Wer eine Antriebswelle, eine Hydraulikkolbenstange oder eine hochfeste Schraube konstruiert, hat höchstwahrscheinlich einen Vergütungsstahl gewählt. Diese Gruppe liefert durch Abschrecken und Anlassen eine Kombination aus hoher Festigkeit und Zähigkeit; die Reihenfolge von CNC-Bearbeitung und Wärmebehandlung birgt jedoch praktische Details zu Verzug und Kosten, die der Konstrukteur kennen sollte. Als Fortsetzung unserer Beiträge zu Automatenstählen und Edelstählen gibt dieser Artikel die Sicht des Lohnfertigers wieder.
Die meistverwendeten Vergütungsstähle
| Werkstoff (EN 10083) | W.-Nr. | Typische Festigkeit +QT | Verwendung |
|---|---|---|---|
| C45 / C45E | 1.0503 / 1.1191 | 630–780 MPa (Ø≤16) | Wellen, Bolzen, allgemeine Maschinenteile |
| 42CrMo4 | 1.7225 | 1000–1200 MPa | Hochbelastete Wellen, Zahnräder, Schrauben (10.9/12.9) |
| 34CrNiMo6 | 1.6582 | 1100–1300 MPa | Große Querschnitte, Stoßbelastung; Kurbelwellen, Achsen |
| 25CrMo4 | 1.7218 | 700–850 MPa | Schweißbarer Vergütungsstahl, Druckbauteile |
| 16MnCr5 | 1.7131 | Einsatzstahl | Harte Oberfläche, zäher Kern: Zahnräder, Nocken |
Entscheidung zum Lieferzustand: +N, +QT, +A
Derselbe Stahl wird in verschiedenen Zuständen gekauft, und das bestimmt den gesamten Prozess:
- +N (normalgeglüht) oder +A (weichgeglüht): Leicht zerspanbar (Zerspanbarkeitsindex für C45 ~60–70 %); nach der Bearbeitung ist Härten nötig; der Härteverzug muss berücksichtigt werden.
- +QT (vergütet): Kommt als Stange mit 900–1200 MPa Festigkeit; wird direkt auf Fertigmaß bearbeitet, kein Wärmebehandlungsschritt. Die Bearbeitung ist 20–40 % langsamer, die Werkzeugstandzeit kürzer; dafür entfallen Verzugsrisiko und zweite Operation.
Praxisregel in der Lohnfertigung: Ist die Teilegeometrie einfach und die Toleranz mittel, ist die direkte Bearbeitung aus +QT-Stangenmaterial der günstigste und schnellste Weg. Ist das Teil komplex, sind die Querschnittsübergänge groß oder wird eine Härte über 40 HRC gefordert, ist die Kette Vorbearbeiten → Wärmebehandeln → Schlichten/Schleifen nötig. Deshalb ist entscheidend, ob auf der Zeichnung „42CrMo4 +QT“ oder „42CrMo4, härten auf 40±2 HRC“ steht; beides sind sehr unterschiedliche Preise.
Zerspanbarkeit und Werkzeugstrategie
- C45 +N: Nahe am Referenzstahl; hohe Schnittgeschwindigkeit, lange Standzeit. Die Oberflächengüte kann im geglühten Zustand „schmierig“ sein; im Zustand +QT ergibt sich eine bessere Oberfläche.
- 42CrMo4 +QT (~300 HB): Die Schnittgeschwindigkeit sinkt gegenüber C45 um 30–40 %; beschichtetes Hartmetall und steife Spannung sind Pflicht. Lange dünne Wellen brauchen Reitstock und Lünette.
- 34CrNiMo6 +QT: Wegen des hohen Nickelgehalts schwieriger; hohe Schnittkräfte, die Spankontrolle wird schwieriger.
- Bearbeitung im gehärteten Zustand (>45 HRC): Hartdrehen mit CBN-Werkzeugen ist möglich; als Alternative zum Schleifen ist es bei eng tolerierten Wellen wirtschaftlich. Zu Erwartungen an die Oberflächengüte siehe unseren Beitrag zur Oberflächenrauheit.
Verzug nach der Wärmebehandlung und Schleifaufmaß
Beim Abschrecken ist eine Formänderung des Teils unvermeidlich; lange Wellen verbiegen sich, dünnwandige Teile werden oval. Der praktische Ansatz:
- Beim Vorbearbeiten werden 0,3–0,5 mm Schleif-/Schlichtaufmaß am Durchmesser und 0,5–1 mm an der Länge belassen.
- Wellen mit großem L/Ø-Verhältnis müssen nach der Wärmebehandlung eventuell gerichtet werden.
- Flächen mit Toleranz IT6 und enger werden nach der Wärmebehandlung geschliffen oder durch Hartdrehen fertiggestellt.
- Gewinde werden vor dem Härten geschnitten und in der Regel vor dem Härten geschützt (partielles Härten oder Anlassen der Gewindezone nach der Wärmebehandlung).
Die Toleranzentscheidung bestimmt die Wärmebehandlungskette; unser Beitrag zur Toleranzwahl diskutiert, welche Fläche was benötigt.
Optionen der Randschichthärtung
| Verfahren | Geeigneter Stahl | Oberflächenhärte | Tiefe | Anmerkung |
|---|---|---|---|---|
| Induktionshärten | C45, 42CrMo4 | 55–60 HRC | 1–5 mm | Partiell, schnell, serientauglich |
| Gasnitrieren | 42CrMo4, 31CrMoV9 | 600–900 HV | 0,2–0,6 mm | Geringer Verzug, nach dem Schlichten anwendbar |
| Einsatzhärten | 16MnCr5, 20MnCr5 | 58–62 HRC | 0,5–2 mm | Zahnräder und Nocken; Schleifen nötig |
| Nitrocarburieren (Salzbad) | C45, Automatenstähle | ~500–700 HV | ≤0,03 mm Verbindungsschicht | Verschleiß + Korrosion, günstig |
Werkstoffzeugnis und Rückverfolgbarkeit
Bei Vergütungsstählen liefert das Zeugnis nach EN 10204 3.1 chemische Analyse und mechanische Werte (Rm, Re, A, KV). Bei +QT-Stangen sind die Zeugniswerte direkt die Werte des Teils; wird die Wärmebehandlung im Betrieb durchgeführt, sollte zusätzlich ein Wärmebehandlungsbericht (Ofenprotokoll, gemessene Härte) verlangt werden. Für Automobil- und Energiekunden werden die Härtemesspunkte auf der Zeichnung markiert.
Praktische Checkliste für den Einkäufer
Prüfen Sie bei Teilen aus Vergütungsstahl vor dem Versand von Anfrage und Zeichnung an den Lieferanten folgende Punkte:
- Sind die Güte nach EN 10083 und der Lieferzustand (+N, +QT) angegeben? Ist bei alter DIN- oder AISI-Bezeichnung die EN-Entsprechung ergänzt?
- Sind Härteanforderung (HB/HRC), Toleranz und Messstelle angegeben? Wird die Härte nur an der Oberfläche (Induktion, Nitrieren) oder über den Querschnitt gefordert?
- Ist die Wärmebehandlungsreihenfolge geklärt: Vorbearbeiten → Wärmebehandeln → Schlichten, oder direkte Bearbeitung aus +QT-Material?
- Sind die nach der Wärmebehandlung zu schleifenden Flächen und ihre Toleranzen markiert?
- Stehen Werkstoffzeugnis (3.1) und Härtebericht auf der Dokumentenliste?
- Sind bei Anforderungen an mechanische Eigenschaften (Rm, Rp0,2, Kerbschlag) Spezifikation und Probenentnahmestelle angegeben?
- Gibt es bei Schweißarbeiten einen Hinweis zu Kohlenstoffäquivalent und Vorwärmung? (Das Schweißen von 42CrMo4 erfordert besondere Maßnahmen.)
Sind diese sieben Punkte vollständig, kalkuliert der Lieferant die richtige Prozesskette, und das Erstmuster wird nicht wegen Härte oder Maß abgelehnt. In der Türkei sind Härtereien in den Industriegebieten weit verbreitet, und Zerspanungsbetriebe arbeiten routinemäßig mit ihnen; die Härtemessung erfolgt meist im Betrieb und wird dem Bericht beigefügt. Zum allgemeinen Rahmen der Oberflächenbehandlungen siehe auch unseren Beitrag zum Werkstoffzeugnis.
Häufig gestellte Fragen
Kann ich 42CrMo4 +QT direkt bearbeiten und ohne Wärmebehandlung einsetzen?
Ja; +QT-Stangen haben bereits 1000–1200 MPa Festigkeit. Für die meisten Wellen und Bolzen reicht das, und es ist der wirtschaftlichste Weg.
Werden Toleranzen nach der Wärmebehandlung gehalten?
IT7 und gröber lassen sich mit sorgfältigem Aufmaß halten; für IT6 und enger wird Schleifen oder Hartdrehen geplant.
Um wie viel verteuert 42CrMo4 statt C45 das Teil?
Rohmaterial 15–25 %, Bearbeitung 20–40 % teurer; bei kleinen Teilen liegt der Gesamteffekt bei etwa 15–30 %.
Wie sollte die Härtetoleranz geschrieben werden?
Zielwert und Bereich (z. B. 40±2 HRC), Messstelle und Verfahren (HRC/HV) sollten auf der Zeichnung stehen; die Angabe „gehärtet“ allein ist unzureichend.
Wird 42CrMoS4 oder 34CrMo4 statt 42CrMo4 akzeptiert?
42CrMoS4 ist schwefellegiert und besser zerspanbar; die mechanischen Werte sind nahezu gleich. 34CrMo4 hat weniger Kohlenstoff und geringere Härtbarkeit. Soll eine Alternative akzeptiert werden, muss das auf der Zeichnung klar stehen.
Schwankt die Härte bei +QT-Material von Charge zu Charge?
Für EN 10083 +QT sind die mechanischen Eigenschaften je Durchmesserbereich als Spanne angegeben; die Härte kann um 20–40 HB schwanken. Bei Teilen mit enger Härtetoleranz ist eine kundenspezifische Wärmebehandlung sicherer.
Fazit
Bei Vergütungsstählen betrifft die richtige Entscheidung weniger den Werkstoff als Lieferzustand und Wärmebehandlungsreihenfolge: Die direkte Bearbeitung aus +QT-Stangen ist für die meisten Teile der wirtschaftlichste Weg, komplexe und eng tolerierte Teile brauchen die Kette Vorbearbeiten–Härten–Schlichten. Senden Sie Ihre Zeichnung und Härteanforderung über unser Angebotsformular; wir schlagen Werkstoffzustand und Wärmebehandlungsoption mit dem Angebot vor. Werfen Sie auch einen Blick auf unseren Umfang im CNC-Drehen.
