Vergleich von Getriebestahl-Spezifikationen zwischen GB, DIN, JIS und AISI: Was eine Umrechnung leisten kann und was nicht

Vergleich von Getriebestahl-Spezifikationen zwischen GB, DIN, JIS und AISI: Was eine Umrechnung leisten kann und was nicht

Nehmen wir ein einzelnes Getriebe als Beispiel. Eine Zeichnung chinesischen Ursprungs gibt 20CrMnTi an. Die Zeichnung des deutschen Käufers nennt 16MnCr5 oder 20MnCr5. Aus Japan kommt SCM420, aus den Vereinigten Staaten 8620. Vom Sinn her liegen diese vier in derselben Nachbarschaft, und dennoch darf keiner von ihnen als identisch mit einem anderen behandelt werden. Wenn wir Werkstoffgüten querverweisen, tun wir tatsächlich Folgendes: Wir nehmen eine in einem Normensystem definierte Güte und stellen sie der nächstliegenden Entsprechung in einem zweiten System gegenüber, wobei wir die Fenster der chemischen Zusammensetzung und die Anforderungen an die Härtbarkeit als Grundlage verwenden. Es kommt lediglich eine ungefähre Entsprechung dabei heraus. Die Substitution ist eine separate Angelegenheit — die Herstellung des Teils in einer anderen Güte als der auf der Zeichnung genannten — und sie vervielfacht den Arbeitsaufwand: Obergrenzen und Untergrenzen der Zusammensetzung, Stirnabschreckkurven, Einschlussgrenzen und Wärmebehandlungseinstellungen erfordern jeweils eine erneute Verifizierung. Nachfolgend finden Sie Querverweistabellen für vier Systeme, die die drei üblichen Getriebestahlfamilien (einsatzgehärtet, vergütet, nitriert), die Festigkeitsbänder der GB-Güten und die fünf Prüfungen vor jeder Substitution abdecken.

I. Drei Begriffe, die auseinandergehalten werden müssen

Werkstoffgüten-Querverweis. Unter Verwendung ungefährer Beziehungen der Bereiche der chemischen Zusammensetzung und der mechanischen Eigenschaften wird eine Güte nach Normensystem A einer vergleichsweise nahen Güte in System B zugeordnet. Was dabei herauskommt, ist ein Kandidatenbereich, keine Erlaubnis zur Substitution.

Substitution (Materialersetzung). Die Zeichnung des Kunden nennt eine Güte, und der Lieferant fertigt in einer anderen. Zusammensetzung, Härtbarkeit, Reinheitsgrad und Wärmebehandlungsroute müssen in diesem Stadium alle erneut bestätigt werden, und in den meisten Fällen muss der Kunde die Zustimmung schriftlich erteilen.

Härtbarkeit. Wie tief eine gehärtete Schicht ein Stahl beim Abschrecken ausbilden kann, definiert diese Eigenschaft; der Stirnabschreckversuch (Jominy) ist die Messmethode, und GB/T 225 ist die inländische Umsetzung. Zwei Güten, deren Namen übereinstimmen oder nahezu übereinstimmen, können dennoch unterschiedlichen Härtbarkeitskurven folgen — ein häufiger Fehlerpunkt bei Substitutionsversuchen.

II. Einsatzgehärteter Getriebestahl: Querverweis über vier Systeme

• China GB 20CrMnTi: — (keine direkte Entsprechung)
  • Japan JIS: SMK22
  • USA AISI/SAE: —
  • Typische Anwendungen: Einsatzgehärtete Getriebe vom Typ Automobilgetriebe, große inländische Verwendung
• China GB 20CrMo: 20CrMo5 / 1.7320
  • Japan JIS: SCM420
  • USA AISI/SAE: 4118 / 4120
  • Typische Anwendungen: Einsatzgehärtete Getriebe mit kleinem und mittlerem Modul
• China GB 20CrNi2Mo: 20NiCrMo2-2 / 1.6523
  • Japan JIS: SNCM420
  • USA AISI/SAE: 4320
  • Typische Anwendungen: Schwerlast-Einsatzgetriebe
• China GB 20CrNiMo: 20NiCrMo2-2 / 1.6523
  • Japan JIS: SNCM220
  • USA AISI/SAE: 8620
  • Typische Anwendungen: Universell einsatzgehärtete Getriebe

Wo die Tabelle „—“ zeigt, hat das System keine gängige Güte, die direkt zugeordnet werden kann. Das bedeutet nicht, dass deutscher Einsatzstahl dasselbe Getriebe nicht herstellen kann; es bedeutet, dass die Arbeit die Härtbarkeits- und Zusammensetzungsprüfung durchlaufen muss und die Substitution erst nach Bestätigung durch beide Parteien erfolgt. Auch der umgekehrte Fall ist wichtig: Wenn ein Kunde einsatzgehärtete Stähle nach deutschem Standard wie 16MnCr5 oder 20MnCr5 nennt, sollte der Lieferant zuerst die Querschnittsgröße und die geforderte Einsatzhärtungstiefe betrachten, bevor er entscheidet, welchen der beiden er nimmt.

III. Vergüteter Getriebestahl: Querverweis über vier Systeme

• China GB 40Cr: 41Cr4 / 1.7035
  • Japan JIS: SCr440
  • USA AISI/SAE: 5140
  • Typische Anwendungen: Vergütete Getriebe für mittlere Belastung
• China GB 42CrMo: 42CrMo4 / 1.7225
  • Japan JIS: SCM440
  • USA AISI/SAE: 4140 / 4142
  • Typische Anwendungen: Universelle hochfeste Getriebe, Getriebewellen
• China GB 35CrMo: 34CrMo4 / 1.7220
  • Japan JIS: SCM435
  • USA AISI/SAE: 4135
  • Typische Anwendungen: Getriebe mit mittlerem Querschnitt
• China GB 45-Stahl: C45 / 1.0503
  • Japan JIS: S45C
  • USA AISI/SAE: 1045
  • Typische Anwendungen: Langsam laufende Getriebe mit leichter Last
• China GB 40CrNiMo: 40CrNiMo6 / 1.6511
  • Japan JIS: SNCM439
  • USA AISI/SAE: 4340
  • Typische Anwendungen: Hochfeste Getriebewellen
• China GB 34CrNiMo: 34CrNiMo6 / 1.6582
  • Japan JIS: —
  • USA AISI/SAE: —
  • Typische Anwendungen: Vergütete Getriebe mit großem Querschnitt

Vergüteter Stahl lässt sich ordentlicher zuordnen als Einsatzstahl, da die chromhaltigen und molybdänhaltigen Familien in jedem System ausgereifte Reihen haben. Eine Vorsicht ist angebracht. Die Entsprechung von 45-Stahl mit C45 und S45C ist weit verbreitet, doch 45-Stahl allein hat eine begrenzte Härtbarkeit; sobald der Querschnitt groß wird, fällt die Härte über den Querschnitt stärker ab als bei 42CrMo. Die Verwendung von 45-Stahl zum Vergüten von Teilen mit großem Querschnitt verdient daher Sorgfalt.

IV. Nitrierter Getriebestahl: Querverweis

Jedes System bietet wenige nitrierte Stahlsorten, sodass die Auswahl geringer ist als bei Einsatzstahl. Das Nitrieren bringt geringe Verformung und hohe Zahnflankenhärte, was für Präzisionsteile geeignet ist, die nach der Wärmebehandlung nicht bequem geschliffen werden können. Der Nachteil ist eine dünne gehärtete Schicht, was es für starke Stoßbeanspruchung ausschließt.

V. Festigkeitsbereiche gängiger GB-Güten

Diese Zahlen dienen der schnellen Beurteilung der Güteklasse. Spezifische Werte unterliegen dem Qualitätszeugnis des Stahlwerks und der Eingangs-Nachprüfung.

Eine Zeile lässt sich aus dieser Tabelle ablesen. Einsatzstahl bezieht seine Festigkeit aus der randgehärteten Schicht, während die Kernhärte bei 30~45 HRC gehalten wird, um die Zähigkeit zu bewahren; vergüteter Stahl bezieht seine Festigkeit aus dem Durchhärten, wobei die Härte im Bereich von 240~320 HB liegt. Welchen Weg man wählt, hängt davon ab, ob die Zahnflankenkontaktspannung oder die Zahnfußbiegespannung die kritischere ist, nicht davon, welche Güte fortschrittlicher klingt.

VI. Härte als gemeinsame Einheit für den systemübergreifenden Vergleich

Eine Zeichnung kann HRC tragen, eine andere HB, eine dritte HV, sodass immer, wenn ein Getriebe gegen alle drei beurteilt werden muss, ein Umrechnungsschritt unvermeidlich ist. Die am häufigsten anzutreffenden Stufen (Werte ungefähr):

• HRC 25: 255
  • HV: 260
  • Typische Entsprechung: Mittlerer Kohlenstoffstahl, vergütet
• HRC 30: 285
  • HV: 290
  • Typische Entsprechung: Vergüteter Stahl
• HRC 40: 370
  • HV: 380
  • Typische Entsprechung: Mittlerer Kohlenstoffstahl, vergütet
• HRC 48: 455
  • HV: 470
  • Typische Entsprechung: 40Cr induktionsgehärtet
• HRC 52: 510
  • HV: 525
  • Typische Entsprechung: Legierter Stahl, abgeschreckt
• HRC 58: 580
  • HV: 610
  • Typische Entsprechung: 20CrMnTi, einsatzgehärtet und abgeschreckt
• HRC 62: 640
  • HV: 670
  • Typische Entsprechung: Schnellarbeitsstahl / Einsatzstahl

Übliche Härteanforderungsstufen für Getriebe:

• Getriebetyp Einsatzgehärtetes und abgeschrecktes Getriebe: Einsatzhärten + Abschrecken + Tiefanlassen
  • Üblicher Härtebereich: 58~62 HRC
  • Beschreibung: Harte Zahnflanke, zäher Kern, stoßfest
• Getriebetyp Vergütetes + induktionsgehärtetes Getriebe: Vergüten + Induktionshärten der Zahnflanke
  • Üblicher Härtebereich: 48~55 HRC
  • Beschreibung: Harte Zahnflanke, Kern behält Zähigkeit
• Getriebetyp Vergütetes Getriebe: Vergüten
  • Üblicher Härtebereich: 280~320 HB
  • Beschreibung: Mittlere Festigkeit, für mittlere und niedrige Drehzahlen
• Getriebetyp Nitriertes Getriebe: Vergüten + Gas-/Plasmanitrieren
  • Üblicher Härtebereich: ≥50 HRC (nitrierte Schicht)
  • Beschreibung: Geringe Verformung, verschleißfest
• Getriebetyp Durchgehärtetes Getriebe: Durchhärten + Tiefanlassen
  • Üblicher Härtebereich: 45~55 HRC
  • Beschreibung: Getriebe mit kleinem Modul

Diese Umrechnungsbeziehungen gelten nur innerhalb eines ungefähren Bereichs. Unterhalb von 20 HRC liefert die Rockwell-C-Skala große Fehler, und stattdessen sollte die HRB-Skala verwendet werden; unterhalb von 450 HB können HRC und HB näherungsweise als HRC ≈ (HB − 200) / 10 geschätzt werden. Da der Messfehler in Bereichen unterhalb von 20 HRC zunimmt, sollte die Prüfskala bei der Abnahme vereinbart werden.

VII. Fünf Punkte, die vor einer Substitution zu prüfen sind

• Chemische Zusammensetzung: Jede Norm hat Unterschiede bei den Ober- und Untergrenzen für Si, Mn, Cr, Ni, Mo; Element für Element prüfen
• Härtbarkeit: Nach Stirnabschreckdaten vergleichen, nicht aus dem Gütenamen ableiten; je größer der Querschnitt, desto kritischer
• Reinheitsgrad: Jede Norm hat unterschiedliche Anforderungen an S- und P-Gehalt sowie Einschlussgehalte
• Wärmebehandlungsprozess: Nach Materialwechsel müssen Einsatzhärtungstemperatur, Kohlenstoffpotential, Abschreckmedium und Anlassparameter erneut bestätigt werden
• Kundenspezifikation: Wenn die Zeichnung ausdrücklich eine Norm und Güte angibt, gemäß der Spezifikation einkaufen; Änderungen erfordern Kundenbestätigung

VIII. Praktische Erkenntnisse

• Für Exportaufträge zunächst festlegen, gegen welche Norm der Kunde prüft. Die Zeichnung kann 20CrMnTi angeben, während der deutsche Kunde nach deutschem Standard prüft; die Schwierigkeit liegt meist nicht darin, ob das Teil hergestellt werden kann, sondern gegen welche Werte es zur Prüfung vorgelegt wird. Ein Satz in der technischen Vereinbarung, der die Werkstoffnormnummer und den Zusammensetzungsbereich angibt, erspart mehr Ärger als eine Auseinandersetzung im Nachhinein.
• Der Stirnabschreckkurve mehr vertrauen als dem Güteetikett. Stahlwerke liefern dieselbe nominelle Güte mit unterschiedlichen Härtbarkeitsbandbreiten. Wo Härtbarkeit gefordert ist, sollten die J-Werte in die Einkaufsspezifikation aufgenommen und bei der Eingangs-Nachprüfung verifiziert werden; das ist besser, als allein die Güte vom Zeugnis abzulesen.
• Ein Materialwechsel zieht die Wärmebehandlungsparameter mit sich. Nur die Zeichnungsangabe zu ändern und den Einsatzhärtungsprozess wie zuvor aufzurufen, ist eine häufige Quelle von Chargenauffälligkeiten — wenn sich der Nickelgehalt verschiebt, verschiebt sich auch die bei gleichem Kohlenstoffpotential und gleicher Zeit erzielte Einsatzhärtungstiefe.
• Prüfberichte sollten die Güte, die Normnummer und den Wärmebehandlungszustand vollständig angeben. Bei der Exportprüfung kann der Kunde einen Bericht, der nur „Legierter Stahl, HRC58“ sagt, nicht den Zeichnungsanforderungen zuordnen; alle drei vollständig anzugeben schließt die Rückverfolgbarkeitskette.

Zwischen Werkstoffgüte und fertigem Getriebe liegen mehrere Stufen: Bearbeitung und Prüfung von präzisen Stirnrädern, Drehen, Fräsen und Wärmebehandlung von wellenförmigen Getriebeteilen und Präzisionsbearbeitung und Zahnschleifprozesse. Bei Standard-Serienteilen wie Zahnstangen kodiert die Teilenummer selbst das Material: In GY-CSTGH-020-10-S steht Position C für S45C und M für SCM440, während 020 Modul M2 und 10 Länge 1000mm bezeichnet. Wo eine Zeichnung eine technische Prüfung von Material und Wärmebehandlung erfordert, kontaktieren Sie uns.

PinyiGear liefert Präzisionsgetriebe und Getriebeteile nach Zeichnung, mit Material- und Wärmebehandlungsdokumentation, die bis zur im Auftrag genannten Norm rückverfolgbar ist.