Verzinkt oder Edelstahl: zwei verschiedene Fragen, eine Entscheidung

Alle bilden eine Rangfolge, und die Rangfolge stimmt meistens

Verzinkt ist die billige, Edelstahl die gute Variante. So werden sie angeboten, so werden sie verglichen, und so fällt eine Einkaufsentscheidung meistens. Das ist keine dumme Art, darüber nachzudenken.

Sie sagt auch bei gewöhnlicher Innenanwendung das richtige Ergebnis voraus, und das ist der Großteil aller Anwendungen. Sie versagt überall dort, wo die Umgebung etwas Bestimmtes tut statt etwas Allgemeines.

Also ist Edelstahl einfach besser – und darum geht es beim Vergleich nicht

Der Wechsel auf Edelstahl macht die Verbindung schwächer

Das überrascht viele, denn „auf Edelstahl aufwerten“ klingt nach einer Verbesserung in jeder Hinsicht:

• Eine gängige Festigkeitsklasse aus Kohlenstoffstahl hat eine Mindestzugfestigkeit von etwa 800 MPa bei Klasse 8.8, eine gängige Edelstahlklasse, A2-70, dagegen etwa 700 MPa. Gleiche Größe, weniger Festigkeit
• Auch das Anziehdrehmoment muss niedriger sein, nicht nur wegen der Festigkeit, sondern weil Edelstahl einen höheren Reibungskoeffizienten hat und zum Kaltverschweißen neigt – deshalb erzeugt dasselbe Drehmoment eine andere Klemmkraft
• Festigkeitsklasse und Korrosionsklasse sind voneinander unabhängig. A4-80 kodiert zwei Entscheidungen, und Einkäufer ändern regelmäßig eine davon in der Annahme, beide geändert zu haben

Kaltverschweißen: eine Versagensart, die die Zinkschicht weitgehend verhindert

Edelstahl auf Edelstahl kann unter Druck und Gleiten kalt verschweißen – das Gewinde frisst auf halbem Weg fest, und das Teil ist dann weder montiert noch demontierbar.

• Es passiert bei der Montage und ist damit ein Problem des Linienstillstands, nicht des Feldes
• Geschwindigkeit verschlimmert es. Kraftschrauber erzeugen an der Kontaktfläche mehr Wärme als das Anziehen von Hand
• Eine Verzinkung hat eine gewisse Schmierwirkung, was mit erklärt, warum Verbindungen aus Kohlenstoffstahl gröbere Behandlung vertragen
• Ist Edelstahl vorgeschrieben, helfen ein Schmierstoff oder eine ungleiche Werkstoffpaarung – und ein Schmierstoff ändert den Reibungskoeffizienten und damit erneut die Klemmkraft

Die übliche Erklärung, warum Edelstahl das tut, ist verkehrt herum, und es lohnt sich zu wissen, wie herum es richtig ist: Die Oxidschicht verursacht das Kaltverschweißen nicht, sie verzögert es.

Magnetismus: die Spalte, die in unserem Größenbereich zählt

• „Edelstahl ist unmagnetisch“ gilt nur für austenitische Sorten im lösungsgeglühten Zustand
• Kaltumformung erzeugt etwas Martensit im Gefüge, und eine Schraube wird durch Kaltumformung hergestellt – der Kopf ebenso wie das Gewinde. Eine fertige A2-Schraube ist deshalb häufig schwach magnetisch
• Für die meisten Produkte ist das unerheblich. Für Sensoren, Lautsprecher, Festplatten und Präzisionsinstrumente nicht – und es ist die Art Anforderung, die bei der Qualifizierung statt bei der Konstruktion entdeckt wird

Vier Fragen, die entscheiden

• Wird sich jemals wieder jemand diese Verbindung ansehen? Ist sie prüfbar oder austauschbar, ist das sichtbare, allmähliche Versagen von Zink ein Vorteil und die Kostenersparnis echt. Ist sie für die Lebensdauer des Produkts verbaut, entfällt dieses Argument
• Ist Chlorid vorhanden? Salzluft, Reinigungsmittel, Schweiß. Wenn ja, hält einfaches Zink nicht lange, und selbst A2 reicht womöglich nicht – um diese Frage geht es bei der molybdänhaltigen Gruppe
• Was berührt die Schraube? Ungleiche Metalle plus Feuchtigkeit sind ein dritter Mechanismus, und das Verbindungselement ist meist die kleine Seite des Paares – Edelstahl in Aluminium ist eine schlechtere Paarung als Zink in Aluminium
• War die Verbindung für die ursprüngliche Festigkeitsklasse ausgelegt? Wenn ja, ist der Tausch eine konstruktive Änderung

Oft ist es keine Wahl zwischen zwei Dingen

Meist ist schon die Fragestellung das Problem. Zwischen einfachem Zink und Edelstahl liegen die Optionen, die die eigentliche Beanstandung lösen:

• Zink-Nickel – mehr Korrosionsbeständigkeit pro Mikrometer als Zink, bei gleicher Festigkeit des Kohlenstoffstahls
• Zinklamelle – hohe Korrosionswerte ohne elektrolytischen Prozess, was auch das Risiko der Wasserstoffversprödung bei gehärteten Teilen beseitigt
• Eine dickere Zinkklasse plus zusätzliche Versiegelung – oft die günstigste echte Verbesserung

Dieser Beitrag behandelt Schritt 5: Oberfläche. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Sind Edelstahlschrauben fester als verzinkte Schrauben?

Bei gleicher Größe meist nicht. Eine gängige Festigkeitsklasse aus Kohlenstoffstahl wie 8.8 hat eine Mindestzugfestigkeit von etwa 800 MPa, eine gängige Edelstahlklasse wie A2-70 etwa 700 MPa. Edelstahl hat außerdem einen höheren Reibungskoeffizienten und neigt zum Kaltverschweißen, sodass auch das Anziehdrehmoment niedriger sein muss. Der Wechsel auf Edelstahl aus Korrosionsgründen ist daher zugleich eine Festigkeitsänderung, und eine für die ursprüngliche Klasse ausgelegte Verbindung muss neu geprüft werden.

Was hält im Freien länger, verzinkt oder Edelstahl?

Das hängt davon ab, ob die Verbindung prüfbar ist. Zink ist eine Opferschicht und begrenzt: Es korrodiert bevorzugt, um den Stahl zu schützen, wird weiß und dann braun und warnt sichtbar, während es sich verbraucht. Edelstahl repariert seine Passivschicht unbegrenzt, wo Sauerstoff hinkommt, doch eine Schraube ist konstruktionsbedingt eine Folge sauerstoffarmer Spalte und kann daher tadellos aussehen, während ein Loch tief wird. Für eine verbaute, nicht wartbare Verbindung ist Edelstahl in der Regel die sicherere Wahl; für eine, die angesehen wird, ist das allmähliche, sichtbare Versagen von Zink etwas wert.

Sind Edelstahlschrauben magnetisch?

Austenitische Sorten wie A2 sind im lösungsgeglühten Zustand unmagnetisch, doch Kaltumformung erzeugt etwas Martensit im Gefüge – und eine Schraube wird durch Kaltumformung hergestellt. Eine fertige A2-Schraube ist daher häufig schwach magnetisch. Ist geringe magnetische Permeabilität eine echte Anforderung, etwa für Sensoren, Lautsprecher, Laufwerke oder Instrumente, geben Sie sie als Anforderung mit Grenzwert an, statt sich auf das Wort Edelstahl zu verlassen.

Warum fressen Edelstahlschrauben bei der Montage fest?

Kaltverschweißen im Sinne von Fressen. Das kalte Verschweißen ist ein häufiges auslösendes Ereignis, kein Synonym dafür. Unter Druck und Gleiten kann Edelstahl auf Edelstahl am Gewindekontakt verschweißen und auf halbem Weg festfressen, sodass das Teil weder montiert noch demontierbar ist. Es ist ein Problem der Montagelinie, nicht des Feldes, und Kraftschrauber verschlimmern es, weil sie mehr Wärme an der Kontaktfläche erzeugen. Abhilfe schaffen ein Schmierstoff oder eine ungleiche Werkstoffpaarung – und ein Schmierstoff ändert den Reibungskoeffizienten und damit die Klemmkraft, die ein bestimmtes Drehmoment erzeugt.

Gibt es etwas zwischen Verzinkung und Edelstahl?

Ja, und das ist meist die bessere Antwort. Zink-Nickel bietet mehr Korrosionsbeständigkeit pro Mikrometer als einfaches Zink bei gleicher Festigkeit des Kohlenstoffstahls; Zinklamelle erreicht hohe Korrosionswerte ohne elektrolytischen Prozess, was auch das Risiko der Wasserstoffversprödung bei gehärteten Teilen beseitigt; und eine dickere Zinkklasse mit zusätzlicher Versiegelung ist oft die günstigste echte Verbesserung. Alle drei behalten die Festigkeit des Kohlenstoffstahls, die ein Wechsel auf Edelstahl aufgeben würde.

Quellen

• ISO 898-1 — Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel (Festigkeitsklassen)
• ISO 3506-1 — Fasteners — Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners — Part 1
• ASTM B633 — Electrodeposited Coatings of Zinc on Iron and Steel
• Galling — Wikipedia