Case-Hardening Steel 16MnCr5 (1.7131): Gears and Transmission Components
16MnCr5 case-hardening steel in metal AM: carburizing and hardening to 60 HRC with a tough core, topology-optimized lightweight automotive gears.
Case-hardening steel 16MnCr5 combines a shock-resistant core with a carburized 60 HRC surface. LPBF enables hollow-core gears cutting transmission weight by 40%.
- Niedriger Kohlenstoffgehalt (0.16 % C) garantiert exzellente Schweißbarkeit im LPBF ohne Hochtemperatur-Vorheizung.
- Thermochemisches Einsatzhärten erzeugt verschleißfeste Randschichten bis 62 HRC bei hoher Kernzähigkeit.
- Gewichtsersparnis von bis zu 40 % durch hohle Zahnradkörper mit internen Wabenstrukturen.
- Kostengünstiger Serienwerkstoff mit weltweiter Verfügbarkeit von Pulver- und Drahtchargen.
Technical Specifications & Comparison Matrix
ISO/ASTM 52900| Bereich / Eigenschaft | Bauteilkern (as-built LPBF) | Bauteilkern (nach Wärmebehandlung) | Randschicht (einsatzgehärtet) |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoffgehalt | 0.14 - 0.18 % C | 0.14 - 0.18 % C | 0.70 - 0.90 % C (aufgekohlt) |
| Gefüge | Bainit / angelassener Martensit | Feinkörniger Ferrit-Bainit | Harter Martensit + Restaustenit |
| Härte | 28 - 34 HRC | 24 - 30 HRC (sehr zäh) | 58 - 62 HRC |
| Zugfestigkeit Rm | 950 - 1.100 MPa | 800 - 950 MPa | Flankentragfähigkeit > 1.500 MPa |
| Bruchdehnung A5 | 12 - 16 % | 16 - 22 % | < 3 % |
LPBF Processability of Low-Carbon Steel
Im Gegensatz zu hochgekohlten Werkzeugstählen lässt sich 16MnCr5 dank seines geringen Kohlenstoffgehalts bei moderater Bauplattenvorheizung (150 bis 200 °C) absolut rissfrei mit Standard-Parametern schmelzen. Die schnelle Abkühlung führt zu einem feinen Bainit-Gefüge mit hoher Basisfestigkeit.
Low-Pressure Carburizing (LPC) vs. Gas Carburizing
Für additive Bauteile ist die Niederdruckaufkohlung (LPC mit Acetylen im Vakuumofen bei 930 bis 980 °C) die überlegene Technologie. Im Vakuum dringt der Kohlenstoff gleichmäßig in komplexe Konturen, Hinterschnitte und Schmierkanäle ein. Die anschließende Hochdruck-Gasabschreckung mit Stickstoff (bis 20 bar) minimiert Bauteilverzug im Vergleich zu herkömmlichen Ölabschreckbädern.
Topology-Optimized Lightweight Gears for EV Powertrains
In Elektroantrieben drehen Getriebestufen mit Drehzahlen über 20.000 U/min. Konventionelle Zahnräder sind massive Scheiben. Mittels LPBF wird der Zahnkranz über bionische Speichenstrukturen mit der Nabe verbunden; der Radkörper ist innen hohl. Dies reduziert das Trägheitsmoment um 35 %, senkt den Geräuschpegel (NVH) und steigert die Beschleunigungsdynamik.
Frequently Asked Questions (FAQ)
Muss der Zahnkranz nach dem 3D-Druck geschliffen werden?
Gibt es auch 20MnCr5 für den 3D-Druck?
Bleibt Pulver in hohlen Zahnrädern zurück?
Find the Right Additive Manufacturing Technology or System
Welding3D combines technological expertise with industrial machine solutions. Use our Technology Finder for structured process orientation or request targeted machine mediation for this technology.