Q235 Stahl vs 45 Stahl vs. 40Cr-Stahl

In der Ingenieurspraxis, Die Stahlauswahl hat direkten Einfluss auf die Leistung, Hersteller, Zuverlässigkeit, und Kosten der Komponenten.

Drei häufig genannte Stähle in chinesischen und internationalen Normen – Q235, 45 Stahl, Und 40Cr — decken ein breites Spektrum an Designanforderungen ab, von der grundlegenden Strukturunterstützung bis hin zu hochfesten mechanischen Teilen.

Obwohl jedes auf der Eisen-Kohlenstoff-Metallurgie basiert, ihre Legierungsstrategien, mikrostrukturelles Verhalten, mechanische Leistung, und optimale Anwendungen unterscheiden sich erheblich.

Dieser Artikel bietet eine Multiperspektive, maßgeblich, und eingehender Vergleich als Leitfaden für die Materialauswahl und technische Entscheidungsfindung.

1. Metallurgische Identität und Klassifizierung

Q235 Stahl

Q235 ist ein kohlenstoffarmer Baustahl weit verbreitet in allgemeinen Ingenieur- und Bauanwendungen.

Es ist das häufigste Chinesisch Kohlenstoffstahl Grad, gleichbedeutend mit ASTM A36 Und Ein S235JR. Q235 bietet a Gleichgewicht der Kräfte, Duktilität, und Schweißbarkeit, wodurch es für Brücken geeignet ist, Gebäude, Schiffsstrukturen, Pipelines, und Maschinenrahmen.

Merkmale

• Chemische Zusammensetzung: Kohlenstoff ≤ 0,20–0,25 %, Mn 0,30–0,70 %, Spur S und P.
• Mechanische Eigenschaften: Streckgrenze ≈ 235 MPa, Zugfestigkeit ≈ 375–500 MPa.
• Schweißbar und formbar: Kann leicht geschnitten werden, geschweißt, und kaltgeformt.
• Kostengünstig: Wirtschaftliche Option für allgemeine strukturelle Anwendungen.
• Anwendungen: Konstruktionsbalken, Strukturrahmen, Schiffbau, Druckbehälter.

45 Stahl (auch bekannt als C45 oder 1.1191)

45 Stahl ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt weit verbreitet in China und international für mechanische Teile, die eine höhere Festigkeit und Härte erfordern als kohlenstoffarme Stähle.

Es entspricht ungefähr AISI 1045. Es ist für Schäfte geeignet, Getriebe, und Befestigungselemente, die vorhanden sind mechanisch belastet und wärmebehandelt werden können.

Merkmale

• Chemische Zusammensetzung: Kohlenstoff ≈ 0,42–0,50 %, Mn 0,50–0,80 %, S/P <0.05%.
• Mechanische Eigenschaften (geglüht): Zugfestigkeit ≈ 570–700 MPa, Streckgrenze ≈ 330–500 MPa.
• Wärmebehandelbar: Kann abgeschreckt und angelassen werden, um eine höhere Härte und Verschleißfestigkeit zu erreichen.
• Gute Bearbeitbarkeit und mäßige Zähigkeit: Gleicht Festigkeit und Verarbeitbarkeit aus.
• Anwendungen: Wellen, Getriebe, Schrauben, Achsen, Stangenverbindungsstäbe, und mechanische Teile unter mäßiger Belastung.

40Cr-Stahl (auch bekannt als 1.7035)

40Cr ist ein mittelkohlenstoffhaltig, Chrom-legierter Stahl weit verbreitet in Anwendungen, die Folgendes erfordern höhere Stärke, Härte, und Verschleißfestigkeit als gewöhnliche Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.

Chrom verbessert die Härtbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, und Dauerfestigkeit. Es entspricht ungefähr AISI 5140.

Merkmale

• Chemische Zusammensetzung: Kohlenstoff ≈ 0,37–0,44 %, Chrom ≈ 0,80–1,10 %, Mn 0,50–0,80 %, S/P <0.035%.
• Mechanische Eigenschaften (normalisiert): Zugfestigkeit ≈ 745–930 MPa, Streckgrenze ≈ 435–600 MPa.
• Hervorragende Härtbarkeit: Kann abgeschreckt und angelassen werden, um eine hohe Härte zu erreichen (bis zu HRC 50) für Verschleiß-resistente Teile.
• Gute Ermüdungsbeständigkeit und Zähigkeit: Geeignet für kritische mechanische Komponenten.
• Anwendungen: Wellen, Getriebe, Kurbelwellen, Hochleistungsachse, Spindeln, und andere hochfeste mechanische Teile.

2. Vergleich der chemischen Zusammensetzung: Q235 Stahl vs 45 Stahl vs. 40Cr-Stahl

Die chemische Zusammensetzung von Stahl bestimmt direkt sein Phasenumwandlungsverhalten und seine mechanischen Eigenschaften.

In der folgenden Tabelle sind die Standardzusammensetzungsbereiche aufgeführt (gemäß chinesischen nationalen Standards) und die Funktionsmechanismen der Schlüsselelemente für die drei Stähle:

Hauptunterschiede:

Q235 hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und keine absichtlichen Legierungselemente, Der Schwerpunkt liegt auf der Verarbeitbarkeit; 45 Stahl hat einen höheren Kohlenstoffgehalt und eine strengere Kontrolle der Verunreinigungen, Wärmebehandlung ermöglichen;

40Cr fügt Chrom hinzu, um die Härtbarkeit und die mechanischen Eigenschaften zu optimieren, Überbrückung der Lücke zwischen Kohlenstoffstahl und hochlegiertem Stahl.

3. Mikrostruktureigenschaften: Vom Lieferzustand bis zum wärmebehandelten Zustand

Die Mikrostruktur ist die Verbindung zwischen chemischer Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften.

Die drei Stähle weisen in unterschiedlichen Zuständen unterschiedliche Mikrostrukturen auf, direkten Einfluss auf ihre Leistung:

Auslieferungszustand (Warmgewalzt)

• Q235 Stahl: Besteht aus Ferrit (α-Fe) + Pearlit (Lamellenmischung aus Ferrit und Zementit). Ferrit ist die Hauptphase (70–80%), Gewährleistung einer guten Duktilität und Schweißbarkeit.
  Perlitgehalt (20–30%) Bietet mäßige Kraft. Aufgrund des geringen Legierungsgehalts und des einfachen Warmwalzprozesses ist das Gefüge grobkörnig.
• 45 Stahl: Ferrit + Pearlit, mit höherem Perlitanteil (40–50%) als Q235 aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts.
  Die Struktur ist feiner und gleichmäßiger (Hochwertiger Stahl), mit weniger Einschlüssen, Dies führt zu einem besseren Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit.
• 40Cr-Stahl: Ferrit + Pearlit + Spuren von chromreichen Karbiden. Chrom verfeinert die Korngröße, wodurch die Perlitlamellen dünner werden als 45 Stahl.
  Das Vorhandensein von Chromkarbiden (Cr₃C) legt den Grundstein für die anschließende Wärmebehandlung zur Verstärkung.

Wärmebehandelter Zustand (Abschrecken + Temperieren, Q&T)

• Q235 Stahl: Schlechte Härtbarkeit; Abschrecken (Wasserkühlung) bildet nur in der Randschicht Martensit, wobei der Kern Ferrit-Perlit bleibt.
  Eine Wärmebehandlung wird selten angewendet, da es die Gesamtleistung nicht wesentlich verbessern kann und zu Verformungen/Rissen führen kann.
• 45 Stahl: Nach dem Abschrecken (840–860℃ Wasser-/Ölkühlung), die Struktur wandelt sich in Lattenmartensit um (hart, aber spröde).
  Anlassen bei 200–300℃ (niedrige Temperierung) erzeugt angelassenen Martensit, Verbesserung der Zähigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der hohen Härte.
  Anlassen bei 500–600℃ (mittlere Temperierung) bildet Sorbit, eine Balance der Kräfte zu erreichen (σᵤ≥600 MPa) und Duktilität (δ≥15 %).
• 40Cr-Stahl: Hervorragende Härtbarkeit; Ölkühlung (statt Wasserkühlung) kann auch bei Werkstücken mit einem Durchmesser ≤50 mm eine vollständige Martensitumwandlung erreichen.
  Nach mittlerer Temperierung (520–560℃), Die Struktur wird zu gehärtetem Sorbit (feinkörniger Sorbit + Verteilte Carbide), mit höherer Festigkeit und Zähigkeit als 45 Stahl. Chrom stabilisiert die Martensitstruktur, Reduzierung der Anlasssprödigkeit.

4. Vergleich der mechanischen Eigenschaften – Q235-Stahl vs 45 Stahl vs. 40Cr-Stahl

5. Eigenschaften der Wärmebehandlung: Härtbarkeit und Prozessanpassungsfähigkeit

Reaktionsfähigkeit bei der Wärmebehandlung (Härtbarkeit, Temperamentstabilität) bestimmt den Anwendungsbereich von Stahl. Die drei Stähle unterscheiden sich in dieser Hinsicht deutlich:

Härtbarkeit

• Q235 Stahl: Sehr schlechte Härtbarkeit. Die kritische Abkühlrate ist hoch; nur dünne Werkstücke (≤5 mm) Nach dem Abkühlen mit Wasser kann sich eine kleine Menge Martensit bilden, während dicke Werkstücke Ferrit-Perlit bleiben.
  Eine Wärmebehandlung ist wirtschaftlich nicht sinnvoll, es handelt sich also um den Auslieferungszustand.
• 45 Stahl: Mäßige Härtbarkeit. Werkstücke mit einem Durchmesser ≤20 mm können durch Wasserkühlung vollständig martensit werden; für dickere Werkstücke (20–40 mm), Ölkühlung führt zu unvollständiger Aushärtung (Kern ist Sorbit).
  Es ist für mittelgroße Personen geeignet, Teile mit mittlerer Belastung, die eine Wärmebehandlung erfordern.
• 40Cr-Stahl: Hervorragende Härtbarkeit. Chrom reduziert die kritische Abkühlgeschwindigkeit, Ermöglicht eine vollständige Martensitumwandlung in Werkstücken mit einem Durchmesser ≤50 mm durch Ölkühlung (Vermeidung von durch Wasserkühlung verursachten Verformungen/Rissen).
  Für Werkstücke bis 80 mm, Durch Wasser-Öl-Abschrecken kann eine gleichmäßige Härtung erreicht werden, Damit ist es für große geeignet, Schwerlastteile.

Gängige Wärmebehandlungsprozesse und -effekte

• Glühen: Q235-Glühen (600–650℃) lindert Rollstress; 45/40Das Cr-Glühen verfeinert die Körner und verringert die Härte für die Bearbeitung. 40Beim Cr-Glühen werden auch Chromkarbide gelöst, Vorbereitung zum Abschrecken.
• Normalisieren: Q235 normalisiert sich (880–920℃) verbessert die Strukturgleichmäßigkeit; 45/40Die Cr-Normalisierung erhöht die Festigkeit und Zähigkeit, Wird als Vorbehandlung für komplexe Teile verwendet.
• Abschrecken + Temperieren: Der Kernprozess für 45/40Cr. 45 Stahl wird mit Wasser abgeschreckt + mittlere Temperierung; 40Cr verwendet Ölabschreckung + mittlere Temperierung, Erzielung einer besseren Gesamtleistung und einer geringeren Verformung.
• Oberflächenhärtung: 45/40Cr kann einer Induktionshärtung oder Aufkohlung unterzogen werden (45 Stahl) zur Verbesserung der Oberflächenhärte (HRC 50–60) für Verschleiß-resistente Teile.
  40Der Chromgehalt von Cr verbessert die Oberflächenhärtungswirkung und die Verschleißfestigkeit.

6. Verarbeitungsleistung: Casting, Schmieden, Schweißen, und Bearbeitung

Die Verarbeitungsleistung wirkt sich direkt auf die Produktionseffizienz und -kosten aus, und ist ein Schlüsselfaktor für die Materialauswahl in der Massenproduktion:

Casting-Leistung

• Q235 Stahl: Schlechte Gießbarkeit. Ein niedriger Kohlenstoff- und Legierungsgehalt führt zu einer schlechten Fließfähigkeit der Schmelze und einer hohen Schrumpfungsrate, anfällig für Lunker und Porosität. Wird selten zum Gießen verwendet; hauptsächlich zum Walzen und Formen.
• 45 Stahl: Mäßige Gießbarkeit. Ein höherer Kohlenstoffgehalt verbessert die Fließfähigkeit im Vergleich zu Q235, aber immer noch anfällig für Heißrisse. Wird für kleine bis mittelgroße Gussteile mit geringen Präzisionsanforderungen verwendet.
• 40Cr-Stahl: Bessere Gießbarkeit als 45 Stahl. Chrom verfeinert die Gussstruktur, Verringerung der Schrumpfung und der Heißrissneigung.
  Geeignet für Präzisionsgussteile, die einer Wärmebehandlung bedürfen, aber die Gusskosten sind höher als die des Walzens.

Schmiedeleistung

• Q235 Stahl: Hervorragende Schmiedeleistung. Schmiedetemperaturbereich (1150–850℃) ist breit, mit guter Plastizität und geringem Verformungswiderstand. Geeignet zum Warmschmieden einfacher Formen (z.B., Schrauben, Klammern).
• 45 Stahl: Gute Schmiedeleistung. Schmiedetemperatur (1100–800℃); erfordert eine gleichmäßige Erwärmung, um Risse zu vermeiden. Geschmiedete Teile haben eine verfeinerte Körnung, Verbesserung der Wärmebehandlungswirkung.
• 40Cr-Stahl: Mäßige Schmiedeleistung. Chrom erhöht die Verformungsbeständigkeit, erfordern eine höhere Schmiedekraft und eine strengere Temperaturkontrolle (1100–820℃).
  Ein Glühen nach dem Schmieden ist erforderlich, um innere Spannungen zu beseitigen und die Wärmebehandlung vorzubereiten.

Schweißleistung

• Q235 Stahl: Hervorragende Schweißleistung. Niedriger Kohlenstoffgehalt vermeidet Martensitbildung in der Wärmeeinflusszone (HAZ), ohne Vorwärmen oder Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) für dünne Werkstücke erforderlich. Kompatibel mit allen Schweißmethoden (SMAW, GMAW, GTAW).
• 45 Stahl: Schlechte Schweißleistung. Ein hoher Kohlenstoffgehalt führt zu hartem Martensit in der WEZ, anfällig für Kaltrisse.
  Vorheizen (150–200℃) und PWHT (Anlassen bei 600–650℃) sind Pflicht. Schweißen wird nur zur Reparatur eingesetzt, nicht für tragende Schweißnähte.
• 40Cr-Stahl: Schlechtere Schweißleistung als 45 Stahl. Chrom erhöht die HAZ-Härtbarkeit, wodurch Kaltrisse und Anlasssprödigkeit wahrscheinlicher werden.
  Strenges Vorheizen (200–300℃), Schweißen mit geringer Wärmeeinbringung, und PWHT sind erforderlich. Auf Schweißen wird grundsätzlich verzichtet; mechanisches Fügen (Verschraubung, spannend) wird bevorzugt.

Bearbeitung Leistung

• Q235 Stahl: Hervorragende Bearbeitungsleistung. Geringe Härte und gute Plastizität erleichtern das Schneiden, bei geringem Werkzeugverschleiß.
  Geeignet für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und automatisierte Produktionslinien (z.B., Bearbeitung von Halterungen, Teller).
• 45 Stahl: Gute Bearbeitungsleistung im Auslieferungszustand (HBW 190–230). Nach der Wärmebehandlung (Härte ＞ HRC 30), Die Bearbeitungsschwierigkeiten nehmen zu, erfordern Werkzeuge aus Hartlegierung. Es handelt sich um einen typischen „bearbeitbaren wärmebehandelten Stahl“..
• 40Cr-Stahl: Mäßige Bearbeitungsleistung im Auslieferungszustand. Chrom erhöht die Schnittfestigkeit, Daher ist der Werkzeugverschleiß höher als 45 Stahl.
  Nach Q&T (HBW 280–320), Die Bearbeitung erfordert eine höhere Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeitskontrolle, mit Bearbeitungskosten, die 15–20 % höher sind als 45 Stahl.

7. Korrosionsbeständigkeit

Bei allen drei Stählen handelt es sich um Kohlenstoff-/legierte Baustähle ohne absichtlich korrosionsbeständige Legierungselemente (Der Cr-Gehalt in 40Cr ist für eine passive Filmbildung zu niedrig), Daher ist ihre Korrosionsbeständigkeit im Allgemeinen schlecht, mit leichten Unterschieden:

• Q235 Stahl: Schlechte Korrosionsbeständigkeit. Hoher Gehalt an Verunreinigungen (S, P) und ein niedriger Legierungsgehalt beschleunigen die Korrosion in der Atmosphäre und im Süßwasser, mit einer Korrosionsrate von 0,1–0,3 mm/Jahr in Industrieatmosphären. Muss geschützt werden (Malerei, Verzinkung) für den Außendienst.
• 45 Stahl: Etwas bessere Korrosionsbeständigkeit als Q235. Ein geringerer Verunreinigungsgehalt und eine feinere Struktur reduzieren die Entstehung von Korrosionsstellen.
  In Industrieatmosphären beträgt die Korrosionsrate 0,08–0,25 mm/Jahr, Für den langfristigen Einsatz ist immer noch ein Schutz erforderlich.
• 40Cr-Stahl: Beste Korrosionsbeständigkeit unter den dreien. Chrom bildet auf der Oberfläche einen dünnen Oxidfilm, verhindert Korrosion.
  In Industrieatmosphären beträgt die Korrosionsrate 0,05–0,20 mm/Jahr, und es hat eine bessere Beständigkeit gegenüber milden Säuren/Basen als Q235 und 45 Stahl.
  Jedoch, In Medien mit hohem Chloridgehalt kommt es immer noch zu Lochfraß, eine Korrosionsschutzbehandlung erfordern (Chromieren, Malerei).

8. Anwendungsszenarien Q235 Stahl vs 45 Stahl vs. 40Cr-Stahl

Die Anwendung der drei Stähle richtet sich ausschließlich nach ihrer Leistung und ihren Kosten, decken verschiedene Industriebereiche ab:

Q235 Stahl

Niedrige Kosten, Allzweckbaustahl. Zu den Anwendungen gehören:

• Bauen und Bauen: Stahlrahmen, Balken, Spalten, Stahlplatten, und Bewehrungsstäbe für gewöhnliche Gebäude, Brücken, und Workshops.
• Mechanische Fertigung: Nicht tragende Teile (Klammern, Basen, Abdeckungen), Schrauben, Nüsse, und Unterlegscheiben für Geräte mit geringer Belastung.
• Pipeline und Container: Niederdruckwasserleitungen, Lagertanks, und Halterungen für nicht korrosive Medien.

45 Stahl

Mittelstark, wärmebehandelbarer Kohlenstoffstahl. Zu den Anwendungen gehören:

• Mechanische Teile: Zahnradwellen, Stangenverbindungsstäbe, Kurbelwellen, Schrauben, und Muttern für mittelschwere Geräte (z.B., kleine Motoren, Pumps, und Landmaschinen).
• Werkzeugkomponenten: Klingen, Schläge, und stirbt für niedrige Geschwindigkeit, verschleißarme Werkzeuge (nach der Oberflächenhärtung).
• Automobilindustrie: Unkritische Teile (z.B., Bremspedale, Lenkknöchel) für Low-End-Fahrzeuge.

40Cr-Stahl

Hochfest, legierter Baustahl. Zu den Anwendungen gehören:

• Mechanische Getriebeteile: Hochbelastbare Getriebewellen, Antriebswellen, Getriebe, und Lager für schwere Maschinen (z.B., Maschinenbau, Werkzeugmaschinen).
• Automobil und Luft- und Raumfahrt: Kritische Teile (z.B., Motorkurbelwellen, Nockenwellen, Getriebe) für High-End-Fahrzeuge und Leichtflugzeuge.
• Petrochemische Industrie: Hochdruck-Rohrleitungsflansche, Ventile, und Pumpenwellen für mittlere Korrosion, Hochlastumgebungen.

9. Kosten- und Kosteneffektivitätsvergleich

Bei der Großserienfertigung sind die Kosten ein entscheidender Faktor. Die relativen Kosten (wobei Q235 als Basislinie verwendet wird) und Wirtschaftlichkeit der drei Stähle sind wie folgt:

10. Abschluss

Die vergleichende Analyse von Q235-Stahl, 45 Stahl, und 40Cr-Stahl hebt hervor, wie Kohlenstoffgehalt, Legierung, und Wärmebehandlung beeinflussen die mechanische Leistung, Hersteller, und Anwendungseignung.

• Q235-Stahl ist ein kohlenstoffarmer Baustahl mit ausgezeichneter Duktilität, Schweißbarkeit, und Formbarkeit.
  Aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit ist es ideal für allgemeine Struktur- und Fertigungsanwendungen, aber es hat eine begrenzte Festigkeit und erfordert Korrosionsschutz.
• 45 Stahl ist ein mittelkohlenstoffhaltig, Vergütungsstahl Bietet eine höhere Festigkeit und Härte als Q235.
  Wann gelöscht und gemildert, es erreicht eine deutlich verbesserte Zugfestigkeit und Verschleißfestigkeit, wodurch es geeignet ist für mechanische Teile wie Wellen, Getriebe, und Achsen.
• 40Cr-Stahl ist ein Chromlegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt Entworfen für hochfeste und ermüdungsbeständige Anwendungen.
  Es ist tiefe Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit Ermöglichen Sie ihm, unter hoher zyklischer Belastung zu funktionieren, Wie in Kurbelwellen, Stangenverbindungsstäbe, und hochbelastete Maschinenkomponenten.

Fazit: Die Materialauswahl sollte ausgewogen sein Stärke, Zähigkeit, Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit, und Kosten gegen Serviceanforderungen.
Q235 eignet sich für strukturelle und Anwendungen mit geringer Belastung, 45 Stahl deckt mechanische Teile mit mittlerer Belastung ab, und 40Cr-Stahl zeichnet sich durch hohe Festigkeit aus, hohe Ermüdung, und verschleißkritische Komponenten.

 

FAQs

Was ist der Hauptunterschied zwischen Q235, 45, und 40Cr-Stähle?

• Q235 ist kohlenstoffarmer Baustahl; 45 Stahl hat einen mittleren Kohlenstoffgehalt und ist wärmebehandelbar; 40Cr ist ein Chromlegierungsstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und hoher Festigkeit und Härtbarkeit.

Kann Q235-Stahl wärmebehandelt werden, um die Festigkeit zu verbessern??

• NEIN, Der niedrige Kohlenstoffgehalt von Q235 begrenzt die Härtung durch Wärmebehandlung. Festigkeitsverbesserungen beruhen auf Kaltumformung oder Designoptimierung.

Welcher Stahl eignet sich am besten für Wellen und Zahnräder??

• 45 steel is suitable for moderate-load shafts and gears; 40Cr is preferred for high-strength, hohe Ermüdung, and wear-resistant mechanical components.

Ist 40Cr-Stahl korrosionsbeständig?

• Not inherently. Schutzbeschichtungen, Überzug, or design considerations are needed for corrosive environments.

Wie wirkt sich die Wärmebehandlung aus? 45 und 40Cr-Stähle?

• Quenching and tempering significantly improve tensile strength, Härte, und Ermüdungsfestigkeit, making them suitable for mechanically demanding components.