Bezeichnung, Verwendung und Eigenschaften der Werkstoffe

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1 % Kapitel 12: Werkstoffe Bezeichnung, Verwendung und Eigenschaften der Werkstoffe 1 Stähle und Stahlguss Stahl ist ein Werkstoff, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elementes, dessen Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner ist als 2 % und der andere Elemente enthält. Nach DIN EN erfolgt eine Einteilung in unlegierte, nichtrostende und andere legierte Stähle. Unlegierte Stähle, die keinen der festgelegten Grenzwerte (s. Norm) erreichen, gliedern sich in unlegierte Qualitätsstähle mit im Allgemeinen festgelegten Anforderungen (z. B. Bruchzähigkeit, Umformbarkeit) und Edelstähle mit verbesserten Eigenschaften (z. B. hohe Streckgrenze, hoher Reinheitsgrad). Nichtrostende Stähle mit einem Chromgehalt von mindestens 10,5 % und einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 1,2 % werden nach den Haupteigenschaften korrosionsbeständig, hitzebeständig und warmfest unterschieden. Sie werden nicht in Qualitäts- und Edelstähle unterteilt. Andere legierte Stähle erreichen mindestens einen der zur Unterscheidung notwendigen Grenzwerte. Sie lassen sich unterscheiden in legierte Qualitätsstähle mit im Allgemeinen festgelegten Anforderungen (mechanische Eigenschaften, Korngröße usw.) die nicht zum Vergüten oder Randschichthärten vorgesehen und in legierte Edelstähle mit verbesserten Eigenschaften durch besondere Herstell- und Prüfbedingungen. Dazu zählen z. B. legierte Einsatz- und Vergütungsstähle, Werkzeug- und Wälzlagerstähle. Nach DIN EN erfolgt die Bezeichnung der Stähle durch Kurznamen, die aus Haupt- und Zusatzsymbolen bestehen und ohne Leerstellen aneinandergereiht werden. Es gibt zwei Gruppen von Kurznamen: Die mit Hinweisen für die Verwendung und die mechanischen und physikalischen Eigenschaften und die nach der chemischen Zusammensetzung. Bezeichnung der Stähle nach ihrem Verwendungszweck und ihren mechanischen oder physikalischen Eigenschaften Die Kurznamen mit Hinweisen auf Verwendung und Eigenschaften beginnen mit einem Hauptsymbol für das Einsatzgebiet: S Stähle für den allgemeinen Stahlbau L Stähle für den Rohrleitungsbau P Stähle für den Druckbehälterbau E Maschinenbaustähle Diesen Buchstaben folgt die Angabe der Mindeststreckgrenze in N/mm 2 für die kleinste Erzeugnisdicke. Danach folgen Zusatzsymbole für Stahl und Stahlerzeugnisse. Weitere Hauptsymbole sind: B (Betonstähle), Y (Spannstähle), R (Schienenstähle), H und D (Flacherzeugnisse zum Kaltumformen), T (Verpackungsblech) und M (Elektroblech). Wenn die Festlegungen für Gussstücke gelten (Stahlguss) ist dem Kurznamen der Kennbuchstabe G und für pulvermetallurgisch erzeugten Stahl PM voranzustellen. Die Zusatzsymbole für Stahl werden in zwei Gruppen unterteilt. Die zur ersten Gruppe gehörenden Symbole betreffen die Kerbschlagarbeit für unlegierte Baustähle oder bezeichnen andere Eigenschaften. 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

2 Kerbschlagarbeit in Joule Prüftemperatur 27 J 40 J 60 J C JR KR LR + 20 J0 K0 L0 0 J2 K2 L2 20 J3 K3 L3 30 J4 K4 L4 40 J5 K5 L5 50 J6 K6 L6 60 Andere Eigenschaften: A ausscheidungshärtend E vorgeschriebener max. Schwefelgehalt M thermomechanisch gewalzt N normalgeglüht oder normalisierend gewalzt Zusatzsymbole zu Gruppe 2 bezeichnen eine Eignung für besondere Verwendungszwecke oder Produktionsformen (Auswahl): C (mit besonderer Kaltumformbarkeit), D (für Schmelztauchüberzüge), H (Hohlprofile bzw. Hochtemperatur), L (für tiefe Temperaturen), W (wetterfest). Die Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse umfassen besondere Anforderungen, den Behandlungszustand oder die Art des Überzuges. Sie sind von den vorhergehenden Symbolen durch ein Pluszeichen (+) zu trennen. So bedeuten z. B. + H (mit Härtbarkeit), + CH (mit Kernhärtbarkeit), + Z25 (Mindestbrucheinschnürung senkrecht zur Oberfläche 25 %), + A (feueraluminiert), + CE (elektrolytisch spezialverchromt), + CU (Kupferüberzug), + OC (organisch beschichtet), + S (feuerverzinnt), + Z (feuerverzinkt), + ZE (elektrolytisch verzinkt), + A (weichgeglüht), + AR (wie gewalzt), + AT (lösungsgeglüht), + CR (kaltgewalzt), + DC (Lieferzustand dem Hersteller überlassen), + N (normalgeglüht), + Q (abgeschreckt), + QT (vergütet), + SR (spannungsarmgeglüht), + T (angelassen). Es ist zu beachten, dass die Zusatzsymbole in der Regel nur bestimmten Hauptgruppen zugeordnet sind. Bezeichnungsbeispiele mit Erläuterungen S355K2W+N: Stahl für den Stahlbau (S), mit einer Mindeststreckgrenze R e = 355 N/mm 2 (355), Kerbschlagarbeit von 40 J bei 20 C (K2), Verwendung als wetterfester Stahl (W), Behandlungszustand normalgeglüht (+N). P460NH: Druckbehälterstahl (P) mit einer Mindeststreckgrenze R e = 460 N/mm 2 (460), normalgeglüht oder normalisierend umgeformt (N), für hohe Temperaturen geeignet (H). Bezeichnung der Stähle nach der chemischen Zusammensetzung Bei den Kurznamen nach der chemischen Zusammensetzung werden 4 Fälle unterschieden. 1. Unlegierte Stähle mit mittlerem Mn-Gehalt < 1 % (ohne Automatenstähle) erhalten den Kennbuchstaben C und eine Kennzahl, die dem hundertfachen Gehalt des Kohlenstoffs entspricht. Zusatzsymbole wie vorstehend. Bezeichnungsbeispiel mit Erläuterung: C45E+QT ist ein unlegierter Stahl mit einem mittleren Mn-Gehalt < 1 % (C), einem mittleren C-Gehalt (45)/100 = 0,45 %, einem vorgeschriebenen max. S-Gehalt (E), im Behandlungszustand vergütet (+QT), Verwendung als Vergütungsstahl. 2. Unlegierte Stähle mit einem Mn-Gehalt 1 % und unlegierte Automatenstähle und legierte Stähle (außer Schnellarbeitsstählen) mit Gehalten der einzelnen Legierungselemente unter 5 % werden nach ihrem Kohlenstoffgehalt und ihren Legierungselementen klassifiziert. Der mittle re C-Gehalt wird als das Hundertfache angegeben. Es folgen die Symbole der Legierungselemente und die Zahlen, die dem mittleren Gehalt der Elemente, multipliziert mit den nachstehenden Faktoren entsprechen. Es werden nur Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse verwendet. 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

3 4 für Cr Co Mn Ni Si W 10 für Al Be Cu Mo Nb Pb Ta Ti V Zr 100 für C Ce N P S 1000 für B Bezeichnungsbeispiel mit Erläuterungen: 34CrNiMo6+A ist ein legierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,34 % (34/100), bei dem der mittlere Gehalt der einzelnen Legierungselemente unter 5 % liegt, beinhaltet 1,5 % Chrom (6/4), Anteile an Ni und Mo nicht genannt (Ni, Mo), weichgeglüht (+A), Verwendung als Vergütungsstahl. 3. Nichtrostende und andere legierte Stähle (außer Schnellarbeitsstählen), sofern der Gehalt eines Legierungselementes 5 % beträgt, erhalten den Kennbuchstaben X, gefolgt von einer Zahl, die dem Hundertfachen des mittleren C-Gehaltes entspricht. Dem folgen die chemischen Symbole der Legierungselemente sowie Zahlen, getrennt durch einen Bindestrich. Sie geben den Gehalt der Legierungselemente in % an. Es werden nur Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse verwendet. Bezeichnungsbeispiel mit Erläuterungen: X5CrNi18-10 ist ein legierter Stahl, bei dem der mittlere Gehalt bei einem Element über 5 % liegt (X), mit 0,05 % C (5/100) und 18 % Cr (18), sowie 10 %Ni (10), Verwendung als nichtrostender Stahl. 4. Schnellarbeitsstähle werden mit HS und den Gehalten in % an Wolfram (W), Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Kobalt (Co) in der gegebenen Reihenfolge bezeichnet, z. B. HS Bezeichnung der Stähle nach der Werkstoffnummer (DIN EN ) Die Werkstoffnummern bestehen aus der Werkstoff-Hauptgruppennummer (1 für Stahl) gefolgt von einem Punkt, einer zweistelligen Stahlgruppennummer und einer ebenfalls zweistelligen Zählnummer. Sie werden für jede Stahlsorte durch die europäische Stahlregistratur vergeben und eignen sich besonders für die Datenverarbeitung. So trägt z. B. der warmgewalzte unlegierte Baustahl mit dem Kurznamen S235J2 die Werkstoffnummer (1 für Stahl, 01 für allgemeine Baustähle mit R m < 500N/mm 2 und der Zählnummer 17). Anhaltswerte für die Auswahl von Stählen bietet die Tabelle 1. 2 Gusseisenwerkstoffe Gusseisenwerkstoffe werden nach DIN EN 1560 entweder durch Werkstoffkurznamen oder durch Werkstoffnummern bezeichnet. Die Bezeichnung durch Werkstoffkurznamen darf höchstens 6 Positionen haben. Als Position 1 wird die Vorsilbe EN- vorangestellt. Als Position 2 folgt das Symbol GJ (G Guss, J Eisen). In Position 3 ist die Grafitstruktur durch Kennbuchstaben anzugeben, z. B. L lamellar, S kugelig, M Temperkohle. Falls es notwendig ist, die Mikro- oder Makrostruktur zu kennzeichnen, folgt als Position 4 ein weiterer Kennbuchstabe, z. B. A Austenit, P Perlit, M Martensit, Q abgeschreckt, B nicht entkohlend geglüht, W entkohlend geglüht. Nach einem Bindestrich folgen als Position 5 Zahlenwerte für Angaben zu mechanischen Eigenschaften oder zur chemischen Zusammensetzung: Mindestzugfestigkeit in N/mm 2, falls gefordert nach einem Bindestrich die Mindestbruchdehnung in 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

4 Prozent, die Prüftemperatur für die Schlagzähigkeit (RT oder LT), Art der Härteprüfung (HB, HV, HR) mit Wert, Probenherstellung (S, U oder C) und bei hochlegierten Sorten die chemische Zusammensetzung (wie bei Stahl) mit dem Buchstaben X beginnend. Zusätzliche Anforderungen sind an Position 6 einzusetzen, z. B. H wärmebehandeltes Gussstück, W Schweißeignung, D Rohgussstück. Bezeichnungsbeispiel mit Erläuterungen: EN-GJMW S-W: Europäische Norm (EN), entkohlend geglühter (weißer) Temperguss (G Guss, J Eisen, M Temperkohle, W entkohlend geglüht), Mindestwert der Zugfestigkeit 360 N/mm 2 (360), Mindestwert der Dehnung 12 % (12), hergestellt mit getrennt gegossenem Probestück (S), Schweißeignung für Verbindungsschweißen (W). Die Bezeichnung der Gusseisenwerkstoffe durch Werkstoffnummern hat nach DIN sechs Positionen. Sie besteht aus je einer Ziffer für die Werkstoffgruppe (5) und nach einem Punkt für die Grafitstruktur (z. B. 1 lamellar, 3 kugelig), für die Matrixstruktur (z. B. 1 Ferrit, 3 Perlit) und schließlich einer zweistelligen Werkstoffkennziffer (00-99). Bezeichnungsbeispiel: für Gusseisen mit dem Kurznamen EN-GJS mit Werkstoffgruppe (5), Grafitstruktur kugelig (3), Matrixstruktur Ferrit (1) und Kennziffer (05). Anhaltswerte für die Auswahl von Gusseisenwerkstoffen bietet die Tabelle , Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

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15 3 Aluminiumlegierungen Die Bezeichnung der Aluminiumwerkstoffe regeln die Normen DIN EN 1780 (Gussstücke) und DIN EN 573 (Halbzeuge). Beide Normen sehen eine Bezeichnung nach Nummern oder nach der chemischen Zusammensetzung vor. Bezeichnung nach Werkstoffnummern: Die Bezeichnung nach Werkstoffnummern enthält in 4 Datenblöcken 11 Zeichen. Die ersten 3 Stellen enthalten EN mit anschließendem Leerzeichen. Die vierte Stelle besteht nur aus dem Zeichen A als Symbol für Aluminium. Die fünfte Stelle besteht aus einem Symbol, das die Erzeugnisart bezeichnet, z. B. C bedeutet Gussstück (casting), M steht für Vorlegierung (master alloy) und W für Halbzeug (wrought products). An der sechsten Stelle steht ein Bindestrich. Der letzte Datenblock enthält 5 Zeichen, von denen die ersten 4 Ziffern sind und die fünfte eine Ziffer oder ein Buchstabe. Die erste Ziffer (Stelle 7) gibt das Hauptlegierungselement an: 1 Reinaluminium, 2 Cu, 3 Mn, 4 Si, 5 Mg, 6 Mg + Si und 7 Zn. Die zweite Ziffer (Stelle 8) bezeichnet Verunreinigungen oder Legierungsabwandlungen, z. B. 0 für Knetlegierungen. Die dritte und vierte Ziffer (Stelle 9 und 10) ist eine laufende Nummer, die die Legierungen einer Gruppe durchnummeriert. Die letzte Stelle kann bei Knetlegierungen ein Buchstabe sein. Bezeichnungsbeispiel mit Erläuterung: EN AW-6082: Europäische Norm (EN), Aluminium-Knetlegierung (AW), Hauptlegierungselemente Silicium und Magnesium (60). Unter diesen Legierungen handelt es sich um Nr. 82. Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung: Sie folgt einem ähnlichen Schema wie bei allen NE-Metallen. Sie beruht auf ihren chemischen Symbolen, denen die Zahlen zur Angabe des Nenngehaltes des betreffenden Legierungselements oder des Reinheitsgrades bei Reinaluminium folgt. Vorzugsweise sollte diese Bezeichnung in eckige Klammern gesetzt und der aus 5 Ziffern bestehenden numerischen Bezeichnung nachgestellt werden. Wird nur die aus den chemischen Symbolen bestehende Bezeichnung verwendet, so muss die Vorsilbe EN davorstehen gefolgt von einem Zwischenraum. Danach kommt der Buchstabe A für Aluminium gefolgt von einem Buchstaben für die Erzeugnisform (G Gussstücke, W Halbzeug) und danach ein Bindestrich. Beispiel: EN AC-51300[AlMg5] oder EN AC-AlMg5 Hierbei handelt es sich um eine Gusslegierung (C) der Legierungsgruppe Aluminium/Magnesium mit dem Hauptlegierungselement Magnesium (Mg), Massenanteil 5 % (5), Rest-Aluminium. Der Bezeichnung können Kurzzeichen für die Gießverfahren folgen, z. B. S Sandguss, K Kokillenguss, D Druckguss, L Feinguss; des weiteren Abkürzungen für die Werkstoffzustände, z. B. F Gusszustand, O weichgeglüht, H kaltverfestigt, H111 geglüht mit nachfolgender geringer Kaltverfestigung; kaltverfestigt mit Härtegrad: H12 ( 1 / 4 -hart), H14 ( 1 / 2 -hart), H16 ( 3 / 4 -hart) und H18 ( 4 / 4 -hart); H22 kaltverfestigt und rückgeglüht, T wärmebehandelt; T3 lösungsgeglüht, kalt umgeformt und kalt ausgelagert; T4 lösungsgeglüht und kalt ausgelagert, T6 lösungsgeglüht und warm ausgelagert. Die vollständige normgerechte Bezeichnung des Werkstoffes, des Gießverfahrens und des Werkstoffzustandes ist z. B. für ein Gussstück nach DIN EN 1706 in folgender Form auf der Zeichnung anzugeben: EN 1706 AC-21000ST4 (numerisch) oder EN 1706 AC-AlCu4MgTiST4 (chemisch) Es bezeichnet ein Sandgussstück (S) aus der Aluminium-Gusslegierung (21000), lösungsgeglüht und kaltausgelagert (T4). Anhaltswerte für die Auswahl von Aluminiumlegierungen bietet die Tabelle , Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

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18 4 Kupferlegierungen Sie haben oft durch keine andere Werkstoffgruppe ersetzbare Eigenschaftskombinationen, wie beste Gleiteigenschaften bei hoher Verschleißfestigkeit, gute Leitfähigkeit bei hoher Korrosionsbeständigkeit. Kupfer und Kupferlegierungen können durch Werkstoffnummern oder nach der chemischen Zusammensetzung benannt werden. Das europäische Werkstoffnummernsystem nach DIN EN 1412 besteht aus 6 Zeichen. Die erste Stelle besteht aus dem Buchstaben C (Copper). Die zweite Stelle benennt ein Buchstabe zur Angabe der Erzeugnisart, z. B. C (Gusserzeugnis); F (Schweißzusatz); S (Schrott); W (Knetwerkstoff); X (nicht genormter Werkstoff). Die Zeichen für die dritte, vierte und fünfte Stelle bilden eine Zahl zwischen 000 und 999 (Zählnummer). Die sechste Stelle bezeichnet mit einem Buch-staben die Werkstoffgruppe, z. B. C oder D (niedrig legierte Kupferlegierung); G (CuAl- Legierung); K (CuSn-Legierung); L oder M (CuZn-Zweistofflegierung); N oder P (CuZnPb- Automatenlegierung). Beispiel CW713R ist eine Kupfer-Knetlegierung (CW) aus der Gruppe der Kupfer-Zink-Mehrstofflegierungen (R) mit der Nummer 713. Die Bezeichnung mit Werkstoffkurzzeichen (chemische Zusammensetzung) erfolgt -wie bei NE-Metallen üblich- durch das Basiselement und weitere Hauptlegierungselemente mit fallenden Gehalten in Prozent. In DIN EN 1173 wird ein System von Materialzuständen für Kupfer und Kupferlegierungen festgelegt. Es besteht aus einem Buchstaben und drei Ziffern für bestimmte Eigenschaftswerte, z. B. A008 (Bruchdehnung A = 8 %), D (gezogen, ohne vorgeschriebene Eigenschaften), H120 (Härte HV120), R800 (Mindestzugfestigkeit R m = 800 N/mm 2 ), Y360 (0,2 %-Dehngrenze R p02 = 360 N/mm 2 ). Sie folgt der Werkstoffbezeichnung und wird von dieser durch einen Bindestrich getrennt. An das Kurzzeichen für Gusslegierungen wird stets ein C und kann die Bezeichnung für das Gießverfahren angehängt werden: GS (Sandguss), GM (Kokillenguss), GZ (Schleuderguss), GC (Strangguss) und GP (Druckguss). Beispiel CuZn33Pb2-C-GZ (CC750S-GZ) ist eine Kupfer-Zink-Mehrstoffgusslegierung (C), vergossen als Schleuderguss (GZ), Basismetall Kupfer (65%), Hauptlegierungsbestandteile Zink 33 % und Blei 2 %. Anhaltswerte für häufig verwendete Kupferlegierungen enthält die Tabelle , Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

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22 5 Kunststoffe Kunststoffe haben auf Grund ihres Eigenschaftsprofils viele klassische Werkstoffe ersetzt. Durch die Vielfalt bei der Herstellung bringen sie zum Teil völlig neue Eigenschaften mit, die die Verwirklichung bestimmter technischer Forderungen erst ermöglichen. Sie werden als Polymere aus Monomeren (z. B. C, H, N, S) hergestellt. Für die Bezeichnung von Polymer- Werkstoffen gibt es mehrere Normen. In DIN EN ISO sind Kurzzeichen für Kunststoffe nach ihrer chemischen Zusammensetzung festgelegt, siehe Tabelle 5. Die Kurzzeichen sind aus Großbuchstaben zusammengesetzt, mit denen die Komponenten und ggf. zusätzliche Eigenschaften gekennzeichnet werden. Zur Kennzeichnung besonderer Eigenschaften können Kennbuchstaben mit Bindestrich angehängt werden, z. B. C (chloriert, kristallin), D (Dichte), E (verschäumt, elastomer), F (flexibel, flüssig), H (hoch, homo), I (schlagzäh), L (linear, niedrig), O (orientiert), P (weichmacherhaltig). So bezeichnet z. B. PVC-LD ein Polyvinylchlorid niedriger Dichte und PP-HI ein hoch schlagzähes Polypropylen. Kennbuchstaben und Kurzzeichen für Füll- und Verstärkungsstoffe, sowie für Struktur und Form enthält DIN EN ISO Beispiele für Füll- und Verstärkungsstoffe: B (Bor), C (Kohlenstoff), G (Glas), L (Cellulose), M (Metall, Mineral), Q (Silikat), T (Talg). Beispiele für Form und Struktur: B (Perlen, Kugeln, Bällchen), C (Chips, Schnitzel), D (Pulver), F (Fasern), P (Papier), W (Gewebe). So bezeichnen z. B. GF Glasfaser, WD Holzmehl und MD25 Mineralmehlanteil von 25 %. Kurzzeichen für Kunststoffgemische (blends) werden in Klammern gesetzt, z. B. (ABS+PC). Bei gefüllten Kunststoffen folgen der Werkstoffbezeichnung hinter einem Schrägstrich Angaben über Füll- und Verstärkungsstoffe und deren prozentualen Anteile. Ein Polypropylen- Homopolymer mit 30 % Glasfasern trägt z. B. die Bezeichnung PP-H/GF30. Einen Überblick über häufig im Maschinenbau verwendete Kunststoffe gibt die Tabelle 6. Tabelle 5 Kurzzeichen für Basis-Polymere (Auswahl) Kurzzeichen Bedeutung Gruppe 1) Kurzzeichen Bedeutung Gruppe 1) ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol T PS Polystyrol T EP Epoxid D PTFE Polytetraflourethylen T MF Melamin-Formaldehyd D PUR Polyurethan D PA Polyamid T PVC Polyvinylchlorid T PC Polycarbonat T SAN Styrol-Acrylnitril T PE Polyethylen T SB Styrol-Butadien T PF Phenol-Formaldehyd D SI Silikon D PMMA Polymethylmethacrylat T UF Urea-Formaldehyd D POM Polyoxymethylen T UP Ungesättigter Polyester D PP Polypropylen T VCE Vinylchlorid-Ethylen T 1) D Duroplaste, T Thermoplaste 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH. Aus U. Kurz, H. Wittel, Konstruktives Zeichnen Maschinenbau

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