DIN 1652-3 Werkstoff 16MnCr5: Ferritisch-perlitisch geglüht & kaltgezogen für hochfeste Fahrzeugteile
Werkstoffbeschreibung und Anwendungsbereiche
Der Einsatzstahl 16MnCr5 (1.7131) nach DIN 1652-3 ist der klassische Einsatzstahl für den Automobil- und Maschinenbau. In der Lieferbedingung ferritisch-perlitisch geglüht und kaltgezogen (+FP +C) vereint er hohe Kernfestigkeit mit günstigen Zähigkeitseigenschaften – ideal für größere Bauteile mit anspruchsvollen mechanischen Anforderungen.
Typische Anwendungen: Zahnräder, Wellen, Lenkungsteile, Nockenwellen, Kolbenbolzen und andere dynamisch beanspruchte Komponenten mit höheren Kerndurchmessern. Der Mangan-Chrom-Stahl ermöglicht durch seine Legierung eine tiefe Einhärtbarkeit bei guter Zähigkeit.
Einsatztemperaturbereich: -25 °C bis +100 °C (Dauereinsatz bis 0 °C empfohlen)
Optimale Nenngröße: bis 50 mm Durchmesser (für größere Abmessungen 16MnCr5 modifiziert oder 20MnCr5 prüfen)
Chemische Zusammensetzung (Leitanalyse)
| Element | Gehalt [%] |
|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 0,14 – 0,19 |
| Chrom (Cr) | 0,80 – 1,10 |
| Mangan (Mn) | 1,00 – 1,30 |
| Silizium (Si) | ≤ 0,40 |
| Phosphor (P) | ≤ 0,040 |
| Schwefel (S) | ≤ 0,035 |
Mechanische Eigenschaften (Lieferzustand: +FP)
| Eigenschaft | Temperatur | Wert | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Rm) | 20 °C | 700 – 900 MPa | abhängig von Abmessung |
| Dehngrenze (Rp0,2) | 20 °C | ≥ 400 MPa | |
| Bruchdehnung (A) | 20 °C | ≥ 10 % | |
| Kerbiegeschlagarbeit (KV) | 20 °C | ≥ 50 J | Längsprobe |
| Kerbiegeschlagarbeit (KV) | -25 °C | ≥ 35 J | Längsprobe |
| Brinell-Härte (HBW) | 20 °C | 140 – 287 | Breiter Bereich durch Kaltverfestigung |
| Elastizitätsmodul (E) | 20 °C | 212 GPa | |
| Poisson-Zahl (ν) | 20 °C | 0,28 |
Physikalische Eigenschaften
Thermische und elektrische Kenngrößen
| Temperatur [°C] | E-Modul [GPa] | Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] | Spez. Wärmekapazität [J/(kg·K)] | Therm. Diffusivität [mm²/s] | Ausdehnungskoeff. [10⁻⁶/K] | Elektr. Widerstand [10⁻⁷ Ω·m] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| -100 | 217 | – | 423 | – | 10,5 | – |
| 20 | 212 | 45,9 | 461 | 12,7 | 11,5 | 2,27 |
| 100 | 207 | 46,4 | 479 | 12,0 | 12,1 | 2,76 |
| 200 | 199 | 45,6 | 499 | 11,0 | 12,7 | 3,46 |
| 300 | 192 | 43,5 | 517 | 9,9 | 13,2 | 4,31 |
| 400 | 184 | 40,9 | 536 | 8,7 | 13,6 | 5,32 |
| 500 | 175 | 38,2 | 558 | 7,3 | 14,0 | 6,48 |
| 600 | 164 | 35,5 | 587 | 6,0 | 14,4 | 7,81 |
Hinweis: Wärmeleitfähigkeit und thermische Diffusivität bei -100 °C für 16MnCr5 nicht standardisiert angegeben; Werte bei 20 °C und höher sind repräsentativ für Chrom-Stähle.
Wärmebehandlung
- Ferritisch-perlitisches Glühen (+FP): 650 – 700 °C, langsames Abkühlen – Lieferzustand
- Einsatzhärten (Standard): Einsatz 880 – 920 °C (C-potenzial 0,8–1,0%), Öl-Abschrecken; Anlassen 150 – 200 °C → Randhärte 58–62 HRC, Eintiefe 0,5–1,5 mm
- Direktvergüten: Härten 850 – 880 °C / Öl; Anlassen 540 – 680 °C (Rm 900–1100 MPa)
- Normalglühen: 870 – 900 °C, Luft
Einsatzhärtbarkeit und Kerneigenschaften
Durch den Mn-Cr-Legierungsansatz erreicht 16MnCr5 eine gute Einhärtbarkeit (besser als unlegierte Einsatzstähle wie C15E). Die Kerzhärte nach Einsatzhärtung und Anlassen liegt typischerweise bei 300–400 HV (≈ 30–40 HRC), was eine hohe Kerntragfähigkeit bei zähem Gefüge sicherstellt.
Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit
- Im +FP-Zustand gut zerspanbar (Härte 140–287 HBW, meist 180–220 HBW)
- Kaltziehen erhöht Festigkeit und Härte leicht (Verfestigung)
- Schweißen: Bedingt schweißbar (CET ≈ 0,35%). Vorwärmen 200–300 °C, nachträgliches Spannungsarmglühen 550–600 °C erforderlich. Für einsatzgehärtete Bauteile nicht empfohlen.
Normen und Vergleichswerkstoffe
| Norm | Bezeichnung | Werkstoff-Nr. |
|---|---|---|
| DIN EN 10084 | 16MnCr5 | 1.7131 |
| DIN 1652-3 | 16MnCr5 | 1.7131 |
| AISI/SAE | ≈ 5115 / 5117 | – |
| JIS | ≐ SCr415 / SCM415 | – |
| BS | ≐ 527M17 | – |
Vorteile der Lieferbedingung +FP +C
- Homogenes, feinkörniges Gefüge – optimale Basis für Einsatzhärtung
- Hohe Maßgenauigkeit (h9–h11) und Oberflächenqualität durch Kaltziehen
- Hohe Kernfestigkeit bereits im Lieferzustand
- Gute Zähigkeit bis -25 °C
- Kosteneffizient für Serienfertigung einsatzgehärteter Teile
Metall
- EN 10277-4 Güte 20MnCrS5 – Ferritisch-perlitischer Stahl mit definierter Härte und kaltgezogener Oberfläche
- DIN 1652-3 20MoCr4 – Kaltgezogener/geschälter Chrom-Molybdän-Stahl für Hochleistungszahnräder und Wellen
- DIN 1652-3 20MoCrS4 – Ferritisch-perlitischer, kaltgezogener Stahl mit verbesserter Zerspanbarkeit
- DIN 1652-3 Güte 20MoCrS4 – Kaltgezogener oder Geschälter Stahl mit Ferrit-Perlit-Struktur für Hochleistungsanwendungen
- DIN 1652-3 Güte 22CrMoS3-5 – Ferritisch-Perlitisch Wärmebehandelt & Kaltgezogen für Hochleistungs-Automobilkomponenten
- DIN 1652-3 Güte 22CrMoS3-5 – Kaltgezogener oder Geschälter Stahl mit Ferrit-Perlit-Struktur für Hochleistungsanwendungen
- DIN 1652-3 Güte 20Cr4 Stahl: Ferritisch-perlitische Struktur, kaltgezogen für hochverschleißfeste Anwendungen
- DIN 1652-3 Güte 20Cr4 Kaltgezogen/Geschält – Ferrit-Perlit-Struktur für Hochverschleiß-Anwendungen
- DIN 1652-3 Güte 20CrS4 Stahl: Kaltgezogen/Geschält & Ferrit-Perlit-Behandelt für Hochverschleiß-Anwendungen
- DIN 1652-3 Güte 20CrS4: Ferritisch-perlitische Behandlung & Kaltziehen für hohe Verschleißbeanspruchung