Was ist 5160 Stahl
5160 Stahl ist eines der wichtigsten Herstellungsstoffe, die in der modernen Industrie verwendet werden. Es ist ein Metall, das durch Legierung von Eisen mit Kohlenstoff und anderen Spurenelementen hergestellt wird, wobei diese Zusätze dem Stahl erhöhte Festigkeit, Widerstandsfähigkeit und Härte verleihen.
Stahl kann auf viele verschiedene Arten hergestellt werden, und daher wurden verschiedene Stahlsorten basierend auf ihren Zusammensetzungen klassifiziert (um die Unterschiede zwischen Stählen besser zu verstehen, 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 Benennungssystem für verschiedene Legierungen entwickelt, das die chemische Zusammensetzung und die allgemeinen Eigenschaften jedes Stahls beschreibt. Dieser Artikel wird die Eigenschaften, Stärken und Verwendungen von 5160 Stahl untersuchen, einem niedriglegierten Hochleistungs-Federstahl, der außergewöhnlich widerstandsfähig und zäh ist. Durch die Erforschung seiner physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften soll dieser Artikel den Lesern zeigen, wann sie 5160 Stahl gegenüber anderen, weniger geeigneten Legierungen für ihr Projekt wählen sollten.
Physikalische Eigenschaften von 5160 Stahl
Es ist wichtig, das Benennungssystem für Stahl und seine Legierungen zu verstehen, da der Name viel über die Zusammensetzung jeder Legierung verrät. Ähnlich wie bei Aluminium wird Stahl mit einer vierstelligen Kennung benannt, aber im Gegensatz zu Aluminium enthält jede Zahl wichtige Informationen über den Kohlenstoffanteil und die damit verbundenen Legierungselemente im Stahl. Beachten Sie auch, dass es Unterschiede zwischen den Benennungssystemen von AISI und SAE gibt, diese überschneiden sich jedoch in Bezug auf die Legierungsnamen und werden in diesem Artikel als eine Benennungseinheit behandelt (AISI/SAE-Benennungsindex).
Die erste Ziffer der Stahllegierungsbezeichnung steht für die Klasse der Stahllegierung. Im Fall von 5160 Aluminium repräsentiert die 5 Stähle, die Chrom als Hauptlegierungselement verwenden. Die zweite Ziffer gibt die Konzentration des genannten Legierungselements an; 5160 Stahl ist daher 1% Chrom nach Masse. Die letzten beiden Ziffern geben die spezifische Kohlenstoffkonzentration an, wobei sie anzeigen, dass die Legierung 0,XX % Kohlenstoff enthält. Für 5160 Stahl, bedeutet dies, dass die Kohlenstoffkonzentration 0,60% Kohlenstoff beträgt, was ihn zu einem mittel- bis hochkohlenstoffhaltigen Stahl macht. Beachten Sie, dass dies keine umfassende Analyse ist, und um als 5160 Stahl zu gelten, muss das Material auch die Konzentration-Toleranzen für die anderen Elemente wie unten gezeigt erreichen:
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, ist hoch ductil und besitzt gute Federeigenschaften, die bei Anwendungen nützlich sind, bei denen Flexibilität gewünscht wird. Daher gehört er zu den „Federstählen“, die Legierungen darstellen, die sowohl flexibel sind als auch genügend Festigkeit besitzen, um nach Verformung in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Obwohl er nicht leicht schweißbar oder maschinell bearbeitbar ist, kann 5160 Stahl wärmebehandelt, geglüht und im Warmumformverfahren in Form gebracht werden. Er hat eine Dichte von 7,85 g/cm3 (0,284 lb/in3).
Korrosionsanfälligkeit
5160 Stahl rostet leicht, was ein unerwünschter 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 hinzugefügt, um diese Rostbildung zu verhindern, aber es ist nicht in ausreichender Menge vorhanden, um die Degradation vollständig zu verhindern. Jegliche ätzende Beschädigung schwächt 5160 Stahl, daher ist es wichtig, das Rostrisiko Ihres Projekts bei der Verwendung dieses Metalls zu berücksichtigen.
Mechanische Eigenschaften
Tabelle 1: Zusammenfassung der mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung 6063.
| Mechanische Eigenschaften | Metrischer Wert | Englischer Wert |
| Zugfestigkeit | 958 MPa | 139000 psi |
| Streckgrenze | 530 MPa | 76900 psi |
| Volumenmodul | 160 GPa | 23200 ksi |
| Elastizitätsmodul | 205 GPa | 29700 ksi |
| Schermodul | 80,0 GPa | 11600 ksi |
Oben gezeigt, liefert einige grundlegende mechanische Werte von 5160 Stahl. Dieser Abschnitt wird jeden Wert kurz erläutern und seine Relevanz für die Arbeitscharakteristika dieses äußerst nützlichen Materials aufzeigen.
Die maximale Zugfestigkeit und die Streckgrenze sind Werte, die die Reaktion eines Materials auf Zugbelastung beschreiben. Die Streckgrenze gibt die maximale Zugkraft an, bei der eine Stahlprobe nicht dauerhaft verformt wird, und die maximale Zugfestigkeit ist die höchste Zugkraft vor Bruch (Rissbildung/Bruch). 5160 Stahl ist in Zug äußerst stark und weist Werte auf, die sogar den stärksten Aluminiumlegierungen übertreffen (zum Vergleich: 7075 Aluminium, eine ziemlich starke Aluminiumlegierung, hat eine maximale Streckgrenze von 572 MPa / 503 MPa). Diese Werte zeigen, warum dieser Stahl ein beeindruckender Federstahl ist, da er eine Belastung aushalten kann, bevor er dauerhaft verformt wird.
Der Volumenmodul beschreibt, wie widerstandsfähig ein Material gegen gleichmäßige Kompression ist – mit anderen Worten, wie schwierig es ist, das Volumen eines Objekts bei axialer Belastung zu verringern. Der Volumenmodul von 5160 Stahl beträgt 160 GPa, was bedeutet, dass es fast 80-mal schwieriger ist, ihn zu komprimieren als flüssiges Wasser (der Volumenmodul von Wasser beträgt 2,15 GPa). Dies zeigt erneut, warum 5160 Stahl perfekt als Federstahl geeignet ist; Autounterstützungen sind oft ständiger Kompression ausgesetzt und dürfen unter konstantem Druck nicht nachgeben.
Ähnlich zeigen sowohl das Schermodul als auch das Elastizitätsmodul die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Scher- bzw. Elastikspannungen. Sie geben einen guten Hinweis auf die Gesamtdurchbiegung eines Materials sowie auf die Spannungen, denen das Material ausgesetzt ist. 5160-Stahl muss sich keine großen Schwächen Sorgen machen, da sowohl sein Schermodul als auch sein Elastizitätsmodul beeindruckend groß sind. Es ist interessant zu bemerken, dass die Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit eines Materials oft umgekehrt proportional zu diesen beiden Maßen stehen, da ein stärkerer und widerstandsfähigerer Stahl Fräser verkleben lässt und allgemein den Maschinenbauern mehr Ärger bereitet.
Anwendungen von 5160 Stahl
5160 Stahl ist, wie bereits beschrieben, ein idealer Federstahl. Seine enorme Festigkeit wird häufig in Anwendungen mit kleineren Querschnitten unter erheblichen Belastungen eingesetzt, wie Federn, Befestigungselementen und Blattfedern in Automobilaufhängungen. Er wird von Lieferanten in Stab- und Rohrform angeboten und kann verwendet werden, um außergewöhnlich starke Komponenten herzustellen, vorausgesetzt, man verfügt über die entsprechenden Werkzeuge. 5160 Stahl wird auch beim Bau von Reinigern und Stoßstangen verwendet und kann eine großartige Klinge mit langlebiger und flexibler Schneide sein. Wenn Duktilität, Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit erforderlich sind, sollten Sie Ihren Lieferanten nach 5160 Stahl fragen.
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