DIN 1652-3 Werkstoff 16MnCr5: Kaltgezogener/gedrehter, weichgeglühter Stahl für optimale Zerspanbarkeit
Werkstoffbeschreibung und Anwendungsbereiche
Der Einsatzstahl 16MnCr5 (1.7131) in der Lieferbedingung kaltgezogen oder gedreht sowie weichgeglüht (+A) ist die erste Wahl für Bauteile, die vor der Endwärmebehandlung (Einsatzhärten/Vergüten) umfangreich spanend bearbeitet werden. Der weichgeglühte Zustand liefert ein grobperlitisches Gefüge mit minimaler Härte und maximaler Zerspanbarkeit.
Typische Einsatzfälle: Komplexe Getriebeteile, Wellen mit aufwendiger Geometrie, Prototypen, Kleinserien, Reparaturbauteile. Die weichgeglühte Bedingung ermöglicht hohe Spanabtragsraten, lange Werkzeugstandzeiten und gute Oberflächenqualitäten bei der Zerspanung.
Einsatztemperaturbereich (Endbauteil): -25 °C bis +100 °C
Optimale Nenngröße: bis 50 mm Durchmesser (gedreht bis 100+ mm möglich)
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: +A)
| Eigenschaft | Temperatur | Wert | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Brinell-Härte (HBW) | 20 °C | 207 (typisch) | max. ca. 217 HBW |
| Elastizitätsmodul (E) | 20 °C | 212 GPa | |
| Poisson-Zahl (ν) | 20 °C | 0,28 |
Hinweis: Im weichgeglühten Zustand (+A) werden keine Mindestwerte für Zugfestigkeit, Dehngrenze oder Kerbschlagarbeit in der Norm gefordert, da der Werkstoff ausschließlich für die spanende Bearbeitung vor der Endwärmebehandlung geliefert wird.
Physikalische Eigenschaften
Die physikalischen Kenngrößen entsprechen dem Standard-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
- Weichglühen (+A): 680 – 720 °C, Ofenabkühlung ≤ 20 K/h bis 550 °C → grobperlitisches Gefüge, Härte typ. 190–207 HBW, max. 217 HBW
- Einsatzhärten (nach Bearbeitung): 880 – 920 °C, C-Potenzial 0,8–1,0%, Öl-Abschrecken; Anlassen 150 – 200 °C → 58–62 HRC Randhärte
- Vergüten (Alternative): Härten 850 – 880 °C / Öl; Anlassen 540 – 680 °C → Rm 900–1100 MPa
- Normalglühen: 870 – 900 °C, Luft (falls vor Weichglühen Gefügebereinigung nötig)
Zerspanbarkeit – Praxisdaten für +A Zustand
Drehen (Hartmetall, beschichtet)
| Parameter | Richtwert |
|---|---|
| Schneidgeschwindigkeit vc | 180 – 280 m/min |
| Vorschub f | 0,15 – 0,40 mm/U |
| Snitttiefe ap | 0,5 – 3,0 mm |
| Werkzeugsorten | P15–P25 (CVD), P20–P30 (PVD) |
Fräsen (Hartmetall, beschichtet)
| Parameter | Richtwert |
|---|---|
| Schneidgeschwindigkeit vc | 150 – 230 m/min |
| Vorschub pro Zahn fz | 0,10 – 0,25 mm |
| Snitttiefe ap | 0,5 – 2,5 mm |
Bohren (HSS-E / VHM)
| Parameter | Richtwert |
|---|---|
| Schneidgeschwindigkeit vc (HSS-E) | 25 – 35 m/min |
| Schneidgeschwindigkeit vc (VHM) | 80 – 120 m/min |
| Vorschub (Ø 10 mm) | 0,15 – 0,25 mm/U |
Kühlschmierung: Emulsion (8–10%) oder Schneidöl für beste Standzeiten und Oberflächen. Trockenbearbeitung bei geringen Schnitttiefen möglich.
Oberflächenausführung und Maßhaltigkeit
| Ausführung | Durchmesserbereich | Toleranz | Oberfläche Ra | Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| Kaltgezogen (+C) | 6 – 80 mm | h9 – h11 | 0,8 – 1,6 µm | Serienfertigung, gute Maßhaltigkeit |
| Gedreht (+SH) | 50 – 200+ mm | h10 – h12 | 1,6 – 3,2 µm | Große Durchmesser, kleine Losgrößen |
Fertigungsablauf – Typische Prozesskette
- Wareneingang: 16MnCr5 +A, 100% Sicht- und Maßprüfung, optional Ultraschall
- Rohbearbeitung: Drehen/Fräsen im weichen Zustand – hohe Abtragsraten, geringe Werkzeugkosten
- Zwischenwärmebehandlung (optional): Spannungsarmglühen 550–600 °C bei hohen Spanvolumen/Verzugsrisiko
- Fertigbearbeitung: Feindrehen, Schleifen, Verzahnen – Maßhaltigkeit IT5–IT7 erreichbar
- Endwärmebehandlung: Einsatzhärten (Standard) oder Vergüten
- Hartfeinbearbeitung: Schleifen, Honen, Läppen der Funktionsflächen
Schweißen und Fügen
Schweißen im weichgeglühten Zustand möglich, aber:
- CET ≈ 0,35% → Rissgefahr im HAZ
- Vorwärmen 200–300 °C zwingend
- Nachwärmebehandlung: Spannungsarmglühen 550–600 °C / 1–2 h
- Füllwerkstoffe: E 42 2 B (Stabelektrode), G 42 2 M (MAG), W 42 2 (WIG)
- Empfehlung: Schweißen vor Weichglühen durchführen, dann weichglühen → spannungsfrei, gefügebereinigt
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 | – |
Entscheidungshilfe: Welche Lieferbedingung für welchen Einsatzfall?
| Anforderung | Empfohlener Lieferzustand |
|---|---|
| Serienfertigung, einfache Geometrie, direkte Einsatzhärtung | +FP +C (Artikel 1001034715) |
| Serienfertigung, hohe Festigkeit im Lieferzustand gewünscht | +C (Artikel 1001034716) |
| Höchste Präzision, reproduzierbare Einsatzhärte, kritische Bauteile | Premium +FP +C (Artikel 1001034717) |
| Komplexe Geometrie, viel Spanvolumen, Kleinserie/Prototyp | +A (dieser Artikel) |
| Große Durchmesser > 80 mm, komplexe Bearbeitung | Gedreht +A (dieser Artikel) |
Metall
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- DIN 1652-3 Güte 20MoCrS4 – Kaltgezogen, Gedreht & Weichgeglüht für optimale Zerspanbarkeit und Verschleißfestigkeit
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- DIN 1652-3 Werkstoff 15CrNi6: Kaltgezogener/gedrehter und weichgeglühter Stahl für spanende Bearbeitung