Entschlüsselung von Metallbezeichnungen: Ein umfassender Leitfaden zu internationalen Gütebezeichnungen

Das Verständnis von Metallbezeichnungen ist für Ingenieure, Einkäufer und Konstrukteure unerlässlich, um sich auf dem globalen Markt zurechtzufinden und die richtigen Materialien für ihre Anwendungen auszuwählen.

1 Einführung: Die Sprache der Metalle

Metallbezeichnungssysteme bieten eine standardisierte Sprache zur Identifizierung und Klassifizierung der riesigen Auswahl an Metallen und Legierungen, die in der Industrie verwendet werden. Anstatt zufälliger Zeichenketten aus Zahlen und Buchstaben sind diese Codes so aufgebaut, dass sie spezifische Informationen über die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, das Herstellungsverfahren oder eine Kombination davon vermitteln. Das Verständnis dieser Sprache ist entscheidend für die Spezifizierung von Materialien in der Beschaffung, die Sicherstellung der Qualität in der Fertigung und die Gewährleistung der Sicherheit in kritischen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt-, Bau- und Medizinprodukteindustrie.

Diese Systeme variieren erheblich je nach Land und Normungsorganisation, was eine komplexe Landschaft für Fachleute schafft, die mit internationalen Lieferketten arbeiten. Das amerikanische Unified Numbering System (UNS) unterscheidet sich erheblich von den chinesischen GB-Standards oder den deutschen DIN-Normen. Trotz dieser Vielfalt folgen die meisten Systeme logischen Mustern, die, sobald sie verstanden sind, ihre eingebetteten Informationen offenbaren. Dieser Leitfaden entschlüsselt die wichtigsten Methoden hinter den wichtigsten Metallbezeichnungssystemen der Welt und befähigt Sie, fundierte Materialentscheidungen zu treffen, unabhängig davon, auf welchen Standard Bezug genommen wird.

2 Grundlegende Klassifizierung von Metallen

Bevor man sich mit spezifischen Nomenklaturen befasst, ist es wichtig, die breiten Kategorien zu verstehen, in die Metalle eingeteilt werden, da dies oft beeinflusst, wie sie bezeichnet werden.

Eisenmetalle vs. Nichteisenmetalle: Die grundlegendste Unterteilung trennt Eisenmetalle, die Eisen als Hauptbestandteil enthalten (z. B. Stähle und Gusseisen), von Nichteisenmetallen, die kein Eisen als Hauptbestandteil haben (z. B. Aluminium, Kupfer, Titan, Zink). Diese Unterscheidung spiegelt sich oft in der Struktur des Bezeichnungssystems selbst wider.

Reine Metalle vs. Legierungen: Systeme unterscheiden weiter zwischen reinen Metallen, die Elemente in ihrer metallischen Form sind (z. B. 99,9 % Aluminium), und Legierungen, die Mischungen aus zwei oder mehr Elementen sind, von denen mindestens eines ein Metall ist. Legierungsbezeichnungen sind typischerweise komplexer und codieren Informationen über die Bestandteile.

Walzprodukte vs. Gussprodukte: Viele Systeme verwenden unterschiedliche Präfixe oder Suffixe, um die Produktform anzugeben. Walzprodukte (z. B. Bleche, Stäbe, Rohre) wurden mechanisch in Form gebracht, was oft zu unterschiedlichen Mikrostrukturen und Eigenschaften im Vergleich zu Gussprodukten führt, die durch Gießen von geschmolzenem Metall in eine Form geformt werden.

3 Wichtige internationale Normungssysteme

Verschiedene Länder und Regionen haben ihre eigenen Normungsorganisationen entwickelt, jede mit ihrer eigenen Bezeichnungsphilosophie. Im Folgenden sind die einflussreichsten Systeme aufgeführt, denen man im globalen Handel und im Ingenieurwesen begegnet.

3.1 Amerikanisches System (SAE/AISI, ASTM, UNS, AMS)

Das amerikanische System ist kein einzelner Standard, sondern ein Ökosystem aus komplementären Bezeichnungen.

SAE/AISI-Stahlbezeichnungen: Jahrzehntelang waren die Systeme der Society of Automotive Engineers (SAE) und des American Iron and Steel Institute (AISI) die primären Methoden zur Bezeichnung von Kohlenstoff- und legierten Stählen in den USA. Diese verwenden typischerweise einen vierstelligen Code, wobei die ersten beiden Ziffern die Legierungsfamilie angeben (z. B. „10“ für Kohlenstoffstahl, „41“ für Chrom-Molybdän-Stahl) und die letzten beiden Ziffern den nominalen Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent darstellen. Ein „B“ zwischen der zweiten und dritten Ziffer (z. B. 10B46) weist auf die Zugabe von Bor zur Verbesserung der Härtbarkeit hin.

Unified Numbering System (UNS): Das UNS wurde eingerichtet, um eine Querverweisdatenbank bereitzustellen, die Verwirrung zwischen verschiedenen Nummerierungssystemen minimiert. Eine UNS-Nummer ist keine Spezifikation an sich, sondern eine eindeutige Kennung, die auf eine bestimmte Zusammensetzung in anderen Normen verweist. Sie besteht typischerweise aus einem einzelnen Buchstaben, gefolgt von fünf Ziffern (z. B. G10400 für einen Kohlenstoffstahl, C36000 für eine Kupferlegierung). Der Buchstabe gibt die Metallfamilie an: 'G' für Kohlenstoff- und legierte Stähle, 'A' für Aluminium, 'C' für Kupfer, 'S' für Edelstähle und 'T' für Werkzeugstähle, unter anderem.

ASTM- und AMS-Bezeichnungen: Die American Society for Testing and Materials (ASTM) und die Aerospace Material Specifications (AMS) verwenden oft beschreibende Codes, die sich auf die Eigenschaften oder die Anwendung eines Materials beziehen können, anstatt auf eine strenge chemische Formel. Ein „ASTM A36“-Stahl wird beispielsweise durch seine mechanischen Eigenschaften (hauptsächlich eine Mindeststreckgrenze von 36 ksi) definiert, während „AMS 4911“ eine Titanlegierungsblechproduktform spezifiziert.

3.2 Chinesische nationale Standards (GB)

Die chinesischen GB-Standards, die von der Standardization Administration of China (SAC) verwaltet werden, verwenden einen systematischen Ansatz unter Verwendung chinesischer Pinyin-Buchstaben und -Zahlen.

Stähle: Für Stähle bezeichnen Präfixe oft die Verwendung oder den Prozessweg. 'Q' wird für Stähle verwendet, bei denen die primäre Bezeichnung auf der Streckgrenze basiert. Legierte Baustähle können mit Zahlen beginnen, die den Kohlenstoffgehalt angeben, gefolgt von chemischen Symbolen der primären Legierungselemente und deren Prozentsätzen.

Nichteisenmetalle: Das System verwendet Pinyin-Buchstaben, die vom chinesischen Namen des Basismetalls abgeleitet sind.

Aluminium und seine Legierungen werden mit 'L' (von „Lü“) bezeichnet.

Kupfer und seine Legierungen verwenden 'T' (von „Tong“).

Nachfolgende Buchstaben und Zahlen spezifizieren dann den Legierungstyp, die Serie und die spezifische Güte. Zum Beispiel steht in 'LF' 'L' für Aluminium und 'F' („Fang“) gibt an, dass es sich um eine Rostschutzlegierung handelt. Gussaluminiumlegierungen verwenden 'ZL' für „Zhu Lü“ (Gussaluminium).

3.3 Europäische Systeme (DIN, EN)

Deutsche DIN: Die Standards des Deutschen Instituts für Normung (DIN) sind bekannt für ihre detaillierten und beschreibenden Bezeichnungen. Für Stähle verwendet das System oft eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen, wobei die Zahl die Mindestzugfestigkeit darstellt (z. B. St42 für einen Stahl mit ≈420 MPa Zugfestigkeit) oder einen Code für die chemische Zusammensetzung (z. B. C15E für einen Kohlenstoffstahl mit ~0,15 % C, „E“ für Einsatzhärten). Die alphanumerischen Codes sind hochspezifisch und detaillieren Legierungselemente und ihre ungefähren Mengen.

Europäische Norm (EN): Das EN-System ersetzt viele nationale Standards innerhalb der Europäischen Union und zielt auf eine Harmonisierung ab. Es übernimmt oft ein Prinzip, das dem US-amerikanischen UNS-System ähnelt, und fungiert als Obermenge, die ältere nationale Standards wie DIN einbezieht und querverweist. EN-Standards haben ihr eigenes Nummerierungsschema, behalten aber häufig einen Link zur Legacy-Bezeichnung zur Klarheit bei.

3.4 Japanische Industriestandards (JIS)

Das japanische Industriestandardsystem (JIS) verwendet oft einzelne oder doppelte Buchstaben, um die Materialkategorie zu bezeichnen, gefolgt von Zahlen. Für Stähle bezeichnet das Präfix 'S' „Stahl“. Darauf folgen zusätzliche Buchstaben für den spezifischen Typ: 'S-C' für Kohlenstoffstahl für Strukturen, 'S-K' für Kohlenstoffwerkzeugstahl, 'SUS' für Edelstahl und 'SUH' für hitzebeständigen Stahl. Die nachfolgenden Zahlen geben typischerweise die Zugfestigkeit, eine Seriennummer an oder entsprechen im Fall von Edelstählen oft dem AISI-Typ (z. B. SUS304 ist weitgehend äquivalent zu AISI 304).

3.5 Internationale Organisation für Normung (ISO)

Die Internationale Organisation für Normung (ISO) zielt darauf ab, weltweit harmonisierte Standards zu schaffen. Ihre Bezeichnungen versuchen oft, die Lücken zwischen den wichtigsten nationalen Systemen zu schließen. Für Stähle verwendet die ISO 683-Serie beispielsweise ein System, das auf der chemischen Zusammensetzung und Wärmebehandlung basiert, mit Bezeichnungen, die logisch sind, aber ohne eine Referenztabelle nicht immer intuitiv sind. Die Stärke des ISO-Systems liegt in seiner Rolle als neutraler Bezugspunkt für internationale Verträge und technische Dokumentation.

4 Entschlüsselung spezifischer Materialkategorien

Die Logik der Bezeichnungssysteme wird deutlicher, wenn sie auf bestimmte Materialfamilien angewendet wird.

4.1 Stahl- und eisenbasierte Legierungen

Stahlbezeichnungen gehören zu den vielfältigsten und vermischen oft Informationen über Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften und Anwendung.

Edelstähle: Die meisten Systeme klassifizieren Edelstähle in Familien wie austenitisch (200er und 300er Serie), ferritisch (400er Serie) und martensitisch (400er Serie). Das weit verbreitete 3-stellige AISI-System (z. B. 304, 316) wird in vielen anderen nationalen Standards wie JIS (als SUS304) direkt oder indirekt referenziert.

Werkzeugstähle: Diese werden oft nach ihrer Anwendung und ihrem Legierungsgehalt bezeichnet. Das AISI-System verwendet Buchstaben wie 'A' für lufthärtend, 'O' für ölvergütend, 'W' für wasservergütend und 'H' für Warmarbeitswerkzeugstähle, gefolgt von einer Folgenummer.

4.2 Aluminium und Aluminiumlegierungen

Aluminiumbezeichnungen werden überwiegend durch ein vierstelliges System geregelt, das von der Aluminum Association entwickelt wurde und weithin übernommen wurde, einschließlich im US-amerikanischen UNS und als Grundlage für andere internationale Standards.

Knetlegierungen:

1xxx-Serie: Mindestens 99,00 % Aluminium (z. B. 1050, 1100).

2xxx-Serie: Kupfer ist das Hauptlegierungselement (z. B. 2024, verwendet in Flugzeugen).

3xxx-Serie: Mangan ist das Hauptlegierungselement (z. B. 3003, für allgemeine Zwecke).

4xxx-Serie: Silizium ist das Hauptlegierungselement (z. B. 4043, verwendet für Schweißdraht).

5xxx-Serie: Magnesium ist das Hauptlegierungselement (z. B. 5052, 5083 für Marineanwendungen).

6xxx-Serie: Magnesium und Silizium (zur Bildung von Mg2Si); wärmebehandelbar (z. B. 6061, 6063 für Strangpressprofile).

7xxx-Serie: Zink ist das Hauptlegierungselement (z. B. 7075, eine hochfeste Luft- und Raumfahrtlegierung).

Gusslegierungen: Verwenden Sie ein ähnliches 3-stelliges System plus eine Dezimalstelle (z. B. 356,0, A380,0). Die erste Ziffer gibt die Legierungsgruppe an.

Temperbezeichnung: Ein entscheidender Bestandteil einer Aluminiumbezeichnung ist die Warmfestigkeit, die den Zustand des Materials angibt. Sie folgt der Legierungsnummer und wird durch einen Bindestrich getrennt (z. B. 6061-T6). Gängige Warmfestigkeiten sind 'O' für geglüht, 'F' für hergestellt, 'H' für kaltverfestigt und 'T' für wärmebehandelt.

4.3 Kupfer und Kupferlegierungen

Kupferlegierungen werden hauptsächlich mit dem UNS-System bezeichnet, das sie nach ihren primären Legierungselementen gruppiert.

Kupfer (C1xxxx): Unlegierte Kupfer mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.

Hochkupferlegierungen (C16xxx-C19xxx): Legierungen mit geringen Zusätzen anderer Elemente.

Messing (C2xxxx bis C4xxxx): Legierungen aus Kupfer und Zink. Die UNS-Nummer bezieht sich oft auf die älteren, bekannteren Namen wie „Kartuschenmessing“ (C26000) oder „Schiffsmessing“ (C46400).

Bronze (C5xxxx bis C6xxxx): Historisch Kupfer-Zinn-Legierungen, aber der Begriff umfasst heute weitgehend Kupferlegierungen mit anderen Elementen als Zink als Hauptlegierung, wie z. B. Aluminiumbronzen (C6xxxx), Siliziumbronzen (C64xxx) und Phosphorbronzen (C5xxxx).

Kupfer-Nickel (C7xxxx): Legierungen aus Kupfer und Nickel, bekannt für hervorragende Korrosionsbeständigkeit (z. B. C71500).

5 Praktische Anwendungen und Quernormnutzung

Die Navigation zwischen verschiedenen internationalen Standards ist eine häufige Herausforderung.

Verwendung von Querverweistabellen und Handbüchern: Wenn eine Zeichnung oder Spezifikation ein Material unter einem unbekannten Standard erfordert, ist der erste Schritt die Konsultation einer zuverlässigen Querverweistabelle oder eines Handbuchs. Diese Ressourcen listen äquivalente oder ähnliche Qualitäten über verschiedene Standards hinweg auf. Es ist entscheidend zu verstehen, dass „äquivalent“ nicht immer „identisch“ bedeutet; es kann subtile, aber wichtige Unterschiede in den zulässigen Verunreinigungsgehalten oder den Verarbeitungsanforderungen geben.

Wichtige Überlegungen zur Materialauswahl und -substitution: Die Substitution eines Materials, die sich ausschließlich auf eine chemische Zusammensetzungsübereinstimmung aus einer Querverweistabelle stützt, kann riskant sein. Eine umfassende Bewertung muss Folgendes berücksichtigen:

Mechanische Eigenschaftsanforderungen: Überprüfen Sie, ob der Ersatz alle angegebenen Festigkeits-, Duktilitäts- und Zähigkeitswerte erfüllt.

Wärmebehandlungsreaktion: Unterschiedliche Verarbeitungsmethoden können zu unterschiedlichen Mikrostrukturen und Leistungen führen.

Korrosionsbeständigkeit: Geringfügige Unterschiede in der Zusammensetzung können das Korrosionsverhalten erheblich beeinflussen.

Schweißbarkeit und Umformbarkeit: Diese Verarbeitungseigenschaften werden nicht immer vollständig in einer grundlegenden Gütebezeichnung erfasst.

Anwendbare Spezifikationen und Zertifizierungen: In regulierten Industrien (Luft- und Raumfahrt, Medizin, Kerntechnik) muss ein Material oft nach einem bestimmten Standard beschafft und zertifiziert werden, nicht nur nach einem „ähnlichen“.