Steht auf der Zeichnung eines Drehteils aus Stahl „St37“ oder „C45“, trägt das Teil aber keine Last, wird nicht geschweißt und nicht gehärtet, lässt es sich wahrscheinlich günstiger und schneller fertigen: durch den Wechsel auf Automatenstahl. Automatenstähle (free-cutting steel) sind niedriggekohlte Stähle, die durch hohen Schwefelgehalt und optionalen Bleigehalt für die Zerspanung optimiert sind. Dieser Leitfaden ist das Stahl-Gegenstück zu unserem Messing-Leitfaden und ergänzt unseren Beitrag zur Serienfertigung auf Langdrehautomaten von der Werkstoffseite.
Bezeichnungen: alt und neu
| Name nach EN 10087 | Werkstoff-Nr. | Alter DIN-Name | Nächstes US-Äquivalent | Merkmal |
|---|---|---|---|---|
| 11SMn30 | 1.0715 | 9SMn28 | AISI 1213 / 1215 | Bleifreier Standard-Automatenstahl |
| 11SMnPb30 | 1.0718 | 9SMnPb28 | AISI 12L14 | Bleilegiert; beste Zerspanbarkeit und Oberfläche |
| 11SMn37 | 1.0736 | 9SMn36 | AISI 1215 | Höherer Schwefelgehalt, sprödere Späne |
| 11SMnPb37 | 1.0737 | 9SMnPb36 | AISI 12L15 | Bleilegiert, höchste Schnittgeschwindigkeit |
| 35S20 / 46S20 | 1.0726 / 1.0727 | 35S20 / 45S20 | AISI 1140 / 1146 | Mittelgekohlter Automatenstahl; härtbar |
Die auf Zeichnungen noch häufigen „9SMn28“ und „9SMnPb28“ sind die alten Namen desselben Werkstoffs; der Lieferant verwendet Stangen aus 11SMn30 / 11SMnPb30. Zusammensetzung: bis etwa 0,14 % C, 0,9–1,3 % Mn, 0,27–0,33 % S, bei den bleilegierten Typen 0,20–0,35 % Pb.
Warum lässt er sich so schnell zerspanen?
- Mangansulfid-Einschlüsse (MnS): brechen den Span, senken die Schnittkraft und bilden einen Schmierfilm auf der Werkzeugoberfläche.
- Blei (bei Pb-Typen): zusätzliche Schmierung und Spanbruch; Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit sind noch besser.
- Niedriger Kohlenstoffgehalt: weiche Matrix (Härte 110–170 HB), geringer Schnittwiderstand.
- Ergebnis: 150–250 m/min Schnittgeschwindigkeit mit Hartmetall (1,5- bis 2-fach C45), kurze Späne, mannlose Fertigung, Ra 0,8–1,6 direkt vom Drehen, stabiles Halten enger Toleranzen.
In europäischen Zerspanbarkeitsvergleichen dient 11SMn30 meist als Referenz (100); C45 liegt bei etwa 55–65, 42CrMo4 bei 45–55, 1.4305 bei 60–70 und 1.4404 bei 35–45.
Mechanische Eigenschaften
- Zugfestigkeit: 380–570 MPa (kaltgezogene Stange; Zustand +C), warmgewalzt 360–520 MPa
- Streckgrenze: kaltgezogen etwa 300–450 MPa (nicht spezifiziert, nicht gewährleistet)
- Bruchdehnung: 6–10 % (kaltgezogen; niedrig)
- Härte: 110–170 HB
- Kerbschlagzähigkeit: niedrig; Sulfideinschlüsse mindern die Zähigkeit quer zur Walzrichtung
Automatenstahl ist kein Baustahl: Mechanische Werte werden nicht gewährleistet und dienen nur zur Information. Für lasttragende, schlagbeanspruchte oder ermüdungsbeanspruchte Teile wird er nicht verwendet.
Wann nicht einsetzen? Grenzen
| Anforderung | Automatenstahl geeignet? | Alternative |
|---|---|---|
| Schweißen | Nein; Schwefel und Blei verursachen Heißrisse und Poren | S235JR, C22, C45 (mit Vorwärmen) |
| Härten / Vergüten | Nein; Kohlenstoffgehalt zu niedrig | C45, 42CrMo4, 35S20/46S20 (begrenzt) |
| Einsatzhärten | Begrenzt; möglich, Einschlüsse senken jedoch die Kernzähigkeit | 16MnCr5, 20MnCr5 |
| Nitrieren | Möglich; dünne Schicht, für Verschleißflächen | — |
| Korrosionsbeständigkeit | Nein; Beschichtung erforderlich (Zink, Nickel, Brünieren) | 1.4305, 1.4404 |
| Hohe Last / Ermüdung / Schlag | Nein | C45E, 42CrMo4, 34CrNiMo6 |
| Kaltumformen (Bördeln, Nieten) | Schlecht; geringe Dehnung | C10, C15, 10S20 statt 11SMn30 |
| Druckgeräte (PED) | In der Regel nein; keine gewährleisteten mechanischen Werte | P250GH, 1.4571 |
Regel: Erfüllt das Teil nur eine Geometrie- und Positionierfunktion (Stift, Buchse, Distanzstück, Verschraubungskörper, Stellschraube, Wellenende, Sensorgehäuse), ist Automatenstahl ideal; sind Last, Schweißen oder Härte gefordert, nicht.
Beschichtung und Oberflächenbehandlung
- Galvanisch verzinkt (5–12 µm, blau/gelb/schwarz passiviert): am häufigsten; Innenräume und leicht korrosive Umgebung.
- Zink-Nickel: Standard im Automotive; 720+ Stunden Salzsprühtest.
- Vernickeln: Optik und mittlere Korrosionsbeständigkeit.
- Brünieren / Phosphatieren: geringe Kosten, in öliger Umgebung ausreichend; keine Maßänderung.
- Nitrieren / Nitrocarburieren: für Verschleißflächen.
Bei bleilegiertem Automatenstahl kann die Schichthaftung gelegentlich Probleme bereiten; der Beschichter muss den Werkstoff kennen. Die Schichtdicke muss in der Toleranz berücksichtigt werden.
Bleibeschränkungen: RoHS und ELV
Bleilegierter Automatenstahl (11SMnPb30) fällt in den EU-Richtlinien RoHS und ELV (Altfahrzeuge) unter die Ausnahme für Blei in Stahl bis 0,35 Gew.-% (RoHS Anhang III 6(a), ELV Anhang II 1). Er kann daher in den meisten Anwendungen eingesetzt werden; einige OEMs sowie Medizin- und Lebensmittelanwendungen bevorzugen jedoch bleifrei. Bleifreier 11SMn30 und 11SMn37 laufen mit 10–20 % geringerer Schnittgeschwindigkeit als der bleilegierte Typ, und die Oberfläche ist etwas rauer; mit modernen beschichteten Werkzeugen ist der Unterschied geschrumpft. Bei Beschränkungen „Pb-free“ oder direkt 11SMn30 auf die Zeichnung schreiben. Für Teile mit Trinkwasserkontakt wird statt Stahl ein geeignetes Messing oder Edelstahl bevorzugt.
Was bestimmt den Preis eines Seriendrehteils?
- Werkstoff: Automatenstahl-Stangen liegen preislich nahe an gezogenem C45; sie sind 3- bis 4-mal günstiger als Messing. Blankstahl mit Toleranz h9 oder h11 ist Standard für Langdrehautomaten.
- Taktzeit: 10–60 Sekunden für Teile Ø3–20 mm auf dem Langdrehautomaten; mit steigender Stückzahl geht der Rüstanteil gegen null.
- Beschichtung: Die Beschichtungskosten pro Teil liegen oft nahe an den Bearbeitungskosten; Trommelware ist viel günstiger als Gestellware.
- Toleranz und Oberfläche: Ra 0,8 und ±0,01 sind auf dem Langdrehautomaten ohne Aufpreis; Ra 0,4 und ±0,005 erfordern zusätzliche Sorgfalt.
- Stückzahlschwelle: Ab 500–1.000 Stück ist der Langdrehautomat wirtschaftlich; darunter die klassische CNC-Drehmaschine. Die Schwellen erläutern wir in unserem Beitrag CNC-Drehen oder Langdrehen.
Konstruktionstipps
- Standard-Stangendurchmesser verwenden (Blankstahl h9: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25 mm); den Außendurchmesser im Stangenmaß zu belassen spart einen Schnitt.
- Sechskantstangen (SW 5–36) liefern den Sechskant bei Verschraubungs- und Mutternkörpern direkt aus dem Rohmaterial.
- Gewindeausläufe vorsehen; Standardgewinde (M, G) verwenden.
- Das Verhältnis Länge/Durchmesser unter 10 halten; lange schlanke Teile brauchen Abstützung.
- Wenn Schweißen oder Härten erforderlich wird, den Werkstoff nicht als Automatenstahl angeben; 35S20/46S20 oder C45 verwenden.
Häufig gestellte Fragen
Sind 9SMn28 und 11SMn30 derselbe Werkstoff?
Ja; 9SMn28 ist der alte DIN-Name, 11SMn30 der aktuelle Name nach EN 10087 (1.0715). 9SMnPb28 = 11SMnPb30 (1.0718).
Kann Automatenstahl geschweißt werden?
Praktisch nein; Schwefel und Blei verursachen Risse und Poren. Ist Schweißen erforderlich, C22 oder S235JR wählen.
Sind Teile aus Automatenstahl RoHS-konform?
Der bleilegierte Typ gilt unter der Ausnahme 0,35 % Pb in Stahl als konform; bleifreier 11SMn30 ist in jedem Fall geeignet. Geben Sie Ihre Beschränkung auf der Zeichnung an.
Welche Toleranz ist realistisch?
Auf dem Langdrehautomaten ±0,005–0,01 mm im Durchmesser und ±0,02 mm in der Länge; auf der klassischen CNC-Drehmaschine werden ±0,01–0,02 mm routinemäßig gehalten. Die Kostenwirkung erläutern wir in unserem Beitrag zur Toleranzwahl.
Fazit
Automatenstahl bietet bei nicht lasttragenden Seriendrehteilen aus Stahl die niedrigsten Kosten und die höchste Fertigungsgeschwindigkeit; sind Schweißen, Härten oder hohe Lasten gefordert, ist er nicht die richtige Wahl. Um zu prüfen, ob der Werkstoff auf Ihrer Zeichnung die wirtschaftlichste Option für die Serie ist, senden Sie Ihre technischen Zeichnungen und Stückzahlen über unser Angebotsformular; Sie erhalten ein positionsweises Angebot mit Werkstoff- und Beschichtungsempfehlungen. Kapazitätsinformationen finden Sie auf unserer Seite Langdrehen.
