Bevor Sie P20-Stahlprodukte kaufen, sollten Sie mehr darüber erfahren. In diesem Artikel wird das P20-Stahlmaterial anhand seiner Definition, Spezifikationsnorm, Äquivalente, Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungen und einem detaillierten Vergleich zwischen P20- und 4140-Stahl näher erläutert.
Was ist P20-Stahl?
P20, auch bekannt als AISI P20, ist ein Werkzeugstahl, der häufig bei der Herstellung von Kunststoffformen und Druckgussformen verwendet wird. P20-Stahl wird normalerweise in vorgehärtetem Zustand mit einem Härtebereich von HRC28-33 geliefert, sodass er ohne weitere Wärmebehandlung direkt für den Formenbau verwendet werden kann. P20-Formenstahl ist gut bearbeitbar und kann durch Schneiden, Schmieden, Wärmebehandlung und maschinelle Bearbeitung verarbeitet werden, während eine gute Maßstabilität und Oberflächenqualität erhalten bleibt. Er eignet sich auch zum Polieren und Ätzen.
P20-Material ist in Form von Rund- oder Vierkantstangen und flachen Platten erhältlich.
P20 Stahläquivalente
Die Stahlsorten werden in den einzelnen Normen unterschiedlich spezifiziert. Werkzeugstahl AISI P20 (USA) entspricht DIN 1.2311 (Deutschland) und GB/T 3Cr2Mo (China).
P20 Stahlbearbeitbarkeit
Unter der Annahme, dass Werkzeugstahl mit 1 Prozent Kohlenstoffanteil eine Bewertung von 100 aufweist, weist der vorgehärtete P20-Stahl eine Bearbeitbarkeitsbewertung von 65 auf.
Wärmebehandlung von P20-Stahl
- – Vorhärten: Bei Verwendung als Material für große Formen besteht das Vorhärten-Wärmebehandlungssystem für P20-Stahl aus Erhitzen und Abschrecken bei 830–860 °C.
- – Abschrecken: Der Abschrecktemperaturbereich liegt ungefähr zwischen 820 und 890 °C, wobei 850 bis 880 °C üblicherweise empfohlen werden.
- – Anlassen: Der Anlasstemperaturbereich liegt ungefähr zwischen 500 und 640 °C, wobei üblicherweise 540 bis 640 °C empfohlen werden.
- – Glühen: Die Glühtemperatur beträgt 850 °C, die Haltezeit beträgt 2–4 Stunden. Die isotherme Temperatur beträgt 720 °C, die Haltezeit beträgt 4–6 Stunden. Der Ofen wird auf 500 °C abgekühlt und anschließend luftgekühlt.
Chemische Zusammensetzung von P20-Stahl
Die Zusammensetzung von P20-Stahl variiert leicht zwischen verschiedenen Standards.
P20/3Cr2Mo
Element | Inhalt (%) |
Fe | 95,2-98,5 |
C | 0,28–0,40 |
Si | 0,20–0,80 |
Mn | 0,60-1,00 |
Cr | 1,40-2,00 |
Mo | 0,30–0,55 |
P | 0,03 |
S | 0,03 |
DIN 1.2311
Element | Inhalt (%) |
Fe | Rest |
C | 0,35-0,45 |
Si | 0,20–0,40 |
Mn | 1,30-1,60 |
Cr | 1,80-2,10 |
Mo | 0,15–0,25 |
P | 0,03 |
S | 0,03 |
Werkstoffeigenschaften von P20-Stahl (physikalische, thermische und mechanische Eigenschaften)
P20 ist eine Chrom-Molybdän-Legierung und seit langem der Stahl der Wahl für vorgehärtete Formenstähle. Nachfolgend sind die Eigenschaften von P20-Werkzeugstahl aufgeführt.
Eigenschaften | Werte |
Dichte | 7,85 g/cm³ (0,284 lb/Zoll) |
Härte | 300 Brinell (30 Rockwell C) |
Maximale Zugfestigkeit | 965-1030 MPa (140.000-150.000 psi) |
Streckgrenze | 827-862 MPa (120.000-125.000 psi) |
Bruchdehnung | 20 % |
Elastizitätsmodul | 205 GPa (29.700 ksi) |
Druckfestigkeit | 862 MPa (125.000 psi) |
Wärmeleitfähigkeit | 29,0–34,0 W/mK (201–236 BTU-Zoll/Std.-ft²-°F) |
Wärmeausdehnung (20 ºC) | 12,8 x 10^-6/ºC |
P20-Stahl vs. 4140, was ist der Unterschied?
Ein einfacher Vergleich zwischen 4140-Stahl und P20 zeigt deutlich die Unterschiede.
1. Chemische Zusammensetzung
Elemente | 4140 | P20 |
Fe | 96,8-97,8 | 95,2-98,5 |
C | 0,38–0,43 | 0,28–0,40 |
Mn | 0,75-1,00 | 0,60-1,00 |
P | 0,035 | 0,03 |
S | 0,040 | 0,03 |
Si | 0,15–0,35 | 0,20–0,80 |
Cr | 0,8–1,10 | 1,40-2,00 |
Mo | 0,15–0,25 | 0,30–0,55 |
Cu | 0 | 0-0,25 |
2. Standard
P20-Stahl ist in der Spezifikation ASTM A681 angegeben, die für Werkzeugstähle gilt, während 4140-Stahl in der Norm ASTM A29 für Stahlstangen, Kohlenstoff- und Legierungsstahl sowie Warmschmiedestahl abgedeckt ist.
3. Eigenschaften
Eigenschaften | 4140 | P20 |
Zugfestigkeit (MPa) | 690 bis 1080 | 540 bis 1050 |
Latente Schmelzwärme (J/g) | 250 | 260 |
Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | 43 | 45 |
Thermische Ausdehnung (µm/mK) | 13 | 12 |
Elektrische Leitfähigkeit (gleiches Volumen, % IACS) | 7.3 | 7.4 |
Elektrische Leitfähigkeit (Gleichgewicht, % IACS) | 8.4 | 8,5 |
Thermoschockbeständigkeit (Punkte) | 20 bis 32 | 18 bis 35 |
4. Kosten
4140-Stahl ist im Allgemeinen billiger als P20-Stahl.
5. Bewerbungen
- – P20-Stahl wird hauptsächlich für Kunststoffformen und Zinkdruckgussformen verwendet und kann vergütet werden, um ein gutes Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erreichen, was für die Formenherstellung von Vorteil ist.
- – 4140-Stahl eignet sich am besten für verschiedene mechanische Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Er wird normalerweise für Komponenten wie Zahnräder, Wellen und Bolzen verwendet, bei denen Härte und Verschleißfestigkeit entscheidend sind.