 3.1 auf Anfrage). Das Programm umfasst Rundstahl und Blechzuschnitte, überwiegend im vergüteten Zustand, mit Zuschnitt nach Maß und Wärmebehandlungen über qualifizierte Partner.

Verfügbare Formate, Ausführungen, Lieferzustände und die Angebotsanfrage finden Sie auf der Produktseite: Produkte aus Stahl 42CrMo4. Zu verwandten Sorten siehe die Werkstoffdatenblätter zu 39NiCrMo3 und C45; zur Kategorie Vergütungsstähle. Um das Gewicht der Halbzeuge abzuschätzen, steht das Werkzeug Stabgewicht berechnen zur Verfügung.

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