Wichtige Erkenntnisse
- Behalten Sie die in der Zeichnung festgelegte Stahlsorte bei, sofern keine Alternative durch die Konstruktion freigegeben wurde. Klären Sie eine nicht näher spezifizierte CK45-Bezeichnung, bevor Sie Angebote vergleichen.
- Vergleichen Sie die Eigenschaften für den maßgeblichen Querschnitt, Zustand und die jeweilige Prüfstelle. Die Referenzprobenwerte nach GB/T 3077 und die nach Größenbereichen gestaffelten ISO-Werte beruhen auf unterschiedlichen Grundlagen.
- Überprüfen Sie gemeinsam Keilnuten, Schultern, Passungen, Oberflächenbeschaffenheit, Wärmebehandlung und Bearbeitungszugabe. Diese wirken sich ebenso auf die fertige Welle aus wie die Sortenbezeichnung.
- Legen Sie die erforderliche Probenahme und Prüfung bei Lieferung sowie nach der weiteren Bearbeitung fest. Trennen Sie die Prüfergebnisse des angelieferten Stabs von der Abnahme der fertigen Welle.
Laden Sie das Arbeitsblatt zur Auswahl des Wellenmaterials herunter Tragen Sie die Zeichnungsangaben, den Querschnitt bei der Wärmebehandlung, die geforderten Eigenschaften und jede vorgeschlagene Abweichung von der festgelegten Stahlsorte ein.
Wellenbeanspruchung und Klärung der Bezeichnung CK45
Gehen Sie bei einer Welle unter konstantem Drehmoment, wechselnder Belastung, Biegung oder Stoß von der Zeichnung und den dokumentierten Betriebsbedingungen aus. Kennzeichnen Sie Wellenabsätze, Passfedernuten, Keilverzahnungen, Querbohrungen, Gewinde und kleine Übergangsradien, an denen Spannungskonzentrationen auftreten. Erfassen Sie den Querschnitt, der tatsächlich vergütet wird. So bezieht sich der Werkstoffvergleich auf ein konkretes Bauteil und dessen Fertigungsprozess.
Die Bezeichnung CK45 muss geklärt werden, wenn keine Norm genannt ist. Für C45 und C45E nach ISO 683-1 gelten festgelegte Anforderungen an Produkt, Lieferzustand, chemische Zusammensetzung und größenabhängige Eigenschaften. SAE J403 definiert die chemische Zusammensetzung und die Analyseregeln für SAE 1045; zusätzlich benötigt die Bestellung eine Produktspezifikation und Anforderungen an die Eigenschaften. Fragen Sie den Zeichnungsverantwortlichen nach der geforderten Bezeichnung, bevor Sie alternative Angebote anfordern.
40Cr ist ein chromlegierter Konstruktionsstahl nach GB/T 3077-2015. Er kommt für eine Prüfung infrage, wenn der Querschnitt und das geforderte Wärmebehandlungsverhalten einen legierten Stahl erforderlich machen. Die vorgeschriebenen Werte der Referenzprobe müssen weiterhin mit Wellendurchmesser, Behandlungsweg und vereinbarter Probenahme abgeglichen werden. Sie beschreiben nicht die Eigenschaften an jeder Stelle einer fertigen Welle.
Stellen Sie für jedes Angebot die geforderte Stahlsorte und Norm zusammen mit Lieferzustand, Querschnitt bei der Wärmebehandlung, Prüfstelle, abschließender Bearbeitungsfolge und zulässigen Abweichungen dar. Klären Sie Widersprüche zwischen Bestellung, Zeichnung, Kundenspezifikation und Werkstoffnorm schriftlich. Andernfalls können zwei scheinbar vergleichbare Preise unterschiedliche Werkstoff- und Prüfanforderungen abdecken.
Grundlagen für chemische Zusammensetzung und Werkstoffeigenschaften nach den jeweiligen Normen
Die Tabelle zur chemischen Zusammensetzung zeigt, warum sich die Lieferwege in einigen Anwendungen überschneiden können, aber nicht allein aufgrund ihrer Bezeichnungen als austauschbar bescheinigt werden dürfen. 40Cr enthält 0.80–1.10 Masse-% Chrom. C45 und SAE 1045 sind dagegen Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Grenzwerten für Restelemente, ohne dieselbe gezielte Chromzugabe. C45E behält die Hauptbereiche der Zusammensetzung von C45 bei, hat jedoch engere Phosphor- und Schwefelgrenzen. Verlangt die Zeichnung den Zusatz E, darf nicht ohne Freigabe C45 ohne diesen Zusatz geliefert werden.
Auch die Festlegung der mechanischen Eigenschaften unterscheidet sich. GB/T 3077 nennt Werte für eine 40Cr-Referenzprobe mit vorgeschriebener Wärmebehandlung. ISO 683-1 enthält +QT-Werte, die an die C45-Produktform und den Größenbereich des maßgeblichen Querschnitts gebunden sind. SAE J403 legt keinen einheitlichen Bereich für Zugfestigkeit, Streckgrenze, Kerbschlagarbeit, Bruchdehnung oder Härte fest, der für jeden SAE 1045-Stab im Lieferzustand gilt. Ein Angebot kann daher die richtige chemische Zusammensetzung enthalten und hinsichtlich Zustand, Abmessungen, Probenahme oder Eigenschaften trotzdem technisch unvollständig sein.
Verwenden Sie ISO 6892-1 oder das anerkannte Alternativverfahren erst, nachdem Produktspezifikation und Bestellung Probengeometrie, Orientierung, Entnahmestelle, Zustand, Prüfhäufigkeit, Abnahmekriterien und Wiederholungsprüfungen festgelegt haben. Ein Ergebnis aus einem separat wärmebehandelten Probenstück oder einem kleinen Probenansatz darf nicht als repräsentativ für die Kerneigenschaften eines größeren Wellenrohlings ausgewiesen werden, sofern dies nicht ausdrücklich vereinbart wurde.
| Lieferweg / maßgebende Norm | Bereich der chemischen Zusammensetzung, Massen-% | Grundlage der mechanischen Eigenschaften | Einordnung für den Welleneinkauf |
|---|---|---|---|
| 40Cr — GB/T 3077-2015 | C 0.37–0.44; Si 0.17–0.37; Mn 0.50–0.80; Cr 0.80–1.10; P ≤0.030; S ≤0.030; Ni ≤0.30; Cu ≤0.30. | Vorgeschriebene wärmebehandelte Referenzprobe: Rm ≥980 MPa; Streckgrenze ≥785 MPa; A ≥9%; Z ≥45%; KV2 ≥47 J. Dies ist keine Pauschalgarantie für den gesamten Stab oder die fertige Welle. | Anwenden, wenn der freigegebene Lieferweg nach GB und das Wärmebehandlungsverhalten des Querschnitts zur Beanspruchung der Welle passen. Legen Sie Lieferzustand, tatsächliche Repräsentativität der Prüfung und nachfolgende Wärmebehandlung fest. |
| C45 / C45E — ISO 683-1:2016 | C45: C 0.42–0.50; Si 0.10–0.40; Mn 0.50–0.80; P ≤0.045; S ≤0.045; Cr ≤0.40; Mo ≤0.10; Ni ≤0.40; Cu ≤0.30; Cr+Mo+Ni ≤0.63. C45E verwendet P ≤0.025 und S ≤0.035 mit denselben Hauptbereichen. | Runder maßgeblicher Querschnitt im Zustand +QT, d >16–40 mm: Rp0.2 ≥430 MPa, Rm 650–800 MPa, A ≥16%, Z ≥40%, KV ≥15 J; d >40–100 mm: Rp0.2 ≥370 MPa, Rm 630–780 MPa, A ≥17%, Z ≥45%, KV ≥15 J. | Nur auf das passende ISO-Produkt im Zustand +QT sowie den zugehörigen maßgeblichen Querschnitt, die Probenahme und die Grundlage der Kerbschlagprüfung anwenden. Behalten Sie den Zusatz E bei, wenn er gefordert ist. |
| SAE 1045 — SAE J403_202402 | C 0.43–0.50; Mn 0.60–0.90; Si 0.15–0.35; P ≤0.030; S ≤0.035; Grenzwerte für Restelemente: Cu ≤0.20, Ni ≤0.25, Cr ≤0.20, Mo ≤0.06. | SAE J403 legt die chemische Zusammensetzung und die Analyseregeln fest. Daraus lässt sich kein einheitlicher Bereich für Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung, Kerbschlagarbeit, Härte oder Welleneigenschaften des gelieferten Stabs ableiten. | Ergänzen Sie die maßgebliche Produktspezifikation sowie Anforderungen an Zustand, Querschnittseigenschaften, Probenahme, Oberfläche, Abmessungen, Prüfung und Bescheinigung. |
Querschnittsgröße und Härtbarkeit im Zusammenhang
Maßgeblich ist der Durchmesser des Querschnitts bei der Wärmebehandlung. Ein kleines Probenstück kühlt anders ab als der Kern eines großen Wellenrohlings. Bestätigen Sie den maßgeblichen Querschnitt, die radialen und axialen Probenentnahmestellen und ob die Probe aus dem gelieferten Stab, einem Probenansatz oder einem separat wärmebehandelten Stück stammt. Erfolgt die Vorbearbeitung vor dem abschließenden Vergüten, geben Sie diese Zwischenabmessung im Fertigungsplan an.
ISO 642:2024 definiert die Härtbarkeitsprüfung nach Jominy mittels Stirnabschreckversuch. Jominy-Daten können den Vergleich von Schmelzen und die Abschätzung des relativen Tiefenhärtungsverhaltens unterstützen. Sie sagen jedoch nicht unmittelbar den vollständigen Temperaturverlauf, die Kerneigenschaften, den Verzug, die Eigenspannungen oder die Ermüdungsfestigkeit einer Produktionswelle voraus. Wenn die Härtbarkeit für die Auslegung maßgeblich ist, legen Sie das zulässige Jominy-Band oder ein anderes Verfahren zur Querschnittsprüfung fest und verlangen Sie anschließend eine Validierung am Produktionsquerschnitt mit dem bestellten Durchmesser.
Eine höhere Zugfestigkeit allein erlaubt noch keine abschließende Beurteilung des Ermüdungsverhaltens. Oberflächenbeschaffenheit, Entkohlung, Einschlüsse, Schleifschäden, Richtspuren, Gewinde- oder Keilverzahnungsherstellung, Passfedernutradien, Presspassungen, Frettingverschleiß und Eigenspannungen können die Rissbildung beeinflussen. Übernehmen Sie die Oberflächen- und Geometrieanforderungen der Zeichnung in die Bestellung und in die Prüfungen nach der Endbearbeitung.
Wenn Kerbschlagverhalten oder Zähigkeit maßgeblich sind, nennen Sie Prüfverfahren, Probentyp, Kerbe, Orientierung, Entnahmestelle, Prüftemperatur und Prüfhäufigkeit sowie Mindestanforderungen an Einzel- und Mittelwerte und die Regeln für Wiederholungsprüfungen. Vergleichen Sie einen GB-Referenzwert KV2 nur dann mit einem ISO-Ergebnis, wenn Proben, Temperatur und Abnahmedefinitionen übereinstimmen.
Maximov und seine Mitautoren untersuchten wärmebehandelte 42CrMo4-Proben, die durch Trockendrehen und Diamantglätten fertigbearbeitet wurden. Ihre Ermüdungsergebnisse zeigen, warum die abschließende Oberflächenbearbeitung zur Bewertung einer Welle gehört. Die Ergebnisse betreffen eine andere Legierung und einen festgelegten Herstellungsweg der Proben; sie erlauben weder eine Rangfolge von 40Cr und CK45 noch die Festlegung einer zulässigen Spannung für Wellen. [7]
Bearbeitung, Wärmebehandlung, Oberflächenabtrag und Geradheit
Eine RFQ für eine Welle muss sowohl Bestell- als auch Fertigabmessungen enthalten. Geben Sie Schmiede- oder Walzmaße, Maße nach der Vorbearbeitung, fertige Lager- und Dichtsitzdurchmesser, Länge, Aufmaß und Querschnitt bei der Wärmebehandlung an. Bietet ein Lieferant geschälte oder geschliffene Stäbe an, legen Sie fest, ob diese Oberfläche am Bauteil erhalten bleibt oder abgetragen wird. Die Art der Oberflächenbearbeitung beeinflusst die Entkohlung an der Oberfläche, die Fehlererkennung, die Bearbeitungszugabe, die Geradheit und die vor der abschließenden Fertigbearbeitung verfügbaren Nachweise.
Die Reihenfolge ist entscheidend. Abschrecken und Anlassen, Spannungsabbau, Induktionshärten, Nitrieren, Verchromen, Schleifen, Polieren und Richten können Härte, Eigenspannungen, Abmessungen und Oberflächenintegrität verändern. Legen Sie fest, wer für jeden Arbeitsschritt verantwortlich ist, welchen Werkstoffzustand die jeweilige Prüfung erfasst und ob die Werkstoffbescheinigung den gelieferten Stab oder die fertige Welle beschreibt. Führt der Käufer nach der Lieferung eine Wärmebehandlung durch, dient die Eingangshärte der Prozesskontrolle und ist kein Nachweis der endgültigen Eigenschaften.
Legen Sie Geradheit als messbare Anforderung fest, nicht als bloße Beschreibung. Geben Sie an, ob der Gesamtausschlag einer Messuhr oder ein Spaltmessverfahren verwendet wird, wie die Auflager angeordnet sind und welche Stützweite gilt. Nennen Sie außerdem Messtemperatur, Messfläche, zulässigen Wert und die gegebenenfalls erforderliche Bewertung örtlicher Krümmungen. Legen Sie den Zeitpunkt des Richtens fest und bestimmen Sie, ob danach ein Spannungsabbau oder eine erneute Prüfung erforderlich ist. Eine lange, schlanke Welle kann die Anforderungen an chemische Zusammensetzung und Zugfestigkeit erfüllen und dennoch unbrauchbar sein, wenn die Beurteilungsgrundlage für die Geradheit nicht abgestimmt wurde.
Die Prüfung sollte risikoorientiert erfolgen: Schmelzen- und Stückanalyse, soweit gefordert; mechanische Prüfungen an festgelegten Stellen; Härteverteilung oder Härteverlauf in der gehärteten Randschicht; Entkohlung und Mikrogefüge, soweit relevant; Maß- und Oberflächenprüfung; Ultraschall- oder Magnetpulverprüfung nach einem benannten Verfahren mit festgelegten Abnahmekriterien; sowie Rückverfolgbarkeit von der Schmelze zum Einzelstück oder zum Los. ISO 10474 kann die Art der Prüfbescheinigung festlegen; welche tatsächlichen Ergebnisse darin stehen müssen, bestimmt jedoch allein die Bestellung.
Quellen:[6]
RFQ-Formulierung für den geforderten Lieferweg und Alternativen
Schreiben Sie die geforderte Werkstoffbezeichnung genau so, wie sie auf der Bescheinigung erscheinen soll. Ist eine Alternative zulässig, fordern Sie einen Vergleich der chemischen Zusammensetzung, des Produktumfangs, des Zustands, der Querschnittseigenschaften, der Probenahme, der Abmessungen, der Oberfläche und der ZfP-Anforderungen an. Weisen Sie Preis- und Lieferzeitunterschiede getrennt aus. Der benannte Vertreter der Konstruktion oder des Kunden sollte die Abweichung vor der Fertigung freigeben.
Im folgenden Beispiel trägt der Zeichnungsverantwortliche die Eigenschaftswerte ein. Fügen Sie die Wellenzeichnung und das Auswahlarbeitsblatt mit dem Querschnitt bei der Wärmebehandlung und den fertigen Lager- oder Dichtsitzdurchmessern bei. Bitten Sie den Lieferanten, alle Anforderungen zu benennen, die er im vorgeschlagenen Lieferzustand nicht erfüllen kann.
Position: Vorbearbeiteter Wellenrohling, [Zeichnung / Zeichnungsstand], [Menge]
Geforderter Lieferweg: 40Cr nach GB/T 3077-2015 oder C45E nach ISO 683-1:2016 [einen geforderten Lieferweg und die Normausgabe auswählen]; die informelle Bezeichnung CK45 allein ist nicht ausreichend
Alternative: SAE 1045 nach SAE J403_202402 zuzüglich [Produktspezifikation] darf nur in einer klauselspezifischen Abweichungsliste angeboten werden und erfordert vor der Fertigung die schriftliche Freigabe des Käufers
Fertige Welle: [Enddurchmesser / Länge], Wellenabsätze, Übergangsradien, Passfedernuten, Keilverzahnungen, Gewinde, Oberflächenbeschaffenheit, Geradheitsmessverfahren und Abnahmekriterien nach Zeichnung
Wärmebehandlung: [Lieferzustand / QT durch den Lieferanten / nachfolgende Wärmebehandlung durch den Käufer], maßgeblicher Querschnitt [Definition], Eigenschaftswerte [angeben], Grundlage der Kerbschlagprüfung [angeben, falls gefordert], Abfolge von Induktionshärten oder metallischer Beschichtung [angeben]
Bearbeitungszugabe: [radiale Zugabe / Endzugabe], Regel zur Fehlerbeseitigung, Entkohlungsgrenze, Oberflächenbearbeitungsweg und durch die Prüfung repräsentiertes Fertigungsstadium
Prüfung: Schmelzenanalyse, vereinbarte mechanische Prüfungen und Prüfstellen, Härte [Verfahren / Verteilung], Abmessungen, Geradheit, Oberfläche, [UT / MT-Verfahren und Abnahmekriterien], Rückverfolgbarkeit von der Schmelze zum Rohling
Bescheinigung: ISO 10474 Typ [Typ angeben] mit den tatsächlich bestellten Prüfergebnissen, Probenidentität, Zustand und Zeichnungsstand
Verpackung / Bestimmungsort: [Schutz, Abstützungen, Bündelgrenzen, Hafen, Incoterm]Fragen von Käufern
Wann sollten Käufer 40Cr und CK45 für Wellen vergleichen?
Vergleichen Sie beide Werkstoffe, wenn die Zeichnung eine Werkstoffprüfung zulässt und die Beanspruchung der Welle sowohl mit einem Stahl mittleren Kohlenstoffgehalts als auch mit einem chromlegierten Stahl abgedeckt werden könnte. Prüfen Sie den Querschnitt bei der Wärmebehandlung, die geforderten Eigenschaften, die Prüfstellen und die fertige Oberfläche. Behalten Sie die festgelegte Stahlsorte bei, bis der Zeichnungsverantwortliche eine Änderung freigibt.
Was sollten Käufer senden, bevor sie zwischen 40Cr und CK45 wählen?
Senden Sie Zeichnung und Zeichnungsstand, Beanspruchung der Welle, Bestell- und Fertigabmessungen, Querschnitt bei der Wärmebehandlung, Lieferzustand, Bearbeitungsfolge, geforderte mechanische Kennwerte oder Härtewerte und Prüfanforderungen. Klären Sie, auf welche Norm sich die Bezeichnung CK45 bezieht.
Welche RFQ-Details helfen beim Vergleich von 40Cr und CK45 für Wellen?
Verwenden Sie für beide Angebote die gleichen erforderlichen Standards, Größen, Bedingungen, Prüforte, Bearbeitungszugabe und Prüfdokumentanforderungen. Listen Sie eine alternative Sorte als Abweichung mit ihren technischen Unterschieden, dem Preis und der Lieferzeit auf, damit die Technik sie vor der Herstellung überprüfen kann.
RFQ-Checkliste
- Wellenfunktion, Lastspektrum, Drehmomentrichtung, Biegung, Axiallast, Stoß, Temperatur und Ausfallfolgen
- Zeichnungsstand, Kundenspezifikation, geforderte Stahlsorte, Norm, Normausgabe und Rangfolge der Spezifikationen
- Klärung, ob mit der informellen Bezeichnung CK45 C45, C45E, SAE 1045 oder ein anderer freigegebener Lieferweg gemeint ist
- Abmessungen im gewalzten/geschmiedeten Zustand, Abmessungen nach der Vorbearbeitung, Endabmessungen, Menge, Toleranz und maßgeblicher Querschnitt
- Wellenabsätze, Übergangsradien, Bohrungen, Passfedernuten, Keilverzahnungen, Gewinde, Passungen, Nuten und andere ermüdungsempfindliche Geometrien
- Lieferzustand, Wärmebehandlungsbetrieb, Grundlage der Ofen-/Loszuordnung und Reihenfolge der nachfolgenden Wärmebehandlungsschritte
- Anforderungen an Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung, Brucheinschnürung, Kerbschlagarbeit, Härte und Härtbarkeit, soweit jeweils vorgeschrieben
- Probengeometrie, axiale/radiale Entnahmestelle, Orientierung, Prüfhäufigkeit, Regeln für Wiederholungsprüfungen und repräsentierter Querschnitt
- Bearbeitungszugabe, geschälte/gedrehte/geschliffene Oberflächenroute, Entkohlung, Rauheit und Fehlerbeseitigungsregel
- Verfahren zur Geradheitsmessung, Auflager/Stützweite, Messfläche, Prüfstadium, Abnahmekriterien und Vorgaben für das Richten
- UT- oder MT-Verfahren, Prüfumfang, Kalibrierungs-/Referenzgrundlage, Abnahmekriterien, Prüfstadium und Vorgehen für die Endzonen
- Art der Prüfbescheinigung, tatsächlich dokumentierte Ergebnisse, Rückverfolgbarkeit von der Schmelze zum Rohling, Kennzeichnung und Freigabe
- Abweichungsmatrix für die alternative Stahlsorte, Freigabeverantwortlicher in der Konstruktion/beim Kunden sowie Auswirkungen auf Preis und Lieferzeit
- Prüfpunkte mit Bezeugung durch Dritte oder Dokumentenvorprüfung sowie Zuständigkeiten für Sperre und Freigabe
- Abstützung in der Verpackung, Korrosionsschutz, Bündelmasse, Bestimmungsort, Incoterm und Versandfenster
Referenzen
- GB/T 3077-2015 Legierte Konstruktionsstähle
- ISO 683-1:2016 Unlegierte Stähle zum Härten und Anlassen
- SAE J403_202402 Chemische Zusammensetzung von SAE-Kohlenstoffstählen
- ISO 642:2024 Stahl — Härtbarkeitsprüfung durch Stirnabschrecken (Jominy-Versuch)
- ISO 6892-1:2019 Metallische Werkstoffe – Zugprüfung bei Raumtemperatur
- ISO 10474:2013 Stahl und Stahlerzeugnisse — Prüfbescheinigungen
- Maximov et al.: Trockendrehen und Diamantglätten von 42CrMo4
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Senden Sie die Zeichnung oder RFQ mit der Güteklasse, der Größe, dem Zustand, der Verarbeitung, der Prüfung, der Menge und dem Bestimmungsort. Wir können offene Punkte vor der Angebotserstellung kennzeichnen.