ASTM A108 Werkstoff: Äquivalent, Eigenschaften, Spezifikationen

ASTM A108 ist die wichtigste amerikanische Spezifikation für kaltgefertigte Stäbe aus unlegiertem und legiertem Stahl, die dort eingesetzt werden, wo enge Toleranzen, zuverlässige Bearbeitbarkeit und gleichbleibende mechanische Leistung erforderlich sind. Sie umfasst viele häufig verwendete Güten (1010 → 1144 und andere Bezeichnungen), unterstützt mehrere Wärmebehandlungszustände und ist in der Industrie die erste Wahl für Wellen, Verbindungselemente, Achsen, Spindeln und Drehteile im allgemeinen Maschinenbau. Die Wahl der richtigen A108-Sorte und des richtigen Zustands bietet ein vorhersehbares Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Oberfläche für die Großserienfertigung oder für einzelne Präzisionskomponenten.

Was deckt ASTM A108 ab?

ASTM A108 ist eine Spezifikation, die Anforderungen definiert für Kaltgefertigter Stabstahl aus unlegiertem und legiertem Stahl in geraden Längen und in Ringen hergestellt. Das Hauptziel ist die Bereitstellung von Standardqualitätsstäben, die sich für die Wärmebehandlung, für die Bearbeitung zu Fertigteilen oder für die Verwendung im unbearbeiteten Zustand für Wellen und ähnliche Konstruktionszwecke eignen. Das Dokument legt Grenzwerte für die chemische Zusammensetzung fest, identifiziert die Güteklassen durch numerische Bezeichnungen (viele entsprechen den gängigen AISI/SAE-Nummern) und definiert die erforderlichen Prüfungen und Abnahmekriterien.

Kurze Geschichte und aktuelle Ausgabe

Die ASTM A108 hat eine lange Geschichte (sie wurde erstmals Anfang des 20. Jahrhunderts verabschiedet) und wird regelmäßig überarbeitet. Die jüngste genehmigte Ausgabe wurde 2024 veröffentlicht (A108-24) und enthält Klarstellungen und redaktionelle Aktualisierungen, wobei der Kernbereich für kalt bearbeitete Stäbe beibehalten wurde. Einkäufer und Ingenieure sollten bei Bestellungen die vollständige Bezeichnung und das Jahr (z. B. "ASTM A108-24") angeben, um Unklarheiten zu vermeiden.

Wie A108 organisiert ist: Noten, Nummerierung und Äquivalente

A108 listet viele Sorten auf, die üblicherweise durch die bekannten AISI/SAE-Nummern ausgedrückt werden, wie z. B. 1010, 1018, 1020, 1045, 1060, 1117, 1144, 12L14, 1215 und andere. Für jede Sorte sind Grenzwerte für die Zusammensetzung und in einigen Fällen typische mechanische Eigenschaften oder Anweisungen für die Wärmebehandlung angegeben. Viele Lieferanten und Werke verweisen auf die entsprechende AISI- oder SAE-Bezeichnung in Verbindung mit der A108-Sorte, um Maschinenbauern und Konstrukteuren die Materialauswahl zu erleichtern. In den Katalogen der Lieferanten sind die A108-Sorten oft den handelsüblichen Stangenprodukten zugeordnet.

Gemeinsame A108-Güteklasse → Äquivalente

Hinweis: "Äquivalent" bedeutet allgemein verwendete Querverweisbezeichnungen. Bestätigen Sie immer die chemischen Grenzwerte und mechanischen Eigenschaften für Ihre Anwendung.

• A108 Güteklasse 1018

  • Typische Bezeichnung: AISI/SAE 1018, UNS G10180. Weit verbreitet als A108 kaltverformt 1018 geliefert.

• A108 Güteklasse 1045

  • Typische Bezeichnung: AISI/SAE 1045, UNS G10450. Gemeinsames europäisches Äquivalent: EN C45 / 1.0503 (C45).

• A108 Besoldungsgruppe 1117

  • Typische Bezeichnung: AISI/SAE 1117, UNS G11170. In vielen ASTM/SAE-Spezifikationen (z. B. A29, A576) mit Querverweisen versehen.

• A108 Besoldungsgruppe 1215

  • Typische Bezeichnung: AISI/SAE 1215 (neu geschwefelter frei bearbeitbarer Kohlenstoffstahl). Erscheint auch in den A108-Listen.

• A108 Güteklasse 4140 (bei Aufruf unter A108 als Legierungsoption)

  • Typische Bezeichnung: AISI/SAE 4140 (Chrom-Molybdän-legierter Stahl). Europäische Äquivalente: verschiedene EN 1.7225 usw. (Spezifikation überprüfen).

Typische chemische Zusammensetzungen

Anmerkung: Die unten aufgeführten Zusammensetzungsbereiche sind repräsentativ; die endgültige Annahme richtet sich nach der in der Bestellung angegebenen Ausgabe der ASTM A108 und den Prüfzeugnissen des Lieferanten.

Tabelle 1 - Repräsentative chemische Bereiche für gängige A108-Sorten (Gew. %)

Auslegung: Wählen Sie kohlenstoffarmen Stahl (1010/1018) für Tiefziehen, Biegen und mäßige Bearbeitung; wählen Sie mittelharten Stahl (1045) für Teile, die nach der Wärmebehandlung eine höhere Kernfestigkeit oder Härte benötigen; wählen Sie bleihaltige Sorten (1117/1144/12L14) für hochproduktive Dreharbeiten.

(Quellen: ASTM A108 Zusammensetzungstabellen und allgemeine Materialdatenblätter).

Mechanische Eigenschaften und Wärmebehandlungsbedingungen

Die mechanischen Eigenschaften hängen stark von der Sorte und dem Zustand (geglüht, normalisiert, vergütet oder gedreht/geschliffen) ab. A108 deckt ab Standardqualität kaltverformt Stangen und ermöglicht eine Vielzahl von Oberflächenbehandlungen und Wärmebehandlungen pro Sorte.

Tabelle 2 - Typische mechanische Bereiche

Anmerkungen:

• Die oben genannten Werte sind typische Werksdaten und variieren je nach Wärmebehandlung und Profilgröße. Für die Auslegung sind stets die Prüfberichte der Lieferanten (Werksprüfzeugnisse) zu verwenden, die mit der spezifischen Wärmenummer verknüpft sind.

Maßtoleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und verfügbare Formen

A108 definiert Toleranzen für kaltgewalzte Stäbe (rund, quadratisch, sechskantig, flach) und erlaubt es, in Zeichnungen gedrehte, geschliffene oder polierte Oberflächen anzugeben. Die Kaltbearbeitung ermöglicht im Vergleich zu warmgewalzten Stäben eine genauere Maßkontrolle und eine bessere Oberflächenbeschaffenheit.

Gemeinsame Formen:

• Gerade Längen (auf Länge geschnitten).

• Kaltgewalzter Stabstahl (für einige Sorten).

• Gedrehte, geschliffene und polierte Stangen für Lager- und Wellenanwendungen.

In den Katalogen der Lieferanten werden häufig Toleranzklassen angegeben; wenn enge Passungen erforderlich sind, geben Sie bei der Bestellung die Ausführung und die Toleranzklasse an (z. B. "gedreht und geschliffen auf ±0,002 Zoll"). McMaster und größere Händler führen Lagergrößen und Toleranzen für A108-Artikel auf.

Produktionswege und Qualitätskontrollen

Typische Produktionsschritte für einen kaltgefertigten Stab des Typs A108:

1. Produktion von warmgeschmiedeten Knüppeln (Schmelzen, Gießen, Warmwalzen).

2. Kaltfeinbearbeitung durch Ziehen, Kaltwalzen oder Drehen, um Abmessungen und Oberflächengüte zu erreichen.

3. Wärmebehandlung (falls für die Klasse erforderlich).

4. Prüfung - chemische Analysen, Zugprüfungen, Härteprüfungen und manchmal PMI (positive Materialidentifikation) oder Ultraschallprüfungen für kritische Teile.

5. Mühlenprüfbericht (MTR) die jedes Los begleiten und die Übereinstimmung mit der angegebenen Ausgabe der ASTM A108 dokumentieren.

Käufer sollten eine vollständige MTR und, falls erforderlich, eine Inspektion durch einen Dritten oder eine Zeugenprüfung für kritische strukturelle Komponenten verlangen.

Typische Anwendungen und Auswahlregeln

A108-Stangen werden unter anderem in der Automobilindustrie, in Landmaschinen, im allgemeinen Maschinenbau, in der Kraftübertragung (Wellen, Bolzen), in Befestigungselementen und in Werkzeugdornen eingesetzt. Auswahlregeln:

• Für Dreharbeiten mit hohem Durchsatz wählen Sie die frei zerspanenden Sorten (1117, 1144, 12L14).

• Für Teile, die eine höhere Kernfestigkeit oder Einsatzhärtung erfordern, verwenden Sie 1045 oder eine Variante mit höherem Kohlenstoffgehalt und geben Sie die Wärmebehandlung an.

• Für Wellen, die eine hohe Rundlaufgenauigkeit und Oberflächengüte erfordern, ist eine gedrehte und geschliffene Ausführung sowie ein entsprechendes Toleranzband anzugeben.

Anmerkung zum Fall: Ein Hersteller, der für eine gedrehte Kupplung von 1018 auf 1144 wechselte, sparte 22% Zykluszeit pro Teil aufgrund einer verbesserten Spankontrolle und eines geringeren Werkzeugverschleißes - ein Beispiel dafür, wie sich die Materialwahl auf die Wirtschaftlichkeit der Fertigung auswirkt.

Fertigung, Bearbeitung, Schweißen und Oberflächenbehandlung

Bearbeitungen: Niedriglegierte, kohlenstoffarme Sorten lassen sich leicht bearbeiten; bleihaltige Sorten bieten eine hervorragende Spankontrolle und höhere Vorschubgeschwindigkeiten. Werkzeugauswahl: Hartmetalleinsätze für hohe Geschwindigkeiten; HSS für kleine Werkstätten akzeptabel.

Schweißen: Viele A108-Sorten sind schweißbar, aber mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt ist mit einer geringeren Schweißbarkeit zu rechnen (z. B. 1045). Für dickere Abschnitte oder kritische Anwendungen kann eine Vorwärmung, Zwischenlagenkontrolle und Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich sein.

Oberflächenbehandlungen: Zu den üblichen Behandlungen gehören Nitrieren, Aufkohlen (bei mittleren Kohlenstoffsorten), Phosphatieren und verschiedene Beschichtungs- oder Anstrichsysteme zum Korrosionsschutz.

Bewährte Verfahren für Inspektion, Zertifizierung und Rückverfolgbarkeit

Immer anfordern:

• Vollständiger Prüfbericht der Mühle (chemische Analyse und mechanische Tests).

• Rückverfolgbarkeit der Wärmenummer auf jedem Bündel oder Stück.

• Maßprüfungsberichte, wenn enge Toleranzen bestellt wurden.

• Die Revision des Zertifikats entspricht der in der Bestellung angegebenen ASTM-Ausgabe.

Fügen Sie bei sicherheitskritischen Teilen Klauseln über die Prüfung durch Dritte oder die zerstörungsfreie Prüfung (NDT) in den Vertrag ein.

Checkliste für die Beschaffung und Bestellbeispiel

Checkliste:

• ASTM-Bezeichnung und Jahr (z. B. ASTM A108-24).

• Güteklasse (AISI/SAE-Nummer, z. B. 1018).

• Zustand und Ausführung (gedreht, geschliffen, poliert).

• Wärmebehandlung (geglüht, normalisiert, gehärtet).

• Menge, Längen und Toleranzbereich.

• Inspektionsanforderungen (MTR, NDT, Zeugenprüfung).

• Verpackungs- und Versandvorschriften.

Bestellbeispiel:

"Liefern Sie ASTM A108-24, Grade 1045, kaltgefertigte gedrehte und geschliffene Stäbe, 1,25 Zoll Durchmesser ±0,002 Zoll, Längen 300 mm ±5 mm, normalisierter Zustand, MTR pro Schmelznummer, 2.000 Stück."

Hinweise zu Versand, Lagerung und Handhabung

• In trockenen, belüfteten Räumen lagern, um Korrosion zu vermeiden.

• Schützen Sie gedrehte/geschliffene Oberflächen mit Papierumhüllungen oder Korrosionsschutzmitteln für Überseetransporte.

• Etikettieren Sie die Bündel nach Sorte und Schmelznummer, um die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.

Hinweise zu Querverweisen und Substitution

• ASTM A29 umfasst warmgewalzten Stabstahl und wird häufig verwendet, wenn warmgewalztes Material akzeptabel ist. A108 bietet im Allgemeinen engere Toleranzen für kalt nachbearbeitete Anwendungen.

• Europäische Äquivalente: EN-Normen unterscheiden sich in der Aufzählung; direkte Eins-zu-eins-Entsprechungen gibt es nicht für jede A108-Sorte. Bei der Ersetzung müssen die chemischen und mechanischen Eigenschaften übereinstimmen, und die Gleichwertigkeit muss in der Bestellung dokumentiert werden.

Praktische Auswahlmatrix (Tabelle)

Tabelle 3 - Schnellauswahlmatrix

Praktische Tipps von Produktionsingenieuren

• Führen Sie beim Hochfahren der Produktion Vergleichsversuche für die Werkzeugstandzeit zwischen 1018 und 1144 durch; manchmal werden die etwas höheren Materialkosten durch niedrigere Bearbeitungskosten ausgeglichen.

• Für Kleinserien von Präzisionswellen geben Sie gedreht und geschliffen an und benötigen eine Zielvorgabe für die Oberflächenrauheit (z. B. Ra ≤ 0,8 µm).

• Wenn die Teile beschichtet werden sollen, führen Sie nach der abschließenden Wärmebehandlung Adhäsionstests durch, um die Kompatibilität der Beschichtung zu überprüfen.

Tabellen zum schnellen Nachschlagen

Tabelle 4 - Repräsentative Toleranzbänder für gedrehte und geschliffene A108 Rundstäbe

(Bestätigen Sie die genauen Toleranzbereiche mit dem Lieferanten oder beziehen Sie sich auf die Toleranztabellen in der Norm A108).

Häufige Fallstricke und wie man sie vermeidet

• Fallstrick: Bestellung von "A108" ohne Ausgabejahr. Reparieren: Geben Sie immer das Jahr an (z. B. A108-24).

• Fallstrick: Unter der Annahme gleicher Eigenschaften zwischen gedrehtem und geschliffenem Produkt und warmgewalztem Stabstahl. Reparieren: Geben Sie die Ausführung und die Toleranzklasse an.

• Fallstrick: Wegfall der MTR-Anforderung. Reparieren: MTR für jede Partie obligatorisch machen.

FAQs

1. Was ist der Hauptunterschied zwischen ASTM A108 und ASTM A29?
A108 deckt kaltverformt Stäbe mit engeren Toleranzen und Oberflächen; A29 behandelt warmgeschmiedete Stäbe und allgemeine Anforderungen. Geben Sie die Standardausgabe auf der Bestellung an.

2. Kann ich jede Sorte A108 wärmebehandeln?
Viele A108-Sorten können wärmebehandelt werden, wobei Sorten mit mittlerem Kohlenstoffgehalt am besten reagieren. Erkundigen Sie sich beim Werk und geben Sie das gewünschte Wärmebehandlungsverfahren in der Bestellung an.

3. Sind verbleite Sorten für Konstruktionsteile geeignet?
Bleihaltige Sorten verbessern die Zerspanbarkeit, können aber die Zähigkeit verringern; vermeiden Sie sie für sicherheitskritische oder ermüdungsanfällige Strukturen. Verwenden Sie sie für gedrehte, nicht-strukturelle Teile.

4. Wie kann ich die Rückverfolgbarkeit von Materialien sicherstellen?
Verlangen Sie Werksprüfberichte (MTRs) mit Schmelznummern und verlangen Sie vom Lieferanten, dass er die Bündel mit Schmelznummern und Güteklasse kennzeichnet. Nehmen Sie Rückverfolgbarkeitsklauseln in Verträge auf.

5. Welche Oberfläche sollte ich für Präzisionslager bestellen?
Gedreht und geschliffen mit einer bestimmten Oberflächenrauheit (z. B. Ra ≤ 0,8 µm) und Rundlauftoleranz. Bestätigen Sie durch eine Musterabnahme.

6. Kann das Material A108 nach der Lieferung kalt verformt werden?
Güten mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (1010, 1018) können gebogen und geformt werden; Güten mit mittlerem Kohlenstoffgehalt sind weniger dehnbar und können ohne Glühen reißen.

7. Kann die Sorte 1045 aufgekohlt werden?
Ja. 1045 ist eine gängige Wahl für das Einsatzhärten, sofern die Querschnittsgröße und die Zyklusparameter kontrolliert werden. Geben Sie immer Nachbehandlungskontrollen an.

8. Gibt es EN-Äquivalente für A108-Sorten?
Es gibt keine exakte universelle Eins-zu-eins-Zuordnung; wählen Sie die EN-Sorten nach der Übereinstimmung von Chemie und mechanischen Eigenschaften und dokumentieren Sie die Substitution.

9. Welche Tests sind typisch für den Eingang?
Sichtprüfung, Maßprüfung, Gegenprüfung von Zertifikaten, Härteprüfung (Stichproben) und Zugversuche an Mustern, sofern vertraglich vorgeschrieben.

10. Wie sollte ich Stäbe lagern, um Korrosion zu vermeiden?
In trockenen Innenräumen aufbewahren, bei längerer Lagerung VCI-Papier (flüchtige Korrosionsschutzmittel) verwenden und direkten Kontakt mit Betonböden vermeiden.

Maßgebliche Referenzen

• ASTM A108 - Standard Specification for Steel Bar, Carbon, Cold-Finished (offizielle Seite der ASTM)
• ASTM A108-24 - Informationen zur neuesten Ausgabe und Zusammenfassung der Dokumente (standards.iteh.ai)
• AISI 1018 Kohlenstoffstahl - Werkstoffdaten und mechanische Eigenschaften (AZoM)