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Werkstoffbezeichnung
Werkstoffbezeichnung

Klassifizierung und Identifikation von Werkstoffen

Werkstoffbezeichnung

Klassifizierung und Identifikation von Werkstoffen

Werkstoffbezeichnung

Verstehen der Werkstoffbezeichnung und Stahl Bezeichnung

Die Werkstoffbezeichnung ist eine systematische und standardisierte Methode, um die spezifischen Eigenschaften eines Werkstoffs zu identifizieren. Dies ist besonders wichtig in der Metallindustrie, wo es eine Vielzahl von Materialien gibt, die sich in Zusammensetzung und Eigenschaften stark unterscheiden können.

Eine Werkstoffbezeichnung für Stahl, beispielsweise, gibt Auskunft über die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften und oft auch über die Wärmebehandlung des Stahls. Hier ist ein kurzer Überblick, wie eine Werkstoffbezeichnung aufgebaut ist:

  1. Werkstoffnummer: Die Werkstoffnummer ist eine vier- bis sechsstellige Zahl, die in der DIN EN 10027-2 genormt ist. Sie ist eindeutig und ermöglicht eine weltweit einheitliche Identifizierung des Werkstoffs.
  2. Werkstoffgruppe: Die ersten Ziffern der Werkstoffnummer geben Aufschluss über die Werkstoffgruppe. So stehen beispielsweise die Ziffern 1.4 für nichtrostende Stähle.
  3. Chemische Zusammensetzung: Die nachfolgenden Ziffern geben Auskunft über die chemische Zusammensetzung des Stahls. Sie können beispielsweise den Kohlenstoffgehalt oder das Vorhandensein bestimmter Legierungselemente anzeigen.
  4. Zustandssymbole: Eventuell angehängte Buchstaben können Informationen über die Wärmebehandlung (z.B. "H" für gehärtet) oder die mechanischen Eigenschaften (z.B. "Q" für vergütet) des Stahls geben.

Ein Beispiel für eine solche Bezeichnung ist "1.4301". Hier steht die "1" für Eisenbasislegierungen, die ".4" für nichtrostende Stähle und die "301" für die spezifische chemische Zusammensetzung dieses Stahls, in diesem Fall eine bestimmte Art von rostfreiem Stahl (auch bekannt als "Edelstahl").

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Werkstoffbezeichnung nur einen Überblick über die grundlegenden Eigenschaften des Stahls gibt. Für detailliertere Informationen, wie z.B. genaue Werte für Zugfestigkeit, Dehnung oder Härte, sollte man auf das Werkstoffdatenblatt des Herstellers zurückgreifen.

Die Kenntnis der Werkstoffbezeichnung ist ein wesentliches Werkzeug für Ingenieure, Techniker und alle, die mit der Auswahl und Verarbeitung von Stahl und anderen Metallen zu tun haben. Es ermöglicht eine genaue Identifizierung des Materials und hilft, die beste Wahl für eine bestimmte Anwendung zu treffen.

Werkstoffbezeichnung und Stahl Bezeichnung

Für eine Vielzahl der heute bekannten Werkstoffe (speziell auch für die Eisen- und Nichteisenwerkstoffe) ist eine eindeutige Bezeichnung festgelegt worden (vgl. DIN EN 10027-2).

Aufbau der Werkstoffnummer
Werkstoffhauptgruppen
Nummer Bezeichnung
0 Roheisen, Ferrolegierungen, Gusseisen
1 Stahl, Stahlguss
2 Schwermetalle
3 Leichtmetalle
4-8 Nichtmetallische Werkstoffe
9 Frei
Sortennummer
Stelle Bezeichnung
2 und 3 Sortenklasse (z.B. Chemisch beständige Stähle)
4 und 5 Zählnummer
Stahlgewinnungsverfahren
Stelle 6 Stahlgewinnungsverfahren
0 unbestimmt, ohne Bedeutung
1 unberuhigter Thomasstahl
2 beruhigter Thomasstahl
3 sonstige Erschmelzungsart - unberuhigt
4 sonstige Erschmelzungsart - beruhigt
5 unberuhigter Siemens-Martin-Stahl
6 beruhigter Siemens-Martin-Stahl
7 unberuhigter Sauerstoffaufblas-Stahl
8 beruhigter Sauerstoffaufblas-Stahl
9 Elektrostahl
Behandlungszustand
Stelle 7 Behandlungszustand
0 keine oder beliebige Behandlung
1 normalgeglüht
2 weichgeglüht
3 wärmebehandelt auf gute Zerspanbarkeit
4 zähvergütet
5 vergütet
6 hartvergütet
7 kaltvergütet
8 federhart kaltverfestigt
9 behandelt nach besonderen Vorgaben
Quelle:
DIN EN 10027-2 - Bezeichnungssysteme für Stähle; Teil 2: Nummernsystem
Werkstoffkombinationen

Mutter
Schraube
50 70 KB YK YB KG GA GB GC V VH VW S SD SB
50 O - - - - - - - - - - - - - -
70 O O - - - - - - - - - - - - -
80 X X - - - - - - - - - - - - -
KB - - X - - - - - - - - - - - -
Y - - - O O O - - - - - - - - -
YK - - - X X X - - - - - - - - -
YB - - - O O O - - - - - - - - -
KG - - - - - O X - - - - - - - -
GA - - - - - X X X X - - - - - -
GB - - - - - - O O O - - - - - -
GC - - - - - - O O O - - - - - -
V - - - - - - - - - O O O - - -
VH - - - - - - - - - O O O - - -
VW - - - - - - - - - O O O - - -
S - - - - - - - - - - - - O - -
SD - - - - - - - - - - - - - O -
SB - - - - - - - - - - - - - - O
X Vorzugskombination
O zulässige Kombination
- nicht empfohlen
 
Quelle:
DIN 267-13 - Mechanische Verbindungselemente - Technische Lieferbedingungen - Teil 13: Teile für Schraubenverbindungen mit besonderen mechanischen Eigenschaften zum Einsatz bei Temperaturen von -200 °C bis +700 °C

Festfressen rostfreier Verbindungselemente

Das "Festfressen" von rostfreien Verbindungselementen zwischen Schraube und Mutter kann unterschiedliche Ursachen haben:

1. Oberflächenfehler im Gewinde
Verursacht werden diese in der Regel beim Rollen von Gewinden auf bereits kaltverfestigten Oberflächen. Sie sind gekennzeichnet durch eine angerissene, zerklüftete und schuppige Oberfläche in den Gewindeflanken. Durch diese Oberflächenfehler erhöht sich die Oberfläche und damit die Angriffsfläche für korrosive Einflüsse.

2. Falsche Werkzeugauswahl
Unter Umständen können die eingesetzten Werkzeuge für die Verarbeitung des Werkstoffes nicht geeignet sein. So kann zum Beispiel beim Schneiden eines Gewindes durch ein ungeeignetes Werkzeug das Gewinde nicht sauber und vollständig geschnitten werden, wodurch es bei der Montage zu Kaltverschweißungen kommen kann. Gleiches gilt auch für das Umformen von Gewinden. Auch hier kann durch falsche oder defekte Werkzeuge die vorgenannte Situation eintreten.

3. Härteunterschied
Einer der häufigsten Ursachen für das Festfressen ist die Unterschreitung einer Härtedifferenz zwischen Schrauben- und Mutterngewinde. Diese Differenz ist essentiell dafür verantwortlich, dass sich die Verbindungselemente nicht durch physikalisch-chemische Reaktionen dauerhaft verbinden ("festfressen"). Es sollte eine Härtedifferenz von mindestens 50 HV angestrebt werden um die Gefahr zu minimieren. In der Regel ist dies bei kaltumgeformten Verbindungselementen der gleichen Festigkeitsklasse sichergestellt, da das Schraubengewinde durch den Umformprozess eine deutliche Kaltverfestigung in den Gewindeflanken erfährt. Um die Gefahr beim Einsatz unterschiedlicher Werkstoffe zu reduzieren sollten vor der Herstellung die Lieferzustände (mechanische Eigenschaften) der Vormaterialien verglichen werden.
Eine zusätzliche Sicherheit kann durch den Einsatz entsprechender Gleitpasten erzielt werden, die vor der Montage auf das Schraubengewinde aufgebracht werden. Diese Maßnahme wird häufig bei so genannten Heißschraubenverbindungen angewandt, um das Verschweißen der Verbindungeelemente bei hohen Einsatztemperaturen zu verhindern.

 

Quelle:

Wilke, F. (2002) ThyssenKrupp Steel Kurzbericht 2806 - Wie vermeide ich das Festfressen rostfreier Verbidnungselemente?
Online: http://www.edelstahl-rostfrei.de/downloads/ISER/Festfressen_vermeiden.pdf (05.09.2011)

Duplex Stähle

Allgemeines

Als Duplex-Stahl werden Werkstoffe bezeichnet, die ein zweiphasiges Gefüge aufweisen (Ferrit und Austenit). Duplex-Stähle zeichnen sich durch ihre Kombination von Eigenschaften aus, die eine Mischung aus den Eigenschaften rostfreier Chromstähle (ferritisch oder martensitisch) und rostfreier Chrom-Nickel-Stähle (austenitisch) darstellen.

Sie haben höhere Festigkeiten als die rostfreien Chrom-Nickel-Stähle, weisen dabei aber eine höhere Duktilität auf als rostfreie Chromstähle. Ihr Verhalten bei wechselnder Beanspruchung weist bis zu einem Austenitanteil von ca. 40% im Gegensatz zu reinen Austeniten noch eine Dauerschwingfestigkeit auf. Die Duplex-Stähle zählen zu den rost- und säurebeständigen Stählen.

 

PREN-Index

Der PREN-Index ist ein Maß für die Korrosionsbeständigkeit eines Edelstahls. Die ASTM G48 legt die Prüfverfahren dazu fest.

Bei korrosionsbeständigen Stählen werden die für das Korrosionsverhalten entscheidenden chemischen Elemente durch die PREN, die einen Zusammenhang zwischen der Lochfraßbeständigkeit und der chemischen Zusammensetzung herstellt, zusammengefasst.

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo (Ferritische Stähle)

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N (Austenitische Stähle)

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 30 x %N (Duplex-Stähle)

Ferritisch-austenitische Duplex-Stähle mit PREN > 40 werden auch als Superduplex-Stähle bezeichnet und zeichnen sich durch eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Stähle mit PREN-Werten über 32 gelten als salzwasserbeständig.

 

Quellen:

DIN EN ISO 15156-3 - Erdöl- und Erdgasindustrie - Werkstoffe für den Einsatz in H2S-haltiger Umgebung bei der Öl- und Gasgewinnung - Teil 3: Hochlegierte Stähle (CRAs) und andere Legierungen
NACE MR0175/ISO 15156 - Petroleum and natural gas industries—Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production
ASTM G48 - Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution

Festigkeitsklassen

Die Festigkeitsklasse bei Schrauben besteht aus zwei Zahlen, die durch einen Punkt getrennt werden. Die Zahl links entspricht 1/100 der Nennzugfestigkeit Rm in MPa. Die Zahl rechts vom Punkt gibt das 10-fache des Verhältnisses zwischen Streckgrenze Re und Zugfestigkeit Rm (Streckgrenzenverhältnis). Daraus ergeben sich folgende Werte: 0,6 / 0,8 / 0,9. Diese Verhältniszahlen werden mit 10 multipliziert und ergeben dann den Wert nach dem Punkt.

Beispiel:
Eine Schraube mit der Zugfestigkeit Rm = 1.000 MPa und einem Streckgrenzenverhältnis von 0,9 hat somit die Festigkeitsklasse 10.9.

Formel zur Ermittlung der Festigkeitsklasse

Zugfestigkeit Rm: 1. Zahl X 100
Streckgrenze Re: (1. Zahl X 100) X (2.Zahl / 10)

Beispiel:
Schraube 10.9

Zugfestigkeit Rm: 10 x 100 = 1.000 MPa
Streckgrenze Re: (10 x 100) x (9 / 10) = 1.000 x 0,9 = 900 MPa

Übersicht alte und neue Festigkeitsklassen

Neue Bezeichnung 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 6.9 8.8 10.9 12.9
Alte Bezeichnung 4A 4D 4S 5D 5S 6D 6S 6G 8G 10K 12K
Passende Mutter 5 6 8 10 12

Quellen:

DIN 267-3 - Mechanische Verbindungselemente; Technische Lieferbedingungen; Festigkeitsklassen für Schrauben aus unlegierten oder legierten Stählen; Umstellung der Festigkeitsklassen
DIN EN ISO 898-1 - Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl - Teil 1: Schrauben mit festgelegten Festigkeitsklassen - Regelgewinde und Feingewinde

Schweissbarkeit von Stählen

Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,22 % gelten nur noch als bedingt schweißbar, es sind zusätzliche Maßnahmen wie beispielsweise das Vorwärmen erforderlich. Der Kohlenstoffgehalt des Stahls alleine macht jedoch keine Aussage über die Schweißbarkeit, da diese auch von vielen anderen Legierungselementen beeinflusst wird. Zur Beurteilung wird daher das so genannte Kohlenstoffäquivalent (CEV) berücksichtigt.

Das Kohlenstoffäquivalent ist in der Werkstoffkunde ein Maß zur Beurteilung der Schweißeignung von unlegierten und niedriglegierten Stählen. Der Kohlenstoffgehalt und eine Vielzahl anderer Legierungselemente im Stahl beeinflussen sein Verhalten. Zur Beurteilung der Schweißeignung ist deshalb im Kohlenstoffäquivalent der Kohlenstoffgehalt und der gewichtete Anteil der Elemente, welche die Schweißeignung des Stahls ähnlich beeinflussen, wie es vom Kohlenstoff zu erwarten wäre, zu einem Zahlenwert zusammengefasst. Dabei impliziert ein Wert des Kohlenstoffäquivalents kleiner 0,45 % eine gute Schweißeignung. Höhere Werte erfordern - abhängig von der Verarbeitungsdicke - das Vorwärmen des Materials. Ab einem Wert größer 0,65 ist das Werkstück nur mit erhöhtem Aufwand schweißgeeignet, da es durch Martensitbildung zu Kalt- bzw. Härterissen kommen kann.

Ein gängiges Verfahren für die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents (CEV) sieht folgendermaßen aus:

Formel zur Berechnung der Schweissbarkeit von Stählen

Die Legierungsanteile sind in Prozent einzusetzen. Häufig wird im Werkstoffzeugnis das Kohlenstoffäquivalent angegeben, sodass der Anwender diese Berechnung nicht selbst vornehmen muss. Unter Umständen ist jedoch die Nutzbarkeit des dort angegebenen CEV für die spezielle Anwendung zu hinterfragen.

Quelle:

Wittel, H. / Muhs, D. / Jannasch, D. / Voßiek, J. (2009) Roloff/Matek Maschinenelemente - Normung, Berechnung, Gestaltung; 19. Auflage; Vieweg+Teubner Verlag; Wiesbaden

ASTM - Werkstoffe

Kennzeichnung Norm Beschreibung Material Vergleichbarer EN Werkstoff


No Grade Mark
SAE J429
Grade 1


Bolts, Screws, Studs
Low or Medium
Carbon Steel
---
ASTM A307
Grade A & B
Low Carbon Steel ---
SAE J429
Grade 2
Low or Medium
Carbon Steel
---
No Grade Mark SAE J429
Grade 4
Studs Medium Carbon
Cold Drawn Steel
---
B5 ASTM A193
Grade B5




Bolts, Screws, Studs
for high temperature
service
Class 1:
Carbide
solution
treated



AISI 501 ~1.7362
B6 ASTM A193
Grade B6
AISI 410 ~1.4006
B7 ASTM A193
Grade B7
AISI 4140, 4142, 4105 ~1.7225
B16 ASTM A193
Grade B16
CrMoVa
Alloy Steel
~1.7711
B8 ASTM A193
Grade B8
Class 1
AISI 304 ~1.4301
B8C ASTM A193
Grade B8C
Class 1
AISI 347 ~1.4550
B8M ASTM A193
Grade B8M
Class 1
AISI 316 ~1.4401
B8T ASTM A193
Grade B8T
Class 1
AISI 321 ~1.4541
B8 ASTM A193
Grade B8
Class 2

Bolts, Screws,
Studs
for high temperature
service
Class 2:
Carbide
solution
treated and strain
hardened
AISI 304
Strain Hardened
~1.4301
B8C ASTM A193
Grade B8C
Class 2
AISI 347
Strain Hardened
~1.4550
B8M ASTM A193
Grade B8M
Class 2
AISI 316
Strain Hardened
~1.4401
B8T ASTM A193
Grade B8T
Class 2
AISI 321
Strain Hardened
~1.4541
L7 ASTM A320
Grade L7

Bolts, Screws,
Studs
for low temperature
service
Quenched and
tempered
AISI 4140, 4142, 4145
~1.7225
L7A ASTM A320
Grade L7A
AISI 4037 ---
L7B ASTM A320
Grade L7B
AISI 4137 ~1.7220
L7C ASTM A320
Grade L7C
AISI 8740 ~1.6546
L43 ASTM A320
Grade L43
AISI 4340 ~1.6580
B8 ASTM A320
Grade B8
Class 1


Bolts, Screws,
Studs
for low temperature
service
Class 1:
Carbide
solution
treated

AISI 304 ~1.4301
B8C ASTM A320
Grade B8C
Class 1
AISI 347 ~1.4550
B8T ASTM A320
Grade B8T
Class 1
AISI 321 ~1.4541
B8F ASTM A320
Grade B8F
Class 1
AISI 303 (Se) ~1.4305
B8M ASTM A320
Grade B8M
Class 1
AISI 316 ~1.4401
B8 ASTM A320
Grade B8
Class 2


Bolts, Screws,
Studs
for low temperature
service
Class 2:
Carbide
Solution
treated and strain
hardend

AISI 304 ~1.4301
B8C ASTM A320
Grade B8C
Class 2
AISI 347 ~1.4550
B8T ASTM A320
Grade B8T
Class 2
AISI 321 ~1.4541
B8F ASTM A320
Grade B8F
Class 2
AISI 303 (Se) ~1.4305
B8M ASTM A320
Grade B8M
Class 2
AISI 316 ~1.4401

3 Radial Lines 120°
SAE J429
Grade 5

Bolts, Screws, Studs
Medium Carbon
Steel
Quenched and
Tempered
---
ASTM A449 ---

3 Radial Lines 90°

SAE J429
Grade 5.1

Bolts, Screws, Studs
Low or Medium
Carbon Steel
Quenched and
Tempered

---
3 Radial Lines 60° SAE J429
Grade 5.2
Bolts, Screws, Studs Low Carbon
Martensitic Steel
Quenched and
Tempered

---
A325 ASTM A325
Type 1

High strength
structural bolts
Medium Carbon Steel
Quenched and Tempered
---
--- ASTM A325
Type 2
(Withdrawn)
Low Carbon Martensitic
Steel
Quenched and Tempered

---
A325 ASTM A325
Type 3
Atmospheric Corrosion
Resisting Steel
Quenched and Tempered

---
BD ASTM A354
Grade BD

Bolts, Studs

Alloy Steel
Quenched and Tempered
---
BC ASTM A354
Grade BC
---
5 Radial Lines SAE J429
Grade 7
Bolts, Screws Medium Carbon
Alloy Steel
Quenched and Tempered

---
6 Radial Lines 60° SAE J429
Grade 8
Bolts, Screws, Studs Medium Carbon
Alloy Steel
Quenched and Tempered

---
No Grade Mark SAE J429
Grade 8.1
Studs Medium Carbon
Alloy or SAE 1041 Modified Elevated
Quenched and Tempered

---
A490 ASTM A490 High strength
structural bolts
Alloy Steel
Quenched and Tempered
 

Quellen:
http://praticalmaintenance.wordpress.com (24.08.2011)