4140 vs. 1018 Stahl: Wie man die richtige Sorte wählt

Wenn Ihr Bauteil eine hohe Zugfestigkeit, Verschleiß- und Ermüdungsbeständigkeit benötigt und auf Härte wärmebehandelt werden kann, SAE/AISI 4140 ist die bessere Wahl, wenn Sie Wert auf niedrige Kosten, leichte Schweißbarkeit, hervorragende Kaltverformbarkeit und allgemeine Bearbeitbarkeit für einfache Wellen, Bolzen oder leichte Teile legen, AISI 1018 ist in der Regel die klügere Wahl. Für harte Fertigteile, die starken Belastungen oder Stößen standhalten müssen, wählen Sie 4140 (auf die erforderliche Härte wärmebehandelt). Für geschweißte Baugruppen, aufgekohlte Oberflächen oder kostengünstige Prototypen, wählen Sie 1018.

Was ist 4140 und 1018 Stahl?

4140 ist ein Chrom-Molybdän-legierter Stahl mit einem wesentlich höheren Gehalt an Kohlenstoff und Legierungselementen als 1018; dieser Legierungsgehalt verleiht 4140 eine bessere Härtbarkeit, eine höhere Zugfestigkeit und eine weitaus bessere Ermüdungsbeständigkeit nach der richtigen Wärmebehandlung. 1018 ist ein kohlenstoffarmer (weicher) Stahl, der wegen seiner Schweißbarkeit, Formbarkeit und seines niedrigen Preises geschätzt wird. Wählen Sie 4140 für Zahnräder, Achsen und schwere Maschinenteile, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern; wählen Sie 1018 für Bolzen, Wellen, Halterungen und Teile, die geschweißt werden oder einen weichen Kern für die Umformung erfordern.

Chemische Zusammensetzung

• AISI/SAE 4140 (typische Zusammensetzung): C ≈ 0,38-0,43%, Cr ≈ 0,8-1,1%, Mn ≈ 0,75-1,0%, Mo ≈ 0,15-0,25%, Si ≈ 0,15-0,30%. Diese Legierungselemente erhöhen die Härtbarkeit, Festigkeit und Zähigkeit gegenüber unlegierten Stählen.

• AISI 1018 (typische Zusammensetzung): C ≈ 0,15-0,20%, Mn ≈ 0,60-0,90%, Rest im Wesentlichen Eisen mit geringem S/P. Der niedrige Kohlenstoffgehalt bedeutet, dass 1018 nicht nennenswert durch Vergüten gehärtet werden kann - es ist leicht kalt zu formen und zu schweißen.

Warum das wichtig ist: höherer Kohlenstoff + Legierung (Cr, Mo) → 4140 härtet durch den Querschnitt mit Wärmebehandlung → höhere Festigkeit und Ermüdungslebensdauer; niedrigerer Kohlenstoff → 1018 bleibt duktil und schweißbar und ist preiswert.

Mechanische Eigenschaften

Die folgenden Zahlen sind typische Werte; die genauen Chargenwerte entnehmen Sie bitte immer dem Werkszertifikat oder dem Datenblatt des Lieferanten.

Mechanische Kennziffern (geglühter Zustand, wenn nicht anders angegeben):

Anmerkung zum Zitat: Die oben genannten Zugfestigkeits- und Härtebereiche werden durch mehrere Datenblätter und Wärmebehandlungsbeispiele gestützt; für die Beschaffung wird auf spezifische Lieferantenzertifikate verwiesen.

Wärmebehandlung und Härtbarkeit

• 4140: spricht gut auf Austenitisieren → Abschrecken (Öl oder Wasser, je nach Querschnittsgröße) → Anlassen an. Die Härtbarkeit ist aufgrund der Legierung beträchtlich; die Kernhärte in moderaten Abschnitten kann erheblich gesteigert werden. Typische Praxis: Austenitisieren bei 820-860 °C (je nach Abschnitt), Abschrecken, Anlassen auf die Ziel-HRC. ASM/Industriequellen dokumentieren Standard-Anlassrezepte und Mikrostrukturkontrolle für 4140.

• 1018: können aufgrund ihres geringen Kohlenstoffgehalts nicht nennenswert durch Abschrecken und Anlassen gehärtet werden. Für eine harte Oberfläche mit einem duktilen Kern, Aufkohlen (Einsatzhärtung) ist der typische Weg - 1018 ist eine übliche Basis für die Einsatzhärtung. Nitrieren ist weniger effektiv, wenn es nicht richtig legiert ist.

Design-Tipp: Wenn Sie einen zähen Kern und eine harte Oberfläche benötigen, aber eine einfachere Bearbeitung/Schweißung des Rohlings bevorzugen, verwenden Sie 1018 + Aufkohlung für die Oberflächenhärte; wenn Sie eine durchgehende Festigkeit des Teils benötigen, verwenden Sie 4140 mit Abschreckung und Anlassen.

Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Umformbarkeit

• Bearbeitbarkeit: 1018 ist im Allgemeinen leichter zu bearbeiten (gute Spanbildung, höhere Zerspanbarkeit) als vollständig gehärtetes 4140; geglühtes 4140 ist zwar immer noch zerspanbar, verklebt aber die Werkzeuge stärker und erfordert oft härtere Werkzeuge, wenn die Abschnitte legiert oder teilweise gehärtet sind.

• Schweißeignung: 1018 = sehr gute Schweißbarkeit mit Standardschweißverfahren (MIG, WIG, Stick). 4140 = schweißbar, erfordert jedoch ein Vorwärmen und eine kontrollierte Zwischenlagentemperatur, um aufgrund der höheren Härtbarkeit und des höheren Kohlenstoffäquivalents Risse zu vermeiden; für kritische Teile wird häufig eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen empfohlen.

• Umformung und Kaltbearbeitung: 1018 eignet sich hervorragend zum Stanzen, Biegen und Kaltumformen. 4140 ist nicht ideal für die schwere Kaltumformung, wenn das Teil eine hohe Endfestigkeit erfordert (es sei denn, es wird vor der abschließenden Wärmebehandlung umgeformt).

Praktische Ladenregel: Wenn das Teil in der Endmontage geschweißt werden muss, wählen Sie standardmäßig 1018 oder geben Sie PWHT für 4140-Schweißnähte an.

Gemeinsame Anwendungen und Teilebeispiele

• Wo 4140 glänzt: Kurbelwellen, Achsen, Schwerlastwellen, schergefährdete Bolzen, tragende Maschinenteile, Schmiedeteile und Teile, die zur Einhaltung der Ermüdungslebensdauer vergütet werden müssen.

• Wo 1018 glänzt: Wellen für allgemeine Zwecke, Bolzen, Schrauben, Halterungen, kaltgeformte Bauteile, Teile, die geschweißt werden, und Grundmaterial für aufgekohlte Bauteile (z. B. einsatzgehärtete Zahnräder).

Beispiel für eine Auswahlhilfe:

• Hohe Stoß- und Verschleißfestigkeit, kleiner Querschnitt: 4140 abgeschreckt auf Ziel-HRC.

• Große, geschweißte Baugruppen, bei denen die Kosten eine Rolle spielen: 1018 und Konstruktion für dickere Profile oder Oberflächenbehandlung.

Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen

• 1018: üblicherweise aufgekohlt für Verschleißoberflächen (ergibt harte Hülle mit duktilem Kern); auch beschichtet oder lackiert für den Korrosionsschutz.

• 4140: kann für eine verschleißfeste/korrosionsbeständige Oberfläche nitriert werden, wobei die Kernzähigkeit erhalten bleibt; wird auch häufig aufgekohlt oder an bestimmten Stellen induktiv gehärtet; wird häufig mit schwarzem Oxid oder Beschichtung für Korrosionsbeständigkeit verwendet.

Design-Checkliste - Fragen, die vor der Spezifikation zu beantworten sind

• Soll das Teil nach der Bearbeitung geschweißt werden? Wenn ja, bevorzugen Sie 1018 (oder Preplan PWHT für 4140).

• Benötigt das Teil eine Durchgangshärte oder nur eine Oberflächenhärte? Durchgehend hart → 4140; nur Oberfläche → 1018 + Aufkohlen kann ausreichen.

• Ist die Ermüdungsfestigkeit eine Hauptanforderung (rotierende Wellen, Stoßkomponenten)? Wenn ja → 4140 (entsprechend gehärtet).

• Welche Toleranzen gibt es bei der Endbearbeitung und welche Anforderungen gibt es an die Oberflächengüte? Zähere Legierungen können schwieriger zu bearbeiten sein.

• Was ist Ihr Kostenziel und Ihre Lieferfrist? Siehe Abschnitt "Beschaffung" unten.

Kosten, Verfügbarkeit und Beschaffung - einschließlich MWAlloys Angebot

• Die Realität des Marktes: 1018 ist fast immer billiger pro kg und ist in großem Umfang als Walzgut (Bleche, Rundstahl, Stangen) erhältlich. 4140 ist ebenfalls weit verbreitet, aber der Preis ist aufgrund der Legierungselemente und der zusätzlichen Verarbeitung (Wärmebehandlung, Schmieden) höher. Die jüngsten Preisschwankungen bei den Rohstoffen wirken sich auf beide aus, aber 1018 ist im Allgemeinen die wirtschaftlichere Wahl für große Mengen.

• Lieferkette / Chinesische Lieferanten: China ist nach wie vor ein weltweit bedeutender Produzent von Knüppeln und Stabstahlprodukten; viele Werke produzieren AISI 4140 und 1018 nach internationalen Normen. Fordern Sie beim Kauf von ausländischen Lieferanten Prüfberichte der Werke (chemisch und mechanisch) an, bestätigen Sie den Status der Wärmebehandlung und überprüfen Sie Verpackung und Rückverfolgbarkeit.

• MWAlloys bietet (wie wir helfen): MWAlloys liefert sowohl AISI 4140 und AISI 1018 in Stangen-, Platten- und fertigen/verteilten Formen. Wir betonen: 100% Werksdirektpreiseschnelle Lagerlieferung für gängige Größen und vollständige Dokumentation (MTC, Härteberichte). Für kundenspezifische wärmebehandelte Lose oder Schmiedestücke stellen wir Prozesskontrollprotokolle zur Verfügung und können die Anforderungen des Kunden an die Qualitätssicherung erfüllen. Wenden Sie sich an MWAlloys, um wettbewerbsfähige Angebote und eine Liste der verfügbaren Lagerbestände zu erhalten.

Vergleichstabellen 1018 vs. 4140 Stahl

Tabelle A - Schnellentscheidungsmatrix

Tabelle B - Typische Anmerkungen zum Fertigungsprozess

Häufig gestellte Fragen

1. Kann 1018 gehärtet werden?
   Wegen des geringen Kohlenstoffgehalts nicht signifikant durch Vergüten und Anlassen. Verwenden Sie Aufkohlung für eine harte Oberfläche mit einem duktilen Kern.

2. Ist 4140 schweißbar?
   Ja, aber es erfordert eine Vorwärmung und kontrollierte Zwischenlagentemperaturen; bei kritischen Teilen ist eine PWHT durchzuführen, um Eigenspannungen zu reduzieren und Rissbildung zu vermeiden.

3. Was hat eine bessere Ermüdungsfestigkeit - 4140 oder 1018?
   Nach einer ordnungsgemäßen Wärmebehandlung weist 4140 aufgrund der höheren Festigkeit und der Legierungselemente eine höhere Ermüdungsbeständigkeit auf.

4. Kann ich 1018 für Schächte verwenden?
   Ja, für leichte bis mäßige Belastung; für hohe Drehmomente oder hochbelastete rotierende Wellen wählen Sie 4140 und geben Sie eine Vergütung an.

5. Typische Härtebereiche für 4140 nach dem Anlassen?
   4140 kann in einem weiten Bereich angelassen werden (z.B. 30-55 HRC), abhängig von den Anlaßzyklen - geben Sie die Ziel-HRC bei der Bestellung an.

6. Was sind gängige Oberflächenbehandlungen und -beschichtungen?
   Beide können beschichtet oder lackiert werden; 4140 wird in der Regel schwarz oxidiert oder beschichtet; 1018 wird zum Schutz vor Korrosion häufig lackiert oder verzinkt. Oberflächenhärtung (Aufkohlen bei 1018, Nitrieren bei 4140) ist bei Verschleißteilen üblich.

7. Benötige ich Werksprüfzeugnisse (MTC)?
   Fordern Sie für kritische Teile immer MTCs an - diese liefern die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften, die sich auf das Los zurückverfolgen lassen. MWAlloys liefert eine vollständige Dokumentation.

8. Was ist teurer?
   Pro kg kostet 4140 wegen der Legierungszusätze und der Verarbeitungsschritte in der Regel mehr; 1018 ist im Allgemeinen die wirtschaftlichere Option.

9. Kann 1018 für einsatzgehärtete Zahnräder verwendet werden?
   Ja - 1018 ist ein Standard-Aufkohlungsgrundwerkstoff, wenn eine harte Hülle und ein duktiler Kern erforderlich sind.

10. Wie kann man 4140 in einer Bestellung angeben?
    Geben Sie die Güteklasse (SAE/AISI 4140), die Form (Stange/geschmiedet/rund), den Wärmebehandlungsstatus (geglüht/QT & angelassen auf den angegebenen HRC-Wert), die Abmessungen, Toleranzen und die erforderlichen MTCs an.

Beschaffungs-Checkliste für Einkäufer

• Geben Sie an. genau Sorte und Härtegrad (z. B. SAE 4140, vergütet und angelassen auf 36-40 HRC).

• Fragen Sie nach Prüfberichten und Wärmebehandlungsprotokollen.

• Bestätigen Sie bei Schweißnähten die empfohlene Vorwärmung und PWHT.

• Fordern Sie bei Aufträgen mit hohen Stückzahlen die Rückverfolgbarkeit der Chargen und Prüfpläne an.

• Wenn Sie von ausländischen Werken kaufen, führen Sie eine Eingangskontrolle und Härteprüfung durch.

MWAlloys - Fertigungs- und Liefermöglichkeiten

MWAlloys ist ein Direktlieferant mit Lagerverfügbarkeit sowohl für AISI 4140 und AISI 1018 in Standardabmessungen für Stangen, Rundstahl und Platten. Wir betonen:

• 100% Fabrikpreis - kein Aufschlag für Zwischenhändler.

• Schnelle Lieferung auf Lager für gängige Größen aus chinesischen Produktionszentren.

• Umfassende technische Unterstützung - MTC, Wärmebehandlungsprotokolle, Maßprüfungsberichte.

• Kundenspezifische Verarbeitung - Schmieden, Bearbeiten, Vergüten und Einsatzhärten auf Anfrage.

Wenn Sie Zeichnungen und die erforderlichen mechanischen Zielvorgaben liefern, kann MWAlloys eine schlüsselfertige Lösung einschließlich Wärmebehandlung und Prüfung anbieten.

Praktische Fallstudie

Ein mittelgroßer Hersteller benötigte einen langlebigen Stift für einen Hydraulikzylinder. Bei der ursprünglichen Konstruktion wurde 1018 verwendet, und die Stifte fielen bei hochzyklischer Ermüdung aus. Nach der Umstellung auf vergütetes und angelassenes 4140 (auf ~45 HRC) und der Anwendung von Feinschleifen und Kugelstrahlen erhöhte sich die Lebensdauer um das Dreifache. Der Preis dafür waren höhere Materialkosten, aber viel weniger Austauschhäufigkeit und Ausfallzeiten.

Abschließende Empfehlung

• Für tragend, ermüdungskritisch Teile → 4140 mit detaillierten Wärmebehandlungs- und Härtevorgaben angeben.

• Für geschweißte Baugruppen, kaltgeformte Teile oder kostenempfindliche Prototypen → 1018 angeben und Einsatzhärtung in Betracht ziehen, wenn Verschleißflächen benötigt werden.

Maßgebliche Referenzen

• AISI 4140 Alloy Steel - AZoM (Chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, Anwendungen)
• AISI 1018 Stahl, kaltgezogen - MatWeb (Werkstoffdatenblatt und mechanische Eigenschaften)
• Wärmebehandlung von legiertem Stahl 4140 - ASM International (Anleitung zur Wärmebehandlung in der Industrie)