Was der Härteprozess leisten muss
JOTAIN Materials trennt den Zustand des Eingangsstahls vom nachgelagerten Härteprozess. Für ein kalkulierbares CK45 / 1045-Angebot müssen Stabzustand, Verantwortlicher für das Härten, Zielzone und -tiefe, Kernanforderung sowie die dem Produktionslos zugeordneten Nachweise feststehen. Einkäufer erhalten häufig eine Zeichnungsangabe wie „CK45 gehärtet“, ohne ausreichende Informationen für die Angebotserstellung oder Prüfung des Bauteils.
Diese Formulierung kann einen im vergüteten Zustand gelieferten Stab, Induktionshärten nach der Bearbeitung, Flammhärten an einer lokalen Verschleißfläche oder lediglich einen Härtebereich des Eingangsmaterials für die Zerspanbarkeit bezeichnen. Diese Prozesswege erfordern unterschiedliche Bearbeitungszugaben, Verzugsbetrachtungen, Prüfstellen, Bescheinigungen und Verantwortlichkeiten. Klären Sie Prozessstufe und Funktionsziel, bevor Sie Werkstoffe vergleichen.
Benennen Sie bei einer randschichtgehärteten Welle die Funktionsfläche, die ausgeschlossenen Bereiche, den Fertigdurchmesser und die Schleifzugabe. Legen Sie Härteskala und zulässigen Bereich, effektive Härtetiefe oder Gesamthärtetiefe, Referenzhärte für die Tiefenbestimmung sowie die Positionen der Härteverläufe fest. Geben Sie Kernhärte oder mechanische Anforderungen an und bestimmen Sie, ob Lieferant oder Kunde das abschließende Härten durchführt. Regeln Sie außerdem Rissprüfung, Entkohlungsgrenzen, Übergangszonen und Geradheit nach der Behandlung. Klären Sie, ob eine zerstörende Qualifizierungsprobe das Produktionslos repräsentieren kann.
Beginnen Sie bei durchgehärteten oder vergüteten Stäben mit dem maßgeblichen Wärmebehandlungsquerschnitt und der im Einsatz relevanten Stelle. Eine Zugprobe nahe der Oberfläche eines kleineren Prüfstabs kann das Verhalten im Zentrum eines größeren Wellenrohlings nicht bestätigen. ISO 683-1 verknüpft die mechanischen Anforderungen an C45/C45E mit Lieferzustand und Abmessungsbereichen. Liegt die tatsächliche Geometrie oder bestellte Abmessung außerhalb der angegebenen Tabellenzeile, muss die Technik geeignete Eigenschaftsanforderungen und einen Verifizierungsplan festlegen, statt die Werte durch Annahmen zu erweitern.
Ausgangsstahl und legierte Alternativen auf derselben Grundlage vergleichen
Die Tabelle trennt die Werkstoffidentität anhand der chemischen Zusammensetzung von Nachweisen zu mechanischen Eigenschaften oder Härteergebnissen. ISO 683-1 veröffentlicht nach Abmessungen gestaffelte C45/C45E-Eigenschaften für festgelegte Lieferzustände. SAE J403 ist eine Zusammensetzungsnorm für SAE-Kohlenstoffstähle und legt keinen einheitlichen Eigenschaftsbereich für alle 1045-Stäbe fest. GB/T 3077 nennt mechanische Werte für Referenzproben aus 40Cr und 42CrMo nach der vorgeschriebenen Wärmebehandlung. Diese Referenzergebnisse dürfen nicht als garantierte Kerneigenschaften für beliebige Produktionsdurchmesser dargestellt werden.
C45 und C45E haben in ISO 683-1 dieselben Bereiche für die Hauptelemente, jedoch unterschiedliche Phosphor- und Schwefelgrenzen. SAE 1045 verwendet einen anderen Manganbereich und eigene Vorgaben für Restelemente. Eine informell als CK45 bezeichnete Schmelze sollte deshalb vor der Annahme einer anerkannten Norm oder Käuferspezifikation zugeordnet werden. Ein übereinstimmender Name im ERP-System belegt nicht, dass Schmelzenanalyse, zulässige Abweichungen, Lieferzustand, abmessungsabhängige Eigenschaften, Oberflächenzustand und Dokumentation sämtlich den Anforderungen entsprechen.
Die legierten Alternativen enthalten zusätzlich Chrom, und 42CrMo4 enthält auch Molybdän. Dies kann ein anderes Wärmebehandlungsverhalten ermöglichen. Es ist ein Anlass zur Untersuchung, kein Eignungsnachweis. Vergleichen Sie den tatsächlichen Querschnitt, die Prozessfähigkeit, Verzugs- und Rissrisiken, die Bearbeitungsfolge unter Berücksichtigung der Zerspanbarkeit, Eigenschaftsziele, Kerbschlaganforderungen, Prüfstellen, Verfügbarkeit und gesamte Verarbeitungskosten. Ein Wechsel zu legiertem Stahl bei weiterhin nicht repräsentativer Probe oder undefinierter Härteangabe lässt das zentrale Beschaffungsrisiko ungelöst.
| Werkstoffroute / maßgebliche Norm | Bereich der chemischen Zusammensetzung, Massen-% | Grundlage für mechanische Eigenschaften / Härtung | Wann in die Bewertung aufnehmen |
|---|---|---|---|
| C45 — ISO 683-1:2016 | C 0.42–0.50; Si 0.10–0.40; Mn 0.50–0.80; Cr ≤0.40; Mo ≤0.10; Ni ≤0.40; Cu ≤0.30; P ≤0.045; S ≤0.045; Cr+Mo+Ni ≤0.63. | +QT, maßgeblicher runder Querschnitt 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. | Verwenden Sie diese Werte nur innerhalb des festgelegten ISO-Geltungsbereichs für Produkt, Zustand, Abmessungen, Probenahme und Prüfung. Für die Randschichthärtetiefe ist weiterhin eine gesonderte Zeichnungsanforderung nötig. |
| C45E — ISO 683-1:2016 | Bereiche der Hauptelemente wie bei C45; P ≤0.025 und S ≤0.035 gemäß den Vorgaben für C45E. | Die nach Abmessungen und Lieferzuständen gestaffelten ISO-Anforderungen gelten gemäß den einschlägigen C45E-Tabellen und -Klauseln; leiten Sie ein Ergebnis nicht allein aus der Bezeichnung einer nominell reineren Stahlsorte ab. | Ziehen Sie diese Option in Betracht, wenn die Zeichnung oder Käuferspezifikation C45E verlangt. Setzen Sie nicht allein wegen überlappender nominaler Kohlenstoffgehalte C45 oder SAE 1045 an dessen Stelle ein. |
| 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 Grenzen der chemischen Zusammensetzung und Analyseregeln fest, nicht einen einheitlichen Bereich für Festigkeit, Kerbschlageigenschaften, Härte oder Härtetiefe der gelieferten Stäbe. | Mit einer anwendbaren Produktspezifikation und klaren Vorgaben zu Lieferzustand, querschnittsabhängigen Eigenschaften, Randschichthärtung, Prüfung und Prüfbescheinigung verwenden. |
| 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. | Referenzprobe nach vorgeschriebener Wärmebehandlung: Rm ≥980 MPa; Streckgrenze ≥785 MPa; A ≥9%; Z ≥45%; KV2 ≥47 J. Dies ist kein pauschal für den gesamten Stab geltendes Ergebnis. | Prüfen Sie die legierte Werkstoffoption, wenn die freigegebenen Anforderungen an das Querschnittsverhalten oder die Festigkeit die validierten Möglichkeiten des Stahls mit mittlerem Kohlenstoffgehalt übersteigen; behalten Sie die GB/T-Probenbasis bei. |
| 42CrMo4 — ISO 683-2:2016 | C 0.38–0.45; Si 0.10–0.40; Mn 0.60–0.90; Cr 0.90–1.20; Mo 0.15–0.30; P ≤0.025; S ≤0.035. | +QT, maßgeblicher runder Querschnitt d >16–40 mm: Rp0.2 ≥750 MPa, Rm 1000–1200 MPa, A ≥11%, Z ≥45%, KV ≥35 J; d >40–100 mm: Rp0.2 ≥650 MPa, Rm 900–1100 MPa, A ≥12%, Z ≥50%, KV ≥35 J. | Ziehen Sie diese Option in Betracht, wenn eine vom Käufer freigegebene, nach Abmessungen gestaffelte QT-Route für Cr-Mo-Stahl zu den Einsatzbedingungen passt. Sie ist kein automatischer Ersatz für CK45 oder SAE 1045. |
Oberflächenhärte, Härtetiefe und Kernverhalten
Ein Oberflächenhärtewert beantwortet nur eine Frage an einer vorbereiteten Stelle. Eine zu flache gehärtete Schicht, ein weicher Übergangsbereich, übermäßige Sprödigkeit, örtliche Überhitzung, Entkohlung oder ein ungeeigneter Kern können dabei unentdeckt bleiben. Wenn die effektive Randschichttiefe oder Härtetiefe die Verschleißlebensdauer bestimmt, legen Sie das anzuwendende Messverfahren und die Grenzhärte zur Tiefenbestimmung fest. Geben Sie an, ob die Ergebnisse an einer für die zerstörende Prüfung vorgesehenen Verlängerung, einer repräsentativen Probe oder einem aufgetrennten Serienbauteil ermittelt werden und wie dieses dem Los zugeordnet ist.
ISO 642:2024 legt den Jominy-Stirnabschreckversuch zum Vergleich der Härtbarkeit von Stahl fest. Jominy-Daten können Werkstoffingenieure bei der Beurteilung des Wärmebehandlungsverhaltens unterstützen, bescheinigen aber nicht unmittelbar die Induktionshärtetiefe oder die Festigkeit im Zentrum einer fertigen Welle. Sind Jominy-Grenzen gefordert, benennen Sie die Quelle des Härtbarkeitsbands, die Messabstände, die Prüfhäufigkeit der Schmelzen, die Berichtsanforderungen und den zulässigen Berechnungsweg. Wenn das Funktionsergebnis von der Geometrie abhängt, verbinden Sie diese Nachweise mit einem qualifizierten Produktionsprozess und einer querschnittsbezogenen Verifizierung. [5]
Planen Sie Bearbeitung und Prüfung unter Berücksichtigung des Verzugs. Sehen Sie eine kontrollierte Schleifzugabe vor, wenn das Fertigmaß erst nach dem Härten hergestellt wird. Die abzutragende Zugabe darf jedoch die erforderliche gehärtete Zone nicht entfernen. Legen Sie die Geradheit vor und nach der Wärmebehandlung, das zulässige Korrekturverfahren, das Stadium der Rissprüfung und die Zulässigkeit reparierter oder erneut bearbeiteter Teile fest. Werden Rohstäbe statt fertiger Bauteile bestellt, stellen Sie klar, welche späteren Härteergebnisse Auslegungsanforderungen des Käufers sind und für welche Eingangsmerkmale der Stahllieferant tatsächlich verantwortlich ist.
Ein Vorschlag zum Wechsel auf legierten Stahl kann eine Simulation enthalten. Goñi und Kollegen untersuchten Kohlenstoffgehalt und Abschreckintensität mit einem Modell auf Basis induktionsgehärteter 42CrMo4-Zylinder mit 20 mm Durchmesser. Das Modell behandelte Härte und Eigenspannungen getrennt. Fordern Sie bei einem vorgeschlagenen Ersatz für CK45 oder 1045 eine Validierung für den tatsächlichen Werkstoff und die tatsächliche Geometrie an, bevor Sie sich auf solche Vorhersagen stützen. [7]
Ein Legierungswechsel ist eine technische Abweichung
Starten Sie die Bewertung einer legierten Alternative bei einer dokumentierten Anforderungslücke: unzureichende validierte Härtetiefe, unzureichende Kerneigenschaften im maßgeblichen Querschnitt, Bedenken hinsichtlich Schlagbeanspruchung oder Ermüdung, Erfahrungen mit Verzug, wiederholte Prozessnichtkonformitäten oder eine Kundennorm, die legierten Stahl fordert. Vermeiden Sie eine ungenaue Angebotsanfrage wie „CK45 oder besser“. „Besser“ ist keine messbare Bezeichnung; eine höhere Nennfestigkeit kann Auswirkungen auf Zerspanung, Schweißen, Wärmebehandlung, Kosten und Freigaben haben.
Fordern Sie zu jedem Alternativangebot einen Vergleich Klausel für Klausel an. Benennen Sie geforderte und vorgeschlagene Stahlsorten, maßgebliche Dokumente und Ausgaben, tatsächliche oder angestrebte chemische Zusammensetzung, Produktform, Lieferzustand und Querschnittsabmessungen. Vergleichen Sie die Verantwortung für die Wärmebehandlung, die Grundlagen der mechanischen Eigenschaften und Härte, Härtbarkeitsnachweise und Probenlagen. Berücksichtigen Sie Oberflächenbearbeitung, NDT, Prüfbescheinigung, Kennzeichnung, Rückverfolgbarkeit, Lieferzeit und Preis. Über die funktionale Eignung entscheidet die Werkstoff- oder Konstruktionstechnik. Die Qualitätssicherung akzeptiert den Nachweisplan; der Einkauf dokumentiert die kaufmännischen Bedingungen und den Freigabestatus.
ISO 404 enthält allgemeine technische Lieferanforderungen für Stahl und stellt klar, dass abweichende Anforderungen in Bestellung oder Produktnorm Vorrang haben. Verwenden Sie eine klare Dokumentenhierarchie und ein Abweichungsprotokoll, damit ein einschränkender Hinweis des Lieferanten die Zeichnungsvorgaben nicht stillschweigend außer Kraft setzen kann. Ist Konformität mit beiden Regelwerken vorgesehen, verlangen Sie Nachweise anhand beider vollständigen Anforderungsgrundlagen. Ist sie nicht vorgesehen, behalten Sie die akzeptierte maßgebliche Werkstoffbezeichnung in Bestellung, Kennzeichnung, Prüfaufzeichnung und Werkstoffbescheinigung bei.
Eine prüfbare RFQ-Position
Das folgende Beispiel setzt C45E als Ausgangsstab an und legt örtliches Induktionshärten als definierte Anforderung an einen nachgelagerten Prozess fest. Ist der Stahllieferant für diesen Vorgang nicht verantwortlich, trennen Sie bei der Beschaffung die Abnahme des Eingangsstabs von der Prozessqualifizierung des Fertigteils. Verlangen Sie nicht, dass die Prüfbescheinigung des Stabs ein Ergebnis garantiert, das später ein anderes Unternehmen erzeugt. Erhalten Sie stattdessen die Schmelzenidentität beim Trennen und Bearbeiten, damit nachgelagerte Ergebnisse auf die gelieferte Schmelze und das Los zurückgeführt werden können.
Fordern Sie bei der frühen Lieferantensuche Alternativvorschläge aus 40Cr oder 42CrMo4 an, verlangen Sie jedoch eine technische Begründung und die kaufmännischen Auswirkungen. Der Lieferant darf die Stahlsortenangabe nicht umschreiben oder einen GB/T-Referenzprobenwert mit einer ISO-Produktbezeichnung vermischen. Jede vorgeschlagene Route muss auf einer konsistenten Normengrundlage beruhen, sofern der Käufer nicht ausdrücklich die Konformität mit beiden Regelwerken definiert und verifiziert. Schließen Sie unbelegte Aussagen wie „wie CK45, aber fester“ aus dem technischen Vergleich aus.
Klären Sie vor der Freigabe der Bestellung (PO) Härte, Tiefe, Kernanforderung, Prüfstellen, Los, Materialzugabe für zerstörende Proben, Stadium der Maßprüfung, Geradheit, Rissprüfung, Bescheinigung, Rückverfolgbarkeit und den Verantwortlichen für Abweichungsfreigaben. Halten Sie fest, wer die Prozessqualifizierung verantwortet und wer Nacharbeit freigeben darf. Eine knappe Bestellung mit Anlagen ist akzeptabel; eine mehrdeutige Bestellung nicht.
Position: Bearbeitete Hydraulikstangenrohlinge für anschließendes örtliches Induktionshärten
Ausgangswerkstoff: C45E nach ISO 683-1:2016, Ø75 mm × 3 250 mm, 60 Stück, normalgeglühter Zustand; maßgeblicher Wärmebehandlungsquerschnitt und Bearbeitungszugabe sind zu bestätigen
Fertiggeometrie: Zeichnung [Nummer/Änderungsstand], mit gekennzeichneten funktionsrelevanten Zapfenbereichen und nicht zu härtenden Zonen
Härteanforderung: Induktionshärten nach der Schruppbearbeitung auf [HR-Skala und Bereich]; effektive Härtetiefe [Bereich], gemessen nach [Grenzwert/Methode]; Kernanforderung [Wert/Grundlage]
Prozessverantwortung: [Lieferant/Kunde/Unterauftragnehmer]; qualifiziertes Verfahren, Losdefinition, zerstörende Qualifizierungsprobe und Rückverfolgbarkeit von der Schmelze zum Bauteil erforderlich
Alternative: 40Cr nach GB/T 3077-2015 oder 42CrMo4 nach ISO 683-2:2016 dürfen nur mit einem Klauselvergleich und schriftlicher Zustimmung des Käufers vorgeschlagen werden
Prüfung: Schmelzenanalyse und Zustand des Eingangsmaterials; nach dem Härten Härteverteilung, Härteverlauf über die Tiefe, Geradheit, Abmessungen, Entkohlungsbewertung und Magnetpulverprüfung gemäß beigefügten Kriterien
Bescheinigung: Tatsächliche Ergebnisse des Eingangsmaterials und der nachfolgenden Prozesse, verknüpft mit Schmelze, Prozesslos, Probe und Zeichnungsänderungsstand
Bestimmungsort: [Stadt, Land und Incoterm]Fragen, die Käufer stellen
Wann ist CK45 / 1045 für bearbeitete Stangen oder Wellen geeignet?
Der Werkstoff kann geeignet sein, wenn die freigegebene Werkstoff- und Prozessroute für den Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der Querschnitt, der Eingangszustand, die Bearbeitungsfolge, das abschließende Härteverfahren, die Kern- und Oberflächenanforderungen, die Verzugsbeherrschung und der Prüfplan für das Bauteil validiert wurden. Die informelle Bezeichnung CK45 sollte vor Annahme der Bestellung an eine maßgebliche Norm oder Käuferspezifikation gebunden sein.
Wann sollten Käufer 40Cr oder 42CrMo4 anstelle von CK45 / 1045 bewerten?
Leiten Sie eine technische Bewertung ein, wenn die validierte Verarbeitung des Stahls mit mittlerem Kohlenstoffgehalt die Anforderungen an Tiefe, Kernverhalten, Schlagbeanspruchung, Ermüdung, Verzug oder Kundennorm im tatsächlichen Querschnitt nicht erfüllt. Vergleichen Sie eine normativ konsistente Werkstoffroute für 40Cr oder 42CrMo4 und verlangen Sie Freigaben durch Konstruktion, Qualitätssicherung und Kunden, wenn der Vertrag sie fordert; der Legierungsgehalt ist keine automatische Austauschfreigabe.
Welche Angaben benötigt JOTAIN Materials, um ein Angebot für eine Härteroute für CK45 / 1045 zu erstellen?
Stellen Sie das maßgebliche Dokument für CK45, C45, C45E oder SAE 1045 bereit, außerdem die bestellten Querschnittsabmessungen und den Wärmebehandlungsquerschnitt, den Eingangszustand, die Fertigteilzeichnung, Härteverfahren und -zonen, Härte- und Tiefendefinition, Kernanforderung, Probenlagen, Geradheit und Schleifzugabe, Rissprüfung, Los- und Rückverfolgbarkeitsregeln, Menge und Bestimmungsort. JOTAIN Materials behandelt jede Alternative aus 40Cr oder 42CrMo4 getrennt, bis der zuständige Einkäufer oder Ingenieur sie freigibt.
RFQ Checkliste
- Funktion des Fertigteils, Verschleißzonen, nicht zu härtende Bereiche, plausible Versagensfälle und Betriebstemperatur
- Erforderliche Bezeichnung CK45, C45, C45E oder SAE 1045 mit maßgeblicher Norm und Ausgabe
- Produktform, bestellter Durchmesser, maßgeblicher Wärmebehandlungsquerschnitt, Länge, Menge und Bearbeitungszugabe
- Eingehender Zustand im gewalzten, normalgeglühten, geglühten, vergüteten, geschälten, gedrehten oder geschliffenen Zustand
- Wer das abschließende Härten und die Prozessqualifizierung verantwortet: Lieferant, Kunde oder benannter Unterauftragnehmer
- Induktionshärten, Flammhärten, Durchhärten oder QT-Verfahren und die genauen Zeichnungsbereiche, für die das Verfahren gilt
- Härteskala, Bereich, Oberflächenvorbereitung, Anzahl und Position der Messwerte sowie zulässige Abweichung
- Definition der effektiven Härtetiefe oder Gesamthärtetiefe, Grenzhärte, Verfahren zur Härteverlaufsprüfung, Lage des Querschnitts und Probenzugabe
- Kernhärte oder mechanische Eigenschaft, Probenorientierung und -lage, Prüftemperatur und repräsentiertes Los
- Jominy-Band, Messabstände, Prüfhäufigkeit, Berichte und Berechnungserlaubnis nur bei Vorgabe durch die Auslegung
- Schleifzugabe, Stadium der Fertigmaßherstellung, Geradheitsgrenzen, Korrekturverfahren und Plan zur Verzugsbeherrschung
- Entkohlung, Rissprüfung, Oberflächenqualität, ZfP-Methode, Akzeptanzkriterien und Nacharbeitsregeln
- Schmelzenanalyse, Prüfbescheinigung, tatsächliche Ergebnisse, Rückverfolgbarkeit von der Schmelze zum Bauteil, Kennzeichnung und Aufbewahrung der Aufzeichnungen
- Vergleichsmatrix für Alternativen aus 40Cr oder 42CrMo4, zuständiger Ingenieur, Kundenfreigabe sowie Auswirkungen auf Lieferzeit und Preis
- Verpackung, Konservierung, Bestimmungsort, Incoterm, Versanddokumente und Abgleich bei der Wareneingangsprüfung
Referenzen
- ISO 683-1:2016 Unlegierte Stähle zum Härten und Anlassen
- SAE J403_202402 Chemische Zusammensetzung von SAE-Kohlenstoffstählen
- GB/T 3077-2015 Legierte Konstruktionsstähle
- ISO 683-2:2016 Legierte Stähle zum Abschrecken und Anlassen
- ISO 642:2024 Stahl — Prüfung der Härtbarkeit durch Stirnabschrecken
- ISO 404:2013 Stahl und Stahlprodukte – Allgemeine technische Lieferanforderungen
- Goñi et al. — Einfluss der Materialzusammensetzung und der Abschreckintensität auf die numerische Vorhersage von Eigenspannungen und Härte in induktionsgehärteten Zylindern
Unterstützung bei Anfragen
Zwei Werkstoffoptionen im Vergleich?
Senden Sie die Zeichnung oder RFQ mit Stahlsorte, Abmessungen, Lieferzustand, Verarbeitung, Prüfung, Menge und Bestimmungsort. Wir können offene Punkte vor der Angebotserstellung kennzeichnen.