Stahl 1018 ist ein gängiger amerikanischer kohlenstoffarmer Stahl mit einem nominellen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,18%. Er zeichnet sich durch gute Duktilität, Schweißbarkeit, Kaltumformbarkeit und stabile Zerspanbarkeit aus. Da das Material weit verbreitet und relativ kostengünstig ist, wird es häufig für Wellen, Stifte, Halterungen, Vorrichtungen, Befestigungselemente und allgemeine CNC-bearbeitete Teile verwendet.
Bei der Auswahl dieses Werkstoffs hilft das Verständnis der Eigenschaften von 1018-Stahl Ingenieuren dabei, zu beurteilen, ob ein Bauteil die Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Maßhaltigkeit, Verschleißfestigkeit und Oberflächenschutz erfüllen kann. Dieser Artikel stellt die wichtigsten Eigenschaften und den Anwendungswert von 1018-Stahl aus verschiedenen Blickwinkeln vor.
Was ist 1018-Stahl?
Stahl 1018 ist ein kohlenstoffarmer Stahl im AISI/SAE-Kohlenstoffstahlsystem und wird üblicherweise auch als Weichstahl klassifiziert. Die “10” steht für die Serie der unlegierten Kohlenstoffstähle, während die “18” einen nominalen durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,18% angibt. Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts weist 1018-Stahl in der Regel eine gute Duktilität, Schweißbarkeit, Kaltumformbarkeit und Zerspanbarkeit auf.
Im Vergleich zu einigen gewöhnlichen kohlenstoffarmen Stählen weist der Stahl 1018 einen relativ höheren Mangangehalt auf, was zur Verbesserung der Festigkeit und zu einer gewissen Härtbarkeit beiträgt. Daher eignet er sich für die Bearbeitung allgemeiner mechanischer Bauteile und lässt sich durch Oberflächenhärtungsverfahren auch auf eine höhere Oberflächenhärte bringen. Einfach ausgedrückt ist 1018-Stahl nicht für extrem hohe Festigkeit bekannt, sondern für stabile Eigenschaften, einfache Bearbeitbarkeit, angemessene Kosten und eine breite Eignung für allgemeine mechanische Bauteile sowie präzisionsgefertigte Komponenten.
Eigenschaften von Stahl 1018
Chemische Zusammensetzung des Stahls 1018
Die Leistungsmerkmale des Stahls 1018 beruhen hauptsächlich auf seinem niedrigen Kohlenstoffgehalt und seinem relativ hohen Mangangehalt. Der niedrige Kohlenstoffgehalt sorgt dafür, dass das Material eine gute Duktilität, Schweißbarkeit und Kaltumformbarkeit beibehält, während Mangan zur Verbesserung der Festigkeit, der Bearbeitungsstabilität und in gewissem Maße auch der Härtbarkeit beiträgt. Die typische chemische Zusammensetzung ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:
| Element | Typischer Bereich | Funktion |
| C | 0.15–0.20% | Bietet eine grundlegende Festigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung einer guten Duktilität, Schweißbarkeit und Kaltumformbarkeit |
| Mn | 0.60–0.90% | Verbessert die Festigkeit und trägt in gewissem Maße zur Erhöhung der Härtbarkeit und der Bearbeitungsstabilität bei |
| P | ≤0,040% | Kommt in geringen Mengen vor und muss in der Regel auf einem niedrigen Niveau gehalten werden |
| S | ≤0,050% | Kommt in geringen Mengen vor und muss in der Regel auf einem niedrigen Niveau gehalten werden |
| Fe | Bilanz | Grundelement, das die Hauptmatrix des Stahls 1018 bildet |
Was die Zusammensetzung betrifft, ist der Stahl 1018 weder ein hochlegierter Stahl noch ein hochkohlenstoffhaltiger Stahl. Seine Vorteile liegen in der einfachen Zusammensetzung, dem stabilen Verarbeitungsverhalten, den moderaten Kosten sowie der Möglichkeit, die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit durch Aufkohlen oder Carbonitrieren zu verbessern.
Wie wird 1018-Stahl hergestellt?
Die Herstellung von 1018-Stahl lässt sich vereinfacht so verstehen, dass zunächst ein Material auf Eisenbasis gewonnen wird, anschließend der Kohlenstoff- und Mangangehalt angepasst wird und das Material schließlich durch Walzen oder Kaltumformung in verschiedene Formen gebracht wird. In der tatsächlichen Produktion kann die Eisenquelle aus aus Eisenerz geschmolzenem Roheisen oder aus recyceltem Stahlschrott stammen. Je nach Stahlherstellungsverfahren können auch Koks, Kalkstein oder andere Veredelungsstoffe verwendet werden, um Verunreinigungen zu entfernen und den geschmolzenen Stahl zu reinigen.
Nachdem sich die Zusammensetzung des geschmolzenen Stahls stabilisiert hat, werden geeignete Mengen an Kohlenstoff und Mangan hinzugefügt oder angepasst, damit der Stahl den Zusammensetzungsbereich von 1018-Stahl erfüllt. Der geschmolzene Stahl wird anschließend zu Knüppeln oder Brammen gegossen und warmgewalzt zu Stahlblech, Rundstahl, Vierkantstahl oder Stabstahl. Wenn das Bauteil eine höhere Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität erfordert, folgen weitere Arbeitsschritte wie Kaltziehen, Kaltwalzen, Richten, Schälen, Schleifen, oder es kann ein Poliervorgang durchgeführt werden, um kaltgezogene Stahlstangen, kaltgewalzten Stahl der Güteklasse 1018 oder kaltveredelten Stahl der Güteklasse 1018 herzustellen.
Mechanische Eigenschaften von Stahl der Sorte 1018
Die mechanischen Eigenschaften von 1018-Stahl zeichnen sich durch mäßige Festigkeit, gute Duktilität und relativ geringe Härte aus. Er eignet sich für allgemeine mechanische Bauteile, Wellen, Stifte, Halterungen, Vorrichtungen, Verbindungselemente und Befestigungselemente. Es handelt sich zwar nicht um einen hochfesten Stahl, doch bietet er unter den kohlenstoffarmen Stählen eine stabile Gesamtleistung.
| Eigentum | Typischer Bereich | Was das bedeutet |
| Zugfestigkeit | 410–450 MPa oder mehr | Die Bruchfestigkeit des Werkstoffs unter Zugbelastung |
| Streckgrenze | Etwa 270 MPa oder mehr | Die Belastung, der ein Werkstoff standhalten kann, bevor eine bleibende Verformung einsetzt |
| Dehnung | 24% oder höher | Die Fähigkeit des Werkstoffs, nach dem Dehnen eine plastische Verformung zu erfahren |
| Flächenverringerung | 50% oder höher | Die Fähigkeit des Werkstoffs, sich vor dem Bruch lokal einzuschränken und zu verformen |
| Härte | In der Regel unter 197 HB vor der Wärmebehandlung | Ein Maß für die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Eindrücken, Verschleiß und Schneidwirkung |
Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit von 1018-Stahl bezieht sich in der Regel auf die Bruchzugfestigkeit, also die maximale Zugspannung, der das Material vor dem Bruch standhalten kann. Seine Festigkeit liegt in einem stabilen mittleren Bereich unter den kohlenstoffarmen Stählen, wodurch er sich für allgemeine Wellen, Bolzen, Halterungen, Verbindungsblöcke, Befestigungssitze sowie mechanische Bauteile mit leichter bis mittlerer Belastung eignet. Muss ein Bauteil hohen Stößen, hohem Drehmoment oder langfristiger Ermüdungsbeanspruchung standhalten, sind Stähle mit höherer Festigkeit wie 1045 oder 4140 in der Regel besser geeignet.
Streckgrenze
Die Streckgrenze bestimmt, ob ein Bauteil unter Belastung wahrscheinlich eine bleibende Verformung erleidet. Stahl der Sorte 1018 eignet sich für Vorrichtungen, Verbindungsplatten, Stützblöcke, Grundplatten und Befestigungsteile für Anlagen, die eine grundlegende Tragfähigkeit und Formstabilität erfordern. Weist ein Bauteil eine große Spannweite, konzentrierte Spannungen oder eine Langzeitbelastung auf, lassen sich die strukturelle Steifigkeit und die Verformungsbeständigkeit nicht nur durch den Wechsel zu einem höherfesten Werkstoff verbessern, sondern auch durch das Hinzufügen von Versteifungsrippen, die Optimierung der Wandstärke und die Verbesserung des Lastabtragspfads.
Dehnung
Eine gute Dehnung weist darauf hin, dass der Stahl 1018 über eine gute Duktilität und Formbarkeit verfügt. Dadurch eignet er sich für das Kaltziehen, Kaltstauchen, Biegen, Pressen, Nieten und Schraubenformen sowie für Schrauben, Nieten, kleine Befestigungselemente und mechanische Bauteile, die ein gewisses Maß an Verformungsaufnahme erfordern.
Flächenverringerung
Die Querschnittsverringerung spiegelt die lokale Verformung und Duktilität des Werkstoffs vor dem Bruch wider. Die Eigenschaften von 1018-Stahl in dieser Hinsicht tragen dazu bei, die Zähigkeit von Bauteilen und deren Widerstandsfähigkeit gegen plötzlichen Bruch zu verbessern, wodurch er sich für Stifte, Verbindungselemente, Befestigungselemente und montierte tragende Bauteile eignet. Für Bauteile, bei denen das Risiko eines Sprödbruchs verringert werden muss, ist dieser Parameter aussagekräftiger als die bloße Betrachtung der Festigkeit.
Härte
Stahl der Sorte 1018 weist im unbehandelten Zustand eine geringe Härte auf, sodass die Schnittfestigkeit relativ gering ist; er eignet sich daher für das CNC-Fräsen, Drehen, Bohren, Gewindeschneiden und die Gewindebearbeitung. Dies bedeutet jedoch auch, dass seine grundlegende Verschleißfestigkeit begrenzt ist. Werden Bauteile für selbstschneidende Schrauben, verschleißfeste Stifte, leicht belastete Zahnradkomponenten oder lokale Lagerflächen verwendet, ist in der Regel eine Aufkohlung oder Carbonitrierung erforderlich, um die Oberflächenhärte und die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
Physikalische Eigenschaften von Stahl 1018
Die physikalischen Eigenschaften von 1018-Stahl wirken sich vor allem auf das Gewicht der Bauteile, deren Steifigkeit und die Eignung für die Verarbeitung bei hohen Temperaturen aus.
| Eigentum | Typischer Wert | Was das bedeutet |
| Dichte | Etwa 7,87 g/cm³ | Gibt das Gewicht des Materials pro Volumeneinheit an |
| Elastizitätsmodul | Etwa 200 GPa | Gibt den Steifigkeitsgrad des Materials und seine Widerstandsfähigkeit gegen elastische Verformung an |
| Poisson-Zahl | Etwa 0,29 | Zeigt den Zusammenhang zwischen der Querverformung und der Längsverformung bei Zug- oder Druckbeanspruchung an |
| Schmelzbereich | Etwa 1425–1540 °C | Gibt den ungefähren Temperaturbereich an, in dem das Material vom festen in den flüssigen Zustand übergeht |
Dichte
Die Dichte von Stahl 1018 ist typisch für Kohlenstoffstähle, und er ist bei gleichem Volumen deutlich schwerer als eine Aluminiumlegierung. Daher eignet er sich nicht für extrem leichte Bauteile, wohl aber für Komponenten, die ein gewisses Gewicht, eine gewisse Steifigkeit und strukturelle Stabilität erfordern, wie beispielsweise Sockel, Halterungen, Befestigungsvorrichtungen, Verbindungsblöcke und allgemeine mechanische tragende Teile.
Elastizitätsmodul
Der Young-Modul gibt die Steifigkeit eines Werkstoffs an. Der Elastizitätsmodul von 1018-Stahl entspricht in etwa dem von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl, was bedeutet, dass er unter Belastung nicht zu deutlichen elastischen Verformungen neigt. Er eignet sich für Wellen, Befestigungssitze, Stützteile, Vorrichtungen und mechanische Bauteile, die eine stabile Form beibehalten müssen.
Poisson-Zahl
Der Poisson-Koeffizient wird hauptsächlich in der Tragwerksplanung und bei der Verformungsanalyse unter Belastung verwendet. Bei gewöhnlichen CNC-gefrästen Bauteilen bestimmt dieser Parameter in der Regel nicht direkt die Materialauswahl, kann jedoch als Grundlage für technische Berechnungen dienen, wenn die Verformung von Wellen, Halterungen, Verbindungselementen oder unter Druck stehenden Bauteilen analysiert wird.
Schmelzbereich
Der Schmelzbereich von Stahl der Güteklasse 1018 ist relativ hoch und erfüllt die Anforderungen für gängige Schweißarbeiten, Warmumformung und Wärmebehandlung. Für alltägliche Bearbeitungsanwendungen ist dieser Parameter zwar nicht der wichtigste Auswahlfaktor, trägt jedoch dazu bei, die grundlegende Anpassungsfähigkeit des Werkstoffs bei der Hochtemperaturbearbeitung und Wärmebehandlung zu verdeutlichen.
Thermische Eigenschaften von Stahl der Güteklasse 1018
Die thermischen Eigenschaften von 1018-Stahl wirken sich vor allem auf die Maßhaltigkeit beim Erwärmen, Abkühlen, Schweißen, bei der Wärmebehandlung sowie im Einsatz in Umgebungen mit Temperaturschwankungen aus.
| Eigentum | Typischer Wert | Was das bedeutet |
| Wärmeleitfähigkeit | Etwa 50 W/m·K | Gibt die Wärmeleitfähigkeit des Materials an |
| Spezifische Wärme | Etwa 486 J/kg·K | Gibt die Wärmemenge an, die erforderlich ist, um die Temperatur des Materials um eine Einheit zu erhöhen |
| Wärmeausdehnung | Etwa 11,7 × 10⁻⁶ /K | Gibt an, um wie viel sich das Material bei steigender Temperatur ausdehnt |
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit von 1018-Stahl entspricht der von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl und erfüllt die allgemeinen Anforderungen an die Wärmeableitung und Wärmeübertragung bei mechanischen Bauteilen. Wenn die Hauptfunktion des Bauteils jedoch in einer effizienten Wärmeableitung besteht – wie beispielsweise bei einem Kühlkörper, einer thermischen Befestigungsbasis oder einer Komponente für das elektronische Wärmemanagement –, sind Aluminiumlegierungen, Kupfer oder Messing in der Regel besser geeignet als 1018er-Stahl.
Spezifische Wärme
Die spezifische Wärme beeinflusst die Geschwindigkeit der Temperaturänderung beim Erwärmen und Abkühlen. Bei Schweiß-, Wärmebehandlungs-, Vorwärm- oder lokalen Erwärmungsprozessen hilft dieser Parameter zu erklären, wie 1018-Stahl Wärme aufnimmt und abkühlt, wodurch thermische Verformungen, ungleichmäßige Mikrostrukturen oder Maßabweichungen reduziert werden.
Wärmeausdehnung
Stahl der Güteklasse 1018 unterliegt bei Temperaturänderungen einer gewissen thermischen Ausdehnung. Bei gewöhnlichen Halterungen, Befestigungen und mechanischen Konstruktionen lässt sich dieser Effekt in der Regel kontrollieren. Bei langen Wellen, großen Platten, Präzisionsbaugruppen oder in Arbeitsumgebungen mit großen Temperaturunterschieden sollten jedoch die Auswirkungen der thermischen Ausdehnung auf Lochpositionen, Passspiel und Ebenheit berücksichtigt werden.
Elektrische Leitfähigkeit von Stahl 1018
Stahl der Sorte 1018 weist zwar eine gewisse elektrische Leitfähigkeit auf, diese ist jedoch weitaus geringer als die von Kupfer, Messing und Aluminiumlegierungen. Daher eignet er sich eher als Konstruktionswerkstoff als als hochleitfähiges Funktionsmaterial.
| Eigentum | Typischer Wert | Was das bedeutet |
| Elektrische Leitfähigkeit | Etwa 6–7 MS/m | Gibt die Fähigkeit des Materials an, elektrischen Strom zu leiten |
| IACS-Leitfähigkeit | Über 10–12% IACS | Gibt den relativen Leitfähigkeitswert an, wenn Kupfer als Standard verwendet wird |
| Elektrischer spezifischer Widerstand | Etwa 0,14–0,16 μΩ·m | Gibt die Beständigkeit des Materials gegenüber dem Durchfluss von elektrischem Strom an |
Elektrische Leitfähigkeit
Stahl der Güteklasse 1018 ist elektrisch leitfähig, weist jedoch keine hohe Leitfähigkeit auf. Wird das Bauteil lediglich als gewöhnliches Metallbauteil, Halterung, Gehäuse, Befestigungselement oder mechanisches Verbindungselement verwendet, ist diese Leitfähigkeit in der Regel ausreichend. Muss das Bauteil jedoch eine effiziente Stromleitung, einen Erdungsstromfluss oder eine elektrische Verbindung gewährleisten, sind Kupfer, Messing oder Aluminiumlegierungen in der Regel besser geeignet.
IACS-Leitfähigkeit
IACS ist ein häufig verwendeter Referenzstandard zur Messung der Leitfähigkeit von Metallen, wobei reines Kupfer in der Regel als 100% IACS behandelt wird. Die Leitfähigkeit von 1018-Stahl beträgt nur einen Bruchteil derjenigen von Kupfer, weshalb er für leitfähige Anschlüsse, Sammelschienen oder Bauteile zur Hochstromübertragung nicht bevorzugt wird.
Elektrischer spezifischer Widerstand
Je höher der elektrische spezifische Widerstand ist, desto stärker widersteht das Material dem Stromfluss. Der spezifische Widerstand von 1018-Stahl ist deutlich höher als der von Kupfer und Aluminium, was bedeutet, dass beim Durchfließen von Strom eher Widerstandsverluste entstehen. Dies hat zwar kaum Auswirkungen auf mechanische Bauteile, sollte jedoch bei der elektrischen Auslegung sorgfältig berücksichtigt werden.
Korrosionsbeständigkeit von 1018-Stahl
Die Korrosionsbeständigkeit von 1018-Stahl ist relativ begrenzt, und er neigt zu Rostbildung, wenn er unbehandelt in feuchten Umgebungen, in Umgebungen mit Salznebel oder im Freien eingesetzt wird. Daher eignet er sich eher für trockene Innenräume oder für mechanische Teile mit Oberflächenschutz.
Verwendung in trockenen Innenräumen
In trockenen Innenräumen erfüllt der Stahl 1018 die Anforderungen für den Einsatz in den meisten gewöhnlichen mechanischen Bauteilen, wie beispielsweise Halterungen, Konsolen, Verbindungsblöcken, Montageplatten und inneren Anlagenstrukturen. Solange die Lager- und Einsatzumgebung nicht dauerhaft feucht ist, reicht ein grundlegender Rostschutz in der Regel aus.
Einsatz in feuchter Umgebung oder im Freien
Sind Bauteile feuchter Luft, Regenwasser oder Außenbedingungen ausgesetzt, neigt die Oberfläche von 1018-Stahl zu Oxidation und Rostbildung. Für diese Anwendungsbereiche sind in der Regel eine Schwarzoxidierung, Verzinkung, Lackierung, Pulverbeschichtung oder Rostschutzöl erforderlich, um die Lebensdauer zu verlängern.
Salznebel und korrosive Umgebungsbedingungen
In Umgebungen mit Salznebel, Meeresklima oder chemischer Korrosion ist die Korrosionsbeständigkeit von 1018-Stahl eindeutig unzureichend. Wenn Bauteile langfristig mit Salzwasser, Säuren, Laugen oder korrosiven Gasen in Kontakt kommen, sollten in erster Linie Edelstahl, Vernickelungen, spezielle Beschichtungen oder Werkstoffe in Betracht gezogen werden, die für korrosive Umgebungen besser geeignet sind.
Zerspanbarkeit von 1018-Stahl
Stahl der Sorte 1018 weist eine gute Zerspanbarkeit auf und eignet sich für herkömmliche CNC-Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Drehen, Bohren, Gewindeschneiden, Schleifen und Elektroerosion. Da seine Härte nicht besonders hoch ist und der Schnittwiderstand relativ gering ist, lässt er sich in der Regel leichter bearbeiten als Edelstahl, gehärteter Stahl und hochfester legierter Stahl.
Verhalten beim Schneiden
Stahl der Sorte 1018 verhält sich beim Zerspanen im Allgemeinen stabil, und der Werkzeugverschleiß ist in der Regel geringer als bei rostfreiem Stahl und gehärtetem legiertem Stahl. Da es sich jedoch um einen kohlenstoffarmen Stahl mit guter Zähigkeit handelt, können bei der Bearbeitung, insbesondere beim Bohren, Gewindeschneiden, Nuten und in Bereichen mit dünnen Kanten, Grate, lange Späne, Aufbaukanten oder Oberflächenrisse auftreten.
Werkzeuge und Parameter
Bei der Bearbeitung von 1018-Stahl können scharfe Hartmetallwerkzeuge oder geeignete beschichtete Werkzeuge in Verbindung mit einem stabilen Kühlmittel und angemessenen Vorschubgeschwindigkeiten verwendet werden. Bei der Bohr- und Gewindebearbeitung sollten Spanabfuhr, Größe des Gewindebohrers, Gewindeschmierung und Werkzeugverschleiß sorgfältig kontrolliert werden. Für hochpräzise Oberflächen oder Passmaße kann das Schleifen eingesetzt werden, um die Maßgenauigkeit und die Oberflächenkonsistenz zu verbessern.
Schleifen und Funkenerosion
Wenn Stahlteile aus 1018-Stahl eine höhere Maßgenauigkeit, Ebenheit oder Oberflächenrauheit erfordern, kann das Schleifen als Endbearbeitungs- oder Serienoberflächenbehandlungsverfahren eingesetzt werden. Es dient dazu, überschüssiges Material zu entfernen, Maße zu korrigieren und die Ebenheit zu verbessern; außerdem eignet es sich zum serienmäßigen Entgraten von Teilekanten, zur Verbesserung der Oberflächengüte und zur Gewährleistung der Stabilität von Passflächen. Es wird üblicherweise für Wellen, Distanzstücke, Passflächen, Montageplatten und präzise flache Teile eingesetzt.
Für schmale Nuten, scharfe Ecken, tiefe, feine Strukturen oder Bereiche, die mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen nur schwer zu bearbeiten sind, kann die Funkenerosion (EDM) eingesetzt werden. Da die Funkenerosion jedoch in der Regel weniger effizient ist, eignet sie sich eher für spezielle Strukturen oder lokale Präzisionsmerkmale als für den großvolumigen Materialabtrag.
Typische bearbeitete Teile
Aufgrund seiner guten Bearbeitbarkeit und seiner moderaten Kosten wird 1018-Stahl häufig für CNC-gefertigte Wellen, Stifte, Halterungen, Verbindungsblöcke, Vorrichtungen, Hülsen, Distanzstücke, Montageplatten, Gewindeteile und allgemeine kundenspezifische mechanische Bauteile verwendet. Wenn das Bauteil eine verschleißfestere Oberfläche erfordert, können nach der Bearbeitung Verfahren wie Aufkohlen, Carbonitrieren, Schwarzoxidieren, Verzinken oder Vernickeln angewendet werden.
Wärmebehandlungsmöglichkeiten für 1018-Stahl
Da der Stahl 1018 einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist, Wärmebehandlung Zielt in der Regel nicht darauf ab, im gesamten Bauteil eine sehr hohe Härte zu erreichen. Stattdessen dient es vor allem dazu, die Mikrostrukturstabilität zu verbessern, innere Spannungen zu verringern und die spätere Bearbeitbarkeit oder Umformbarkeit zu verbessern.
- Glühen: Durch Glühen lassen sich die Härte verringern und die Duktilität sowie die Zerspanbarkeit verbessern. Es eignet sich für Bauteile, die später einer Kaltumformung unterzogen werden, CNC-Bearbeitung, oder Stressabbau.
- Normalisieren: Durch das Normalisieren lässt sich die Mikrostruktur verfeinern und die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften verbessern. Es wird häufig eingesetzt, um den mikrostrukturellen Zustand und die Maßhaltigkeit von warmgewalzten Werkstoffen zu verbessern.
- Spannungsarmung: Durch das Spannungsabbauverfahren lassen sich Restspannungen nach der Bearbeitung, dem Schweißen oder der Kaltumformung reduzieren. Es eignet sich für lange Wellen, große flache Teile, geschweißte Teile und präzisionsgefertigte Bauteile.
- Anlassen: Das Anlassen wird in der Regel eingesetzt, um die Sprödigkeit nach der Wärmebehandlung zu verringern und die Zähigkeit sowie die Betriebsstabilität zu verbessern. Bei 1018-Stahl wird das Anlassen häufiger in Verbindung mit einem bestimmten Wärmebehandlungsverfahren angewendet als als eigenständiges Hauptverfahren zur Erhöhung der Härte.
Bei gewöhnlichen CNC-Bearbeitungsteilen kann Stahl 1018 in der Regel im geglühten, normalisierten, warmgewalzten oder kaltveredelten Zustand bearbeitet werden. Wenn an das Bauteil hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit gestellt werden, kann je nach Bearbeitungszugabe, Schweißbedingungen und Bauteilstruktur eine Spannungsentlastung in Betracht gezogen werden, um das Risiko einer späteren Verformung zu verringern.
Oberflächenbehandlungsmöglichkeiten für 1018-Stahl
Da Stahl der Sorte 1018 eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist und im unbehandelten Zustand anfällig für Rost ist, ist nach der Bearbeitung häufig eine Oberflächenveredelung erforderlich. Verschiedene Veredelungsverfahren können die Rostbeständigkeit, das Erscheinungsbild, die Verschleißfestigkeit oder die Montagefestigkeit verbessern; die endgültige Wahl sollte von der Einsatzumgebung und der Funktion des Bauteils abhängen.
| Fertig | Funktion |
| Black Oxide | Bietet grundlegenden Rostschutz und ein schwarzes Erscheinungsbild; geeignet für Armaturen, Werkzeugteile und mechanische Bauteile im Innenbereich |
| Verzinkung | Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und wird häufig für Schrauben, Bolzen, Verbindungselemente und allgemeine Befestigungselemente verwendet |
| Vernickeln | Verbessert die Korrosionsbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und das Oberflächenbild; geeignet für Präzisionsteile und dekorative mechanische Bauteile |
| Phosphatieren | Verbessert die Rostbeständigkeit und die Haftfestigkeit der Beschichtung; wird häufig für Teile verwendet, die geschmiert oder später lackiert werden müssen |
| Lackierung / Pulverbeschichtung | Sorgt für Farbe, Korrosionsschutz und Schutz des Aussehens; geeignet für Halterungen, Gehäuse, Montageplatten und Bauteile im Außenbereich |
| Rostschutzöl | Bietet kurzfristigen Rostschutz, geeignet für Transport, Lagerung und vorübergehenden Schutz |
| Aufkohlen / Carbonitrieren | Verbessert die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit; geeignet für selbstschneidende Schrauben, verschleißfeste Stifte, leicht beanspruchte Zahnradteile und lokale Lagerflächen |
Für gewöhnliche mechanische Bauteile im Innenbereich reichen in der Regel eine Schwarzoxidierung, Rostschutzöl oder eine Phosphatierung aus. Wird das Bauteil in feuchten Umgebungen, im Außenbereich oder in Salznebelumgebungen eingesetzt, sind Verzinkung, Vernickelung, Lackierung oder Pulverbeschichtung besser geeignet. Bei Bauteilen aus 1018-Stahl, die Reibung und Verschleiß standhalten müssen, sollte eine Aufkohlung oder Carbonitrierung in Betracht gezogen werden, um eine härtere Oberflächenschicht zu erzielen und gleichzeitig die Zähigkeit im Kern zu erhalten.
Häufige Anwendungsbereiche von 1018-Stahl
Stahl der Sorte 1018 wird üblicherweise für gewöhnliche mechanische Bauteile verwendet, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Zerspanbarkeit, Kosten und Eignung für die Weiterverarbeitung gefragt ist. Es handelt sich dabei nicht um einen hochfesten, verschleißfesten Stahl, doch er findet breite Anwendung bei Bauteilen für leichte bis mittlere Belastungen, wie beispielsweise Konstruktions-, Verbindungs- und Positionierungsteilen sowie bearbeiteten Bauteilen.
- Wellen und Stifte: Stahl der Sorte 1018 eignet sich für allgemeine Wellen, Passstifte, Verbindungsstifte, Führungsstifte sowie rotierende Bauteile, die leichten bis mittleren Belastungen ausgesetzt sind. Bei Wellen- und Stiftbauteilen, die eine höhere Verschleißfestigkeit erfordern, kann nach der Bearbeitung eine Oberflächenhärtung oder eine Beschichtung vorgenommen werden.
- Befestigungselemente und Schrauben: Stahl der Sorte 1018 kann für Schrauben, Bolzen, Nieten, kleine Befestigungselemente und Verbindungselemente verwendet werden. Bei selbstschneidenden Schrauben oder Befestigungselementen, die eine höhere Oberflächenhärte erfordern, werden in der Regel Aufkohlung, Carbonitrierung oder Verzinkung als Nachbehandlung angewendet.
- Spielpläne und Begegnungen: Da der Stahl 1018 durch moderate Kosten, gute Steifigkeit und einfache CNC-Bearbeitung besticht, wird er häufig für Halterungen, Vorrichtungen, Befestigungssitze, Verbindungsplatten, Grundplatten und Befestigungsteile für Anlagen verwendet.
- Buchsen und Distanzstücke: Stahl der Sorte 1018 eignet sich auch für Hülsen, Distanzstücke, Blöcke und einfache Fitting-Teile. Wenn das Bauteil eine bessere Oberflächengüte oder Maßhaltigkeit erfordert, kann kaltgefertigter Stangenmaterial gewählt oder nach der Bearbeitung ein Schleifvorgang durchgeführt werden.
- Zahnräder und Zahnstangen: In Getriebeanwendungen mit geringer Belastung kann 1018-Stahl für Zahnräder, Zahnstangen und verzahnte Teile verwendet werden. Muss das Bauteil jedoch hohen Belastungen, Stößen oder langfristigem Verschleiß standhalten, ist in der Regel eine Oberflächenhärtung erforderlich, oder es sollten stattdessen Werkstoffe mit höherer Festigkeit wie 1045 oder 4140 verwendet werden.
- Maßgefertigte CNC-Bearbeitete Teile: Stahl der Sorte 1018 wird häufig auch für maßgefertigte mechanische Teile verwendet, wie beispielsweise Verbindungsblöcke, Flansche, Montageplatten, Stützblöcke, Anlagenkomponenten und Prototypen von bearbeiteten Teilen. Zu seinen Vorteilen zählen die gute Verfügbarkeit des Werkstoffs, ein stabiles Bearbeitungsverhalten und flexible Möglichkeiten der Weiterverarbeitung.
Vorteile und Einschränkungen von Stahl der Sorte 1018
Der Vorteil von Stahl der Güteklasse 1018 liegt in seinen ausgewogenen Eigenschaften. Er zielt weder auf extrem hohe Festigkeit wie legierter Stahl noch auf Korrosionsbeständigkeit wie Edelstahl ab. Stattdessen eignet er sich besser für gewöhnliche mechanische Bauteile, bei denen es auf eine stabile Bearbeitung, kontrollierte Kosten und eine flexible Weiterverarbeitung ankommt.
Vorteile
- Gute Bearbeitbarkeit: Stahl der Sorte 1018 weist gute Zerspanungseigenschaften auf und eignet sich für die CNC-Bearbeitung. Er kann für Prototypen, Kleinserien und die Serienfertigung verwendet werden.
- Gute Schweißbarkeit: Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts weist der Stahl 1018 eine gute Schweißbarkeit auf und eignet sich für Halterungen, Rahmen, Verbindungsplatten und allgemeine geschweißte Bauteile.
- Gute Kaltumformbarkeit: Stahl der Sorte 1018 weist eine gute Duktilität auf und eignet sich für das Kaltziehen, Kaltstauchen, Biegen, Pressen und Schraubenformen, wodurch er sich für Befestigungselemente und kaltgeformte Teile eignet.
- Kostengünstiges Material: Im Vergleich zu Edelstahl, Werkzeugstahl und hochfestem legiertem Stahl lassen sich die Material- und Bearbeitungskosten von 1018-Stahl in der Regel leichter kontrollieren.
- Flexible Veredelungsmöglichkeiten: Es kann mit Schwarzoxidierung, Verzinkung, Vernickelung, Phosphatierung, Lackierung, Rostschutzöl, Aufkohlung oder Carbonitrierung kombiniert werden, um unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Rostbeständigkeit, Optik oder Verschleißfestigkeit gerecht zu werden.
Beschränkungen
- Begrenzte Korrosionsbeständigkeit: Stahl der Sorte 1018 weist von Natur aus eine geringe Korrosionsbeständigkeit auf und neigt in feuchten Umgebungen, im Freien oder in Umgebungen mit Salznebel zur Rostbildung. Zum Schutz der Oberfläche ist in der Regel eine Schwarzoxidierung, Verzinkung, Vernickelung, Lackierung oder die Aufbringung von Rostschutzöl erforderlich.
- Geringe Grundhärte: Im unbehandelten Zustand weist es keine hohe Härte auf und ist daher nicht für den direkten Einsatz auf stark verschleißanfälligen Oberflächen geeignet. Wenn das Bauteil eine höhere Verschleißfestigkeit erfordert, sind in der Regel Aufkohlung, Carbonitrierung oder andere Oberflächenhärtungsverfahren erforderlich.
- Nicht für Anwendungen mit hoher Beanspruchung geeignet: Stahl der Sorte 1018 ist nicht für Anwendungen geeignet, bei denen hohe Stoßbelastungen, hohe Drehmomente, hohe Lasten oder langfristige Ermüdungsbeanspruchungen auftreten. Für diese Anwendungen sind in der Regel die Sorten 1045, 4140 oder andere legierte Stähle besser geeignet.
Stahl 1018 im Vergleich zu anderen gängigen Stahlsorten
Ein Vergleich von Stahl 1018 mit anderen gängigen Stahlsorten erleichtert das Verständnis seiner Positionierung im Materialspektrum. Die Vorteile von Stahl 1018 liegen in der Bearbeitbarkeit, der Schweißbarkeit und dem guten Preis-Leistungs-Verhältnis. Wenn bei einem Bauteil jedoch hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit oder Belastbarkeit im Vordergrund stehen, ist möglicherweise eine andere Stahlsorte erforderlich.
| Materialvergleich | Hauptunterschied |
| Stahl 1018 im Vergleich zu Stahl A36 | A36 wird häufiger für Baustahlbleche, geschweißte Rahmen, Gebäudekonstruktionen und allgemeine Tragteile verwendet. 1018 weist eine genauer kontrollierte Zusammensetzung und eine bessere Bearbeitungskonsistenz auf, wodurch es sich besser für Wellen, Stifte, Halterungen, Schrauben und präzisionsgefertigte Teile eignet. |
| 1018er Stahl vs. Stahl 1022 | 1022 weist einen etwas höheren Kohlenstoffgehalt auf und wird häufig für selbstschneidende Schrauben, selbstbohrende Schrauben und Befestigungselemente verwendet, die eine Oberflächenhärtung erfordern. 1018 eignet sich besser für allgemeine Bearbeitungsteile, Stifte, Halterungen und mechanische Teile für leichte bis mittlere Belastungen. |
| Stahl 1018 im Vergleich zu Stahl 1045 | 1045 ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der sich durch höhere Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit auszeichnet; seine Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit sind jedoch nicht so gut wie die von 1018. Für hochbelastete Wellen, Zahnräder oder Bauteile, die gehärtet und angelassen werden müssen, ist 1045 in der Regel besser geeignet. |
| 1018er Stahl vs. Stahl 4140 | 4140 ist ein Chrom-Molybdän-Legierungsstahl, der sich durch deutlich bessere Festigkeit, Härtbarkeit, Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit als 1018 auszeichnet. Allerdings sind auch die Materialkosten und der Bearbeitungsaufwand höher, weshalb er sich für hochfeste Wellen, Verbindungselemente, Zahnräder und hochbelastbare mechanische Bauteile eignet. |
So wählen Sie den Stahl 1018 für Ihre Bauteile aus
Bei der Auswahl von 1018-Stahl kommt es nicht nur darauf an, zu prüfen, ob es sich um einen kohlenstoffarmen Stahl handelt, sondern auch festzustellen, ob seine Eigenschaften den Einsatzbedingungen des Bauteils, dem Fertigungsverfahren und den Anforderungen an die Nachbearbeitung entsprechen. Für allgemeine mechanische Bauteile wie Wellen, Stifte, Halterungen, Vorrichtungen und Verbindungselemente ist der Stahl 1018 in der Regel eine ausgewogene Wahl hinsichtlich Kosten und Zerspanbarkeit.
- Für allgemeine Zerspanungsteile: Wird das Bauteil hauptsächlich zur Positionierung, Verbindung, Abstützung oder für allgemeine mechanische Montagezwecke verwendet, erfüllt 1018-Stahl in der Regel die grundlegenden Anforderungen an Festigkeit und Bearbeitbarkeit.
- Für Präzisionswellen und -stifte: Wenn an das Bauteil hohe Anforderungen hinsichtlich Maßgenauigkeit, Geradheit und Oberflächenqualität gestellt werden, kann kaltgefertigter 1018-Stahl oder kaltgezogener Stabstahl bevorzugt werden, um die Bearbeitungszugabe zu reduzieren und die Gleichmäßigkeit zu verbessern.
- Für verschleißfeste Oberflächen: Wenn das Bauteil eine höhere Oberflächenhärte erfordert, wie beispielsweise bei selbstschneidenden Schrauben, verschleißfesten Stiften oder leicht belasteten Zahnrädern, kann eine Aufkohlung oder Carbonitrierung in Betracht gezogen werden.
- Zum Korrosionsschutz: Wird das Bauteil in einer feuchten, im Freien liegenden oder rostgefährdeten Umgebung eingesetzt, sollte als Oberflächenbehandlung eine Schwarzoxidierung, Verzinkung, Vernickelung, Phosphatierung, Lackierung oder ein Rostschutzöl verwendet werden.
- Für Anwendungen mit hoher Belastung: Wenn das Bauteil hohen Stoßbelastungen, hohen Drehmomenten oder langfristigen Ermüdungsbelastungen standhalten muss, ist Stahl der Sorte 1018 möglicherweise nicht die beste Wahl, und es sollten die Sorten 1045, 4140 oder andere hochfeste Stähle in Betracht gezogen werden.
Gängige Formen und Lieferbedingungen für Stahl der Sorte 1018
Stahl der Sorte 1018 kann je nach Bauteilform und Fertigungsverfahren in verschiedenen Formen geliefert werden, beispielsweise als Stangenmaterial, Blech, Flachmaterial oder Draht.
- Warmgewalzte Stangen und Bleche: Warmgewalzte Stangen und Bleche eignen sich für Halterungen, Grundplatten, Verbindungselemente und allgemeine mechanische Bauteile und sind dabei relativ kostengünstig. Ihre Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit sind in der Regel nicht so gut wie bei kaltveredelten Werkstoffen, sodass bei der weiteren Bearbeitung möglicherweise größere Bearbeitungszugaben erforderlich sind.
- Kaltgefertigte Stangen: Kaltgefertigte Stangen sind üblicherweise als Rundstangen, Vierkantstangen und Flachstangen erhältlich. Sie können durch Kaltziehen, Schälen, Schleifen oder Polieren bearbeitet werden, um die Maßgenauigkeit, Geradheit und Oberflächenqualität zu verbessern. Sie eignen sich für Wellen, Stifte, Hülsen, Distanzstücke und präzisionsgefertigte CNC-Teile.
- 1018 Kaltgewalzter Stahl / Flachmaterial: Kaltgewalzter Stahl der Sorte 1018 eignet sich besser für Bleche, Platten oder flache Bauteile wie Befestigungsplatten, Verbindungsplatten und leichte Konstruktionselemente. Im Vergleich zu warmgewalzten Blechen bietet er in der Regel eine bessere Dickenkontrolle und Oberflächenqualität.
- Walzdraht und Kaltstauchdraht: Stahl der Sorte 1018 ist auch als Draht, Walzdraht oder Kaltstauchdraht erhältlich und wird häufig für Schrauben, Nieten, Stifte und kleine Befestigungselemente verwendet. Bei Bauteilen, die eine höhere Oberflächenhärte erfordern, kann nach der Umformung eine Aufkohlung oder Carbonitrierung durchgeführt werden.
Schlussfolgerung
1018-Stahl ist ein ausgewogener, leicht zu bearbeitender und relativ kostengünstiger amerikanischer kohlenstoffarmer Stahl. Er zeichnet sich durch gute Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Kaltumformbarkeit aus und eignet sich daher für Wellen, Stifte, Halterungen, Vorrichtungen, Verbindungselemente, Befestigungselemente und allgemeine CNC-bearbeitete Teile. Durch die Wahl der richtigen Materialbeschaffenheit, Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung kann 1018-Stahl zudem unterschiedliche Anforderungen an Maßgenauigkeit, Oberflächenhärte, Rostbeständigkeit und Chargenkonstanz erfüllen.
Bei konkreten Projekten sollte die Entscheidung für die Verwendung von Stahl 1018 unter Berücksichtigung der Bauteilkonstruktion, der Belastungsanforderungen, der Bearbeitungsmethode, der Anforderungen an die Verschleißfestigkeit und der Einsatzbedingungen getroffen werden. Weldo-Bearbeitung kann bereitstellen DFM-Analyse, Bewertung von CNC-Bearbeitungslösungen, Empfehlungen zur Oberflächenbearbeitung sowie maßgeschneiderte Angebote für die Bearbeitung auf der Grundlage Ihrer Zeichnungen für Bauteile aus 1018-Stahl, damit Sie schnell die richtige Materialausführung, den richtigen Fertigungsweg und Produktionskosten.
