Alles über 5160 Stahl (Eigenschaften, Festigkeit und Verwendungen)

Leitfaden

Stahl ist eines der wichtigsten Fertigungsmaterialien der modernen Industrie. Es handelt sich um ein Metall, das durch die Legierung von Eisen mit Kohlenstoff und anderen Spurenelementen hergestellt wird, wobei diese Zusätze dem Stahl eine höhere Festigkeit, Widerstandsfähigkeit und Härte verleihen.

Stahl kann auf viele verschiedene Arten hergestellt werden, und so wurden verschiedene Arten von Stählen auf der Grundlage ihrer Zusammensetzung klassifiziert (um ein besseres Verständnis der Unterschiede zwischen Stählen zu erlangen, lesen Sie unseren Artikel über die Arten von Stählen). Das American Iron & Steel Institute (AISI) und die Society of Automotive Engineers (SAE) haben ein gemeinsames Bezeichnungssystem für die verschiedenen Legierungen entwickelt, das die chemische Zusammensetzung und die allgemeinen Eigenschaften der einzelnen Stähle beschreibt. In diesem Artikel werden die Eigenschaften, die Festigkeit und die Verwendungsmöglichkeiten des Stahls 5160 untersucht, eines niedrig legierten, hochfesten Federstahls, der außergewöhnlich widerstandsfähig und zäh ist. Durch die Untersuchung seiner physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften hofft dieser Artikel, den Lesern zu zeigen, wann sie 5160er Stahl gegenüber anderen, weniger gut geeigneten Legierungen für ihr Projekt wählen sollten.

Physikalische Eigenschaften von 5160 Stahl

Es ist wichtig, das Bezeichnungssystem für Stahl und seine Legierungen zu verstehen, da der Name viel über die Zusammensetzung der jeweiligen Legierung verrät. Ähnlich wie Aluminium wird Stahl mit einer vierstelligen Kennung benannt, aber im Gegensatz zu Aluminium enthält jede Zahl wichtige Informationen über den prozentualen Anteil des Kohlenstoffs und der zugehörigen Legierungselemente in der Stahllegierung. Beachten Sie auch, dass es Diskontinuitäten zwischen den AISI- und SAE-Namenssystemen gibt, die sich jedoch im Allgemeinen in Bezug auf die Legierungsnamen überschneiden und in diesem Artikel als eine Namenseinheit behandelt werden (AISI/SAE-Namensindex).

Die erste Ziffer der Stahllegierungsnomenklatur steht für die Klasse der Stahllegierung. Im Fall von 5160 Aluminium steht die 5 für Stahllegierungen, die Chrom als Hauptlegierungselement verwenden. Die zweite Ziffer steht für die Konzentration des genannten Legierungselements; 5160-Stahl besteht also aus 1 % Chrom nach Masse. Die letzten beiden Ziffern stehen für die spezifische Kohlenstoffkonzentration, d. h. sie geben an, dass die Legierung 0,XX % Kohlenstoff enthält. Für den Stahl 5160 bedeutet dies, dass die Kohlenstoffkonzentration 0,60 % Kohlenstoff beträgt, was ihn zu einem Stahl mit mittlerem bis hohem Kohlenstoffgehalt macht. Beachten Sie, dass es sich hierbei nicht um eine umfassende Analyse handelt. Um als 5160-Stahl zu gelten, muss das Material auch die Konzentrationstoleranzen für die anderen Elemente erfüllen, wie unten dargestellt:

• 0.75-1% Mangan
• 0,035% Phosphor
• ≤ 0,15-0,3% Silizium
• ≤ 0,04% Schwefel

5160 Stahl ist außergewöhnlich zäh und widerstandsfähig. Er weist eine hohe Ermüdungsbeständigkeit auf, hat eine hohe Duktilität und gute Federeigenschaften, die für Anwendungen nützlich sind, bei denen Flexibilität gewünscht wird. Er gehört daher zu den „Federstählen“, d. h. zu den Legierungen, die sowohl flexibel sind als auch eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um nach einer Verformung in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Der Stahl 5160 lässt sich zwar nicht leicht schweißen oder bearbeiten, aber er kann wärmebehandelt, geglüht und warm in Form gebracht werden. Er hat eine Dichte von 7,85 g/cm3 (0,284 lb/in3).

Korrosionsschwäche

5160er Stahl rostet leicht, was ein unglücklicher Nebeneffekt ist, den die meisten Stähle aufweisen. Der Sauerstoff in der Luft und im Wasser greift die Eisenmoleküle im Stahl an und bildet Eisenoxid, auch bekannt als Rost, der Risse und Schwachstellen im Stahl verursachen kann. Chrom wird zugesetzt, um dieses Rosten zu verhindern, aber die Menge reicht nicht aus, um die Zersetzung vollständig zu verhindern. Jede ätzende Beschädigung schwächt 5160er Stahl, daher ist es wichtig, das Rostrisiko Ihres Projekts zu berücksichtigen, wenn Sie dieses Metall einsetzen.

Mechanische Eigenschaften

Tabelle 1: Zusammenfassung der mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung 6063.

Die oben gezeigte Tabelle 1 enthält einige grundlegende mechanische Werte für 5160 Stahl. In diesem Abschnitt werden die einzelnen Werte und ihre Bedeutung für die Arbeitseigenschaften dieses äußerst nützlichen Werkstoffs kurz erläutert.

Die Zugfestigkeit und die Streckgrenze sind Werte, die die Reaktion eines Werkstoffs auf Zug beschreiben. Die Streckgrenze beschreibt die maximale Zugkraft, die eine Stahlprobe nicht dauerhaft verformt, und die Bruchfestigkeit ist die maximale Zugkraft vor dem Versagen (Bruch/Rissbildung). 5160er Stahl ist äußerst zugfest und weist Werte auf, die weit über denen des stärksten Aluminiums liegen (zum Vergleich: 7075er Aluminium, eine sehr starke Aluminiumlegierung, hat eine Streckgrenze von 572 MPa bzw. 503 MPa). Diese Festigkeiten zeigen, warum dieser Stahl ein hervorragender Federstahl ist, da er einiges aushalten kann, bevor er sich dauerhaft verformt.

Der Elastizitätsmodul beschreibt, wie widerstandsfähig ein Material gegenüber gleichmäßiger Kompression ist – mit anderen Worten, wie schwierig es ist, das Volumen eines Objekts bei axialer Belastung zu verringern. Das Volumenmodul von 5160er Stahl beträgt 160 GPa, was bedeutet, dass er fast 80-mal härter zu komprimieren ist als flüssiges Wasser (das Volumenmodul von Wasser beträgt 2,15 GPa). Dies zeigt wiederum, warum 5160er Stahl perfekt als Federstahl geeignet ist; Autoaufhängungen werden oft konstant zusammengedrückt und dürfen unter konstanter Druckkraft nicht schwanken.

Auch der Schermodul und der Elastizitätsmodul zeigen die Elastizität eines Materials als Reaktion auf Scher- bzw. elastische Beanspruchungen. Sie geben einen guten Hinweis auf die allgemeine Zähigkeit eines Werkstoffs sowie darauf, für welche Belastungen der Werkstoff anfällig ist. Der Stahl 5160 hat nicht viele Schwachstellen zu befürchten, da sowohl sein Schermodul als auch sein Elastizitätsmodul beeindruckend groß sind. Interessanterweise stehen die Be- und Verarbeitbarkeit eines Werkstoffs oft in umgekehrter Beziehung zu diesen beiden Größen, da ein festerer und elastischerer Stahl die Fräsen verstopft und den Bearbeitern im Allgemeinen mehr Schwierigkeiten bereitet.

Anwendungen von 5160 Stahl

5160 Stahl ist, wie bereits beschrieben, ein idealer Federstahl. Seine hohe Festigkeit wird häufig bei Anwendungen mit kleineren Querschnitten unter erheblicher Belastung eingesetzt, z. B. bei Federn, Befestigungselementen und Blattfedern in Automobilaufhängungen. Er wird in Form von Stäben und Rohren von den Lieferanten angeboten und kann zur Herstellung außergewöhnlich starker Komponenten verwendet werden, vorausgesetzt, Sie verfügen über die entsprechenden Werkzeuge zur Verarbeitung. 5160er Stahl wird auch beim Bau von Abstreifern und Stoßfängern verwendet und eignet sich hervorragend für die Herstellung von Messerkanten, die sowohl haltbar als auch flexibel sind. Wenn Duktilität, Zähigkeit und Elastizität gefragt sind, sollten Sie Ihren Lieferanten nach 5160er Stahl fragen.

Zusammenfassung

Dieser Artikel bietet eine kurze Zusammenfassung der Eigenschaften, der Festigkeit und der Anwendungen von 5160er Stahl. Für Informationen über andere Produkte konsultieren Sie unsere zusätzlichen Leitfäden oder besuchen Sie die Thomas Supplier Discovery Platform, um potenzielle Bezugsquellen ausfindig zu machen oder Details zu bestimmten Produkten einzusehen.

Quellen:

1. https://www.academia.edu
2. http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf
3. https://continentalsteel.com/carbon-steel/grades/alloy-5160/
4. http://www.matweb.com
5. https://www.engineeringtoolbox.com

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