Werkstoffe, Einheiten und Härteumwertung
Kennwertkarte für rund 32 gängige Konstruktionswerkstoffe mit Dicken- und Durchmesserabhängigkeit der Festigkeit, exakter Einheiten-Umrechner für Ingenieursgrößen und Härteumwertung HV ↔ HB ↔ HRC ↔ Rm nach EN ISO 18265.
S355J2 (1.0577)
Baustahl · EN 10025-2 · +AR/+N
Höher beanspruchte Schweißteile, Kranbau, Zähigkeit bis −20 °C
Festigkeit (Maßbereich ≤ 16 mm)
Physikalische Kennwerte
Festigkeitsstufen nach Abmessung
| Maßbereich | Re min. | Rm [N/mm²] |
|---|---|---|
| ≤ 16 mm | 355 | 470 – 630 |
| > 16 – 40 mm | 345 | 470 – 630 |
| > 40 – 63 mm | 335 | 470 – 630 |
| > 63 – 80 mm | 325 | 470 – 630 |
Festigkeitswerte sind garantierte Mindestwerte der Norm (reale Chargen liegen darüber); physikalische Werte sind typische Datenblattwerte. Quellen: Q1, Q3 (Quellenverzeichnis siehe Wissensdokumentation).
Formeln und Grundlagen
Werkstoffkarte: Die Festigkeitswerte sind garantierte Mindestwerte aus den jeweiligen Werkstoffnormen und gelten je Maßbereich. Die Engine wählt die erste Stufe, deren Grenzmaß die eingegebene Dicke bzw. den Durchmesser abdeckt; oberhalb der größten Stufe wird bewusst nicht extrapoliert, sondern gewarnt. Fehlt der Schubmodul im Datensatz, wird er aus G = E / (2 · (1 + ν)) berechnet.
Einheiten: Alle linearen Größen laufen über den SI-Basiswert, also wert_SI = wert · Faktor der Quelleinheit und wert_out = wert_SI / Faktor der Zieleinheit. Die Faktoren sind exakte Definitionswerte nach NIST SP 811 und DIN 1301, zum Beispiel 1 kp = 9,80665 N, 1 lbf = 4,4482216152605 N, 1 PS = 735,49875 W. Die Temperatur wird affin umgerechnet (K = °C + 273,15; °F = 1,8 · °C + 32) und nie über einen Linearfaktor.
Härteumwertung: Zwischen den publizierten Stützpunkten der EN ISO 18265 (Tabelle A.1 für unlegierte und niedriglegierte Stähle) wird linear interpoliert. Außerhalb des Gültigkeitsbereichs einer Skala, etwa HRC unter 22 oder Rm über 2180 N/mm², gibt das Tool bewusst keinen Wert aus. Die Umwertung ist eine Näherung und ersetzt keine Messung im Zielverfahren.
Rechenbeispiel
Festigkeits-Lookup: Für ein Blech aus S355J2 mit t = 25 mm gilt die Stufe über 16 bis 40 mm, also Re min = 345 N/mm² und nicht der Tabellenkopfwert 355 N/mm². Eine vergütete Welle aus 42CrMo4 mit d = 50 mm liegt in der Stufe über 40 bis 100 mm: Rp0,2 min = 650 N/mm², Rm = 900 bis 1100 N/mm².
Einheiten: Ein Hydrauliksystem mit 3000 psi entspricht 3000 · 6894,757 Pa = 206,84 bar bzw. 20,68 MPa. Ein US-Anzugsmoment von 250 lbf·ft ergibt 250 · 1,3558179 = 338,95 N·m, und eine Altzeichnungs-Kraft von 2500 kp ist 2500 · 9,80665 N = 24,52 kN.
Härte: An einer vergüteten 42CrMo4-Welle werden 32 HRC gemessen. Zwischen den Stützpunkten HRC 29,8 (HV 300, Rm 965) und HRC 35,5 (HV 350, Rm 1125) interpoliert ergibt das etwa 319 HV und Rm ≈ 1027 N/mm².
Häufige Fragen
Woher stammen die Werkstoffkennwerte?
Die Kennwerte sind aus öffentlich zugänglichen Herstellerdatenblättern und Werkstoffportalen kuratiert und wo möglich gegen eine zweite Quelle geprüft; die Quellen-IDs stehen an jeder Kennwertkarte. Maßgebend für den Einzelfall bleiben die Norm und das Abnahmeprüfzeugnis des Lieferanten. Einzelne Richtwerte sind entsprechend gekennzeichnet.
Warum sinkt die Streckgrenze mit der Dicke bzw. dem Durchmesser?
Dickere Querschnitte kühlen beim Walzen und Vergüten langsamer ab und erreichen ein gröberes Gefüge, deshalb garantieren die Normen dort niedrigere Mindestwerte. S355J2 fällt zum Beispiel von 355 auf 345 und 335 N/mm², 42CrMo4 +QT von 900 über 750 auf 650 N/mm². Die Abmessungseingabe im Tool wählt automatisch die richtige Stufe.
Sind die angezeigten Festigkeitswerte typische Werte oder Mindestwerte?
Es sind garantierte Mindestwerte der Normen, reale Chargen liegen in der Regel darüber. Für Festigkeitsnachweise wird mit den Mindestwerten gerechnet. Bei zustandsabhängigen Werkstoffen wie Kupferlegierungen und bei Kunststoffen zeigt das Tool stattdessen typische Bereiche mit Hinweis.
Was ist der Unterschied zwischen N/mm², MPa und bar?
1 N/mm² ist exakt 1 MPa, beide bezeichnen dieselbe Spannungseinheit. 1 bar ist dagegen nur 0,1 MPa und wird für Drücke verwendet. Die alte Einheit kp/mm² entspricht 9,80665 N/mm², und 1 MPa sind rund 145 psi.
Wie genau ist die Härteumwertung nach EN ISO 18265?
Die Umwertung gilt nur für unlegierte und niedriglegierte Stähle im Tabellenbereich und ist eine Näherung mit einer fachlichen Unsicherheit von grob 10 Prozent. Für Austenite, Aluminium oder Hartmetall ist sie ungültig. Wenn ein Härtewert vertraglich vereinbart ist, muss im vereinbarten Verfahren gemessen werden.
Warum unterscheidet das Tool PS und hp?
Die metrische Pferdestärke PS ist als 75 kp·m/s = 735,49875 W definiert, die mechanische horsepower hp als 550 lbf·ft/s ≈ 745,70 W. Der Unterschied beträgt rund 1,4 Prozent, deshalb werden beide als getrennte Einheiten geführt und nie synonym behandelt.