DIN 1652-3 Werkstoff 16MnCr5: Kaltgezogener Stahl für hochfeste Automobilkomponenten

Werkstoffbeschreibung und Anwendungsbereiche

Der Einsatzstahl 16MnCr5 (1.7131) in der Lieferbedingung kaltgezogen (+C) ohne explizites Zwischenwärmebehandlungs-Zusatz (impliziert meist +FP oder +N Vorbehandlung) ist der Standardwerkstoff für die Serienfertigung einsatzgehärteter Präzisionsteile im Fahrzeugbau. Die Kaltziehbehandlung erzeugt eine verfestigte Randzone und exzellente Maßhaltigkeit.

Hauptanwendungen: Getriebezahnräder, Antriebswellen, Lenkwellen, Nockenwellen, Synchronisiererteile – Bauteile, die hohe Kernfestigkeit, gute Zähigkeit und präzise Geometrie vor der Endwärmebehandlung erfordern.

Einsatztemperaturbereich: -25 °C bis +100 °C
Optimale Nenngröße: bis 50 mm Durchmesser

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: kaltgezogen, typisch +FP +C)

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Zugfestigkeit (R_m)	20 °C	720 – 820 MPa	durch Kaltverfestigung erhöht
Dehngrenze (R_p0,2)	20 °C	≥ 500 MPa	deutlich über Normalglühen
Bruchdehnung (A)	20 °C	≥ 8 %
Kerbiegeschlagarbeit (KV)	20 °C	≥ 40 J	Längsprobe
Kerbiegeschlagarbeit (KV)	-25 °C	≥ 27 J	Längsprobe
Elastizitätsmodul (E)	20 °C	212 GPa
Poisson-Zahl (ν)	20 °C	0,28

Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Kenngrößen entsprechen dem Werkstoff 16MnCr5 (siehe Artikel 1001034715 für vollständige Temperaturabhängigkeit). Wesentliche Werte bei 20 °C:

Eigenschaft	Wert
Dichte	7,85 g/cm³
Wärmeleitfähigkeit	45,9 W/(m·K)
Spez. Wärmekapazität	461 J/(kg·K)
Therm. Diffusivität	12,7 mm²/s
Ausdehnungskoeffizient	11,5 × 10⁻⁶/K
Elektr. Widerstand	2,27 × 10⁻⁷ Ω·m
Schmelzpunkt	1382 – 1529 °C
Max. Dauereinsatztemperatur	-25 bis 0 °C

Wärmebehandlung – Prozesskette

Vorbereitung (Stahlwerk): Normalglühen oder ferritisch-perlitisches Glühen (+FP) → weiches, zerspanbares Gefüge
Kaltziehen (+C): Kaltumformung auf Endmaß → Verfestigung, Maßhaltigkeit h9–h11, Oberflächenrauheit Ra 0,8–1,6 µm
Spanende Bearbeitung (Kunde): Drehen, Fräsen, Schleifen – gute Zerspanbarkeit trotz Verfestigung
Endwärmebehandlung: Einsatzhärten (880–920 °C / Öl / 150–200 °C Anlass) ODER Vergüten (850–880 °C / Öl / 540–680 °C Anlass)

Fertigungstechnische Vorteile der Kaltziehbehandlung

Maßgenauigkeit: Toleranzbereiche h9 bis h11 (besser als geschmiedet/gewalzt)
Oberflächenqualität: Ra 0,8–1,6 µm, oft ohne Nachbearbeitung einsetzbar
Materialersparnis: Nahezu Endkontur, weniger Spanvolumen
Festigkeitssteigerung: Kaltverfestigung erhöht R_m um 150–250 MPa ggü. +FP
Gefügehomogenität: Feinkörniges, richtungskorrigiertes Gefüge

Einsatzhärtung – Praxisparameter

Parameter	Empfehlung
Einsatztemperatur	880 – 920 °C
Einsatzzeit (für 1 mm Eht)	ca. 2–3 h (abhängig von C-Potenzial)
C-Potenziel der Atmosphäre	0,8 – 1,0 % C
Abschrecken	Öl (60–80 °C) oder Druckgas (N₂/He)
Anlasstemperatur	150 – 200 °C (2–3 h)
Erwartete Randhärte	58 – 62 HRC
Kernhärte nach Anlassen	300 – 400 HV (≈ 30–40 HRC)

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	–

Qualitätssicherung und Prüfung

Zerstörungsfreie Prüfung: Ultraschall (EN 10308), Wirbelstrom (Oberflächenrisse)
Maßprüfung: Durchmesser, Rundheit, Geradheit (alle 1–2 m)
Oberflächenprüfung: Sichtprüfung, Rauheitstastschnitt
Mechanisch-technologische Prüfung: Zugversuch, Härte, Kerbschlag (Stichproben)

DIN 1652-3 Werkstoff 16MnCr5: Ferritisch-perlitisch geglüht & kaltgezogen für hochfeste Fahrzeugteile DIN 1652-3 Werkstoff 16MnCr5: Premium kaltgezogener Stahl für anspruchsvolle Hochfest-Anwendungen

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