4340 RHC 30-35 Rundstahl bietet eine zuverlässige Kombination aus hoher Festigkeit, Duktilität, Bruchzähigkeit und tiefer Härtbarkeit für Bauteile, die eine stabile Durchhärtung im Bereich Rockwell C 30-35 erfordern. Eine ordnungsgemäße Abschreck- und Vergütungsbehandlung führt zu einem ausgewogenen Gefüge, das eine lange Ermüdungslebensdauer und Schlagfestigkeit für Teile wie Wellen, Stifte, schwere Befestigungselemente und Fahrwerksverbindungen für die Luft- und Raumfahrt bietet.

Was ist 4340er Stahl?

4340 ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und einer Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung, der überall dort eingesetzt wird, wo eine hohe Kombination von Festigkeit und Zähigkeit erforderlich ist. Wenn er in vergütetem Zustand geliefert wird und eine Rockwell-Härte von etwa 30-35 HRC erreicht (hier als RHC 30-35 bezeichnet), ist der Rundstahl ein ausgezeichnetes Rohmaterial für stark belastete rotierende Wellen, Flugzeugteile, schwere Bolzen und hochbelastete strukturelle Verbindungselemente. Zu den typischen Lieferpraktiken gehören vorgehärtete und angelassenen Rundstäbe, die den Spezifikationen der Luft- und Raumfahrt oder der Industrie entsprechen.

Chemische Zusammensetzung und metallurgische Bedeutung der Schlüsselelemente

Nachstehend finden Sie eine übersichtliche Zusammensetzungstabelle, die die in der Industrie üblichen Bereiche für AISI/SAE 4340 widerspiegelt (UNS G43400 / AMS-Varianten gibt es für Premiumprodukte).

Diese chemische Zusammensetzung führt zu einer tiefen Härtbarkeit und einer angelassenen Martensitmatrix nach einer geeigneten thermischen Verarbeitung, die den nützlichen mechanischen Umschlag der Sorte untermauert.

Physikalische Eigenschaften

• Dichte: ~7,85 g/cm³

• Elastizitätsmodul (Young's): ~200-210 GPa

• Schermodul: ~80 GPa

• Wärmeleitfähigkeit und -ausdehnung: Werte, die mit legierten Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt übereinstimmen; genaue Auslegungswerte sind in den jeweiligen Werkszeugnissen angegeben.

Diese Basiswerte eignen sich für technische Spannungs-/Dehnungsberechnungen und Finite-Elemente-Modelle, wenn sie mit wärmebehandlungsabhängigen Festigkeitsangaben kombiniert werden.

Mechanische Eigenschaften nach Anlaßzustand

Die Tabelle fasst repräsentative Bereiche der mechanischen Eigenschaften von 4340 Rundstahl unter üblichen Bedingungen zusammen. Die tatsächlichen Eigenschaften variieren je nach Lieferant, Wärmebehandlung, Querschnittsgröße und Prüfverfahren.

Anmerkung: Die Eigenschaften hängen stark von der Querschnittsgröße und dem genauen Temperierungsprotokoll ab. Für die Auslegung von Sicherheitsfaktoren sind die vom Lieferanten zertifizierten Prüfberichte zu verwenden.

Härteziel RHC 30-35: Wärmebehandlungspläne und erwartete Ergebnisse

Die Herstellung eines gleichmäßigen Härtegrads von 30-35 HRC bei einem Rundstab erfordert eine disziplinierte Wärmebehandlung. Es gibt mehrere kommerziell bewährte Verfahren; in der Übersichtstabelle sind gängige Industrierezepte aufgeführt.

Praktische Anmerkung: Das Anlassen bei niedrigeren Temperaturen (180-220°C) ergibt eine sehr hohe Härte, aber eine geringe Zähigkeit; das Anlassen bei 450-650°C ergibt ein günstiges Verhältnis zwischen Zähigkeit und Härte, das für RHC 30-35 verwendet wird. Bei Stäben mit großem Durchmesser müssen die Anlasszeiten an den Querschnitt des Materials angepasst werden, um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.

Herstellung, Größen, Toleranzen und typische Lieferformen

4340 Rundstahl wird in folgenden Abmessungen geliefert:

• Warmgewalzte Rundlinge (große Längen, wirtschaftlich)

• Kaltgefertigte/gedrehte Runden (engere Toleranzen, bessere Oberflächengüte)

• Vorgehärtete und angelassenen Runden (spezifizierte Härte geliefert)

Typischer Durchmesserbereich, der von Fabriken und Händlern angeboten wird: 6 mm bis zu 300 mm+, je nach Werk und Schmiedekapazität. Standardlängen in der Regel 3-6 m; Ablängen auf Anfrage möglich. Toleranzklassen (h9, h10, etc.) und Zertifizierungen (EN 10204 3.1/3.2, Werksprüfzeugnisse) sind gängige Geschäftspraxis.

Mikrostrukturverhalten, Bruch und Ermüdungsleistung

Nach dem Vergüten besteht das Mikrogefüge von 4340 in der Regel aus angelassenem Martensit mit fein verteilten Übergangskarbiden. Dieses Gefüge ergibt eine hohe Zugfestigkeit zusammen mit einer bemerkenswerten Bruchzähigkeit. Die Ermüdungsfestigkeit ist überragend, wenn:

• Druckeigenspannungen an der Oberfläche vorhanden sind (Kugelstrahlen, Induktionshärten), oder

• Die Oberflächenbeschaffenheit ist gut und Spannungskonzentrationen werden minimiert.

Für rotierende Wellen und zyklische Belastungen wird ein Anlassen im Bereich von 450-650°C empfohlen, um die Kerbschlagarbeit zu maximieren und gleichzeitig die Härte im erforderlichen Fenster zu halten. Konstrukteure sollten für einsatzkritische Teile Ermüdungsprüfungsdaten vom Lieferanten anfordern.

Sekundäre Operationen: Bearbeitung, Schweißen, Oberflächenhärtung, Nitrieren

• Bearbeitungen: Die Zerspanbarkeit ist mäßig; am besten im geglühten oder normalisierten Zustand zu bearbeiten. Ein Produkt mit hoher Härte erfordert geeignete Werkzeuge, Vorschübe und Kühlmittel.

• Schweißen: Vorwärmung und Wärmebehandlung nach dem Schweißen empfohlen; bei der Auswahl des Schweißzusatzes müssen Härtbarkeit und Rissanfälligkeit berücksichtigt werden. Das Schweißen durch vollständig gehärtete Abschnitte ist ohne kontrollierte Verfahren sehr riskant.

• Oberflächenbehandlungen: Induktionshärten, Flammhärten oder Nitrieren erhöhen die Verschleißfestigkeit der Oberfläche bei gleichzeitiger Erhaltung der Durchgangszähigkeit. Durch Nitrieren kann die Einsatzhärte auf Rc 60+ erhöht werden, während die Kernzähigkeit erhalten bleibt.

Qualitätskontrolle, Prüfung und Rückverfolgbarkeit

Für kritische Teile Anfrage:

• Werksprüfzeugnis EN 10204 3.1/3.2

• Härtekarte (mehrere Rockwell-C-Werte quer und längs der Stange)

• Bericht über Zugversuch und Charpy-Kerbschlagbiegeversuch (falls angegeben)

• Bericht über die chemische Analyse und Identifizierung der Hitze/Charge

• Einhaltung der AMS/ASTM oder der Luft- und Raumfahrtspezifikationen der Zulieferer, falls erforderlich (AMS 6414, ASTM A322, ASTM A29 Varianten existieren).

Möglichkeiten der zerstörungsfreien Prüfung: Ultraschallprüfung, Magnetpulverprüfung und Oberflächenrissprüfung sind bei Teilen mit hoher Integrität üblich.

Hinweise zur Anwendungsauswahl und technische Tipps

• Wählen Sie RHC 30-35, wenn das Teil mäßig verschleißfest sein muss und gleichzeitig die Zähigkeit bei Stößen erhalten bleiben soll.

• Für extrem hohe Verschleißanforderungen verwenden Sie eine härtere Hülse mit einem Kern von 30-35 HRC oder wählen Sie eine höhere Härte, wenn die Ermüdungsbelastung dies zulässt.

• Prüfen Sie bei großen Abschnitten die Härtbarkeitstabellen und fordern Sie vom Wärmebehandler repräsentative Prüfstücke an, um die endgültigen Eigenschaften zu bestätigen.

Checkliste für die Beschaffung und die entsprechenden Noten

Bei der Bestellung von 4340 RHC 30-35 Rundstahl ist Folgendes anzugeben:

• Genaue chemische Zusammensetzung oder Spezifikation (z. B. AMS 6414 VAR, ASTM A322, UNS G43400)

• Gewünschter Härtebereich und Messverfahren (Rockwell C)

• Querschnittsgröße und Oberfläche (warmgewalzt vs. kaltgewalzt)

• Erforderliche Prüfungen (Charpy, Zugfestigkeit, Härtekarte)

• Rückverfolgbarkeitsebene (EN 10204 3.1/3.2)

• Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, Verpackung und Lieferfristen

Gemeinsame internationale Entsprechungen: 34CrNiMo6 (EN), 1.6582 (Deutschland), SNCM447 (Japan); Bestätigung der mechanischen und chemischen Gleichwertigkeit mit dem Lieferanten.

Anleitung zur Handhabung, Lagerung und Inspektion

• Lagern Sie die Stäbe in trockenen, abgedeckten Regalen, um Oberflächenrost zu vermeiden.

• Prüfen Sie das eingehende Material auf Werkskennzeichen und vergleichen Sie die Zertifikate mit den Schmelznummern.

• Führen Sie vor der Bearbeitung Stichproben der Härte durch, um den gelieferten Zustand zu bestätigen.

• Wenn das Material im Haus wärmebehandelt wird, überprüfen Sie das Abschreckmedium, die Kalibrierung des Ofens und die Kontrolle der Abkühlgeschwindigkeit.

Tabelle A - Typische Anlasstemperatur im Vergleich zum erwarteten HRC-Wert (annähernd; siehe Kurven der Lieferanten)

(Werte zur Veranschaulichung; die tatsächlichen Ergebnisse hängen von der Legierung, der Abschreckung und der Abschnittsgröße ab).

Tabelle B - Schnellvergleich: 4340 RHC 30-35 gegenüber gängigen Alternativen

FAQs

1. Was bedeutet "RHC 30-35"?
   RHC bezeichnet die Rockwell-Härte, gemessen auf der C-Skala. Der Zahlenbereich 30-35 definiert das Zielhärteband für Kernmaterial.

2. Kann 4340 auf 30-35 HRC vorgehärtet geliefert werden?
   Ja. Viele Werke bieten vorgehärteten und angelassenen Stabstahl an, der für einen bestimmten Rockwell-C-Bereich zertifiziert ist.

3. Ist 4340 mit 30-35 HRC bearbeitbar?
   Eine maschinelle Bearbeitung ist möglich, aber die Lebensdauer der Werkzeuge nimmt im Vergleich zu geglühten Stangen ab. Für die Bearbeitung großer Mengen sollten Sie die gelieferten Stangen in einem weicheren Zustand kaufen und die fertigen Teile dann bei Bedarf wärmebehandeln.

4. Wird das Nitrieren für 4340 RHC 30-35 empfohlen?
   Das Nitrieren ist möglich und erhöht die Oberflächenhärte erheblich, während die Kernzähigkeit erhalten bleibt. Bestätigen Sie die Kompatibilität des Nitrierverfahrens mit dem Grundwerkstoff.

5. Verändert die Querschnittsgröße die erreichbare Härte?
   Ja. Größere Durchmesser härten weniger gründlich. Fordern Sie beim Wärmebehandler Prüfstücke für die vorgesehene Geometrie an.

6. Welche Tests sollten der Sendung beiliegen?
   Chemische Analyse des Walzwerkes, Zugversuch, Härtemessung und, falls erforderlich, ein Zertifikat nach EN 10204 3.1/3.2 oder ein gleichwertiges Zertifikat.

7. Kann 4340 ohne Nacherwärmung geschweißt werden?
   Beim Schweißen von hochhartem 4340 ohne Vorwärmung und Wärmebehandlung nach dem Schweißen besteht die Gefahr der Rissbildung. Verwenden Sie qualifizierte Verfahren.

8. In welchen Branchen wird üblicherweise 4340 RHC 30-35 verwendet?
   Luft- und Raumfahrt, Schwermaschinenbau, Öl und Gas, Automobilkomponenten und Bergbauausrüstung.

9. Welche Oberflächenbehandlung trägt zur Ermüdungsfestigkeit bei?
   Kugelstrahlen, Polieren und die Beseitigung von Spannungskonzentratoren verbessern die Ermüdungsleistung.

10. Welche Norm soll ich bei der Bestellung angeben?
    Verwenden Sie die von Ihrem Kunden gewünschte spezifische AMS- oder ASTM-Norm. Für Premium-Qualität in der Luft- und Raumfahrt geben Sie AMS 6414 (VAR) oder eine ähnliche Norm an; für die industrielle Lieferung geben Sie ASTM oder SAE-Äquivalente an.

Technische Hinweise für Verfasser von Spezifikationen

• Geben Sie die Härtetoleranz (+/-1-2 HRC) und das Messverfahren an.

• Geben Sie die erforderlichen Prüfstellen und die Anzahl der Härtemessungen pro Länge/Durchmesser an.

• Bei sicherheitskritischen Bauteilen sind Schlagprüfungen bei Auslegungstemperaturen erforderlich.

• Bestehen Sie auf der Rückverfolgbarkeit der Schmelznummer und auf Rückstellmustern für Fehleruntersuchungen.

Beschaffung, Vorlaufzeiten und Kostentreiber

Zu den Kostenfaktoren gehören: Qualitätsstufe (handelsüblich vs. VAR/VAC-ARC), Durchmesser, Oberflächenbehandlung, erforderliche Prüfungen und Komplexität der Wärmebehandlung. Hochwertiges 4340 für die Luft- und Raumfahrt (VAR/CEVM) ist teurer und erfordert längere Lieferzeiten. Typische Vorlaufzeiten für Händler variieren von sofortiger Verfügbarkeit bis zu 4-8 Wochen für kundenspezifische Wärmebehandlung und Zertifizierung. twmetals.comrisingstarsteel.com

Maßgebliche Referenzen

• MatWeb / ASM - 4340 Stahl (Datenblatt zu den mechanischen Eigenschaften)
• Carpenter Technology - 4340 VAC-ARC / Datenblatt (Wärmebehandlungskurven)
• SSA Corp - Datenblatt 4340 AMS 6414 VAR (Premium-Luftfahrtspezifikation)
• Atlas Steels - Durchhärtender Stabstahl 4340 (Technisches Merkblatt)