# Wärmeausdehnungskoeffizienten für CNC-Werkstoffe (CTE)

> CTE-Werte für 22 CNC-Werkstoffe in µm/m·°C mit dem jeweils abgedeckten Temperaturbereich sowie durchgerechnete Beispiele dafür, was die Unterschiede bei Passungen und Prüfung bewirken.

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## Auf dieser Seite

- Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) nach Werkstoff und Temperaturbereich
- Wenn der Unterschied zum Maß wird
- So verwenden Sie diese Zahlen
- Häufig gestellte Fragen
- Normen und Quellen
- Verwandte Seiten
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# Wärmeausdehnungskoeffizienten für CNC-Werkstoffe

CTE-Werte für 22 CNC-Werkstoffe in µm/m·°C mit dem jeweils abgedeckten Temperaturbereich sowie durchgerechnete Beispiele dafür, was die Unterschiede bei Passungen und Prüfung bewirken.

## Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) nach Werkstoff und Temperaturbereich

| Werkstoff (Sorte) | CTE (µm/m·°C) | Temperaturbereich | Konstruktionsrelevante Bedeutung | Quelle |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Aluminum 1060 (commercially pure) | 23.6 | 20–100 °C | Höchster CTE unter den gängigen CNC-Metallen; Sammelschienen- und Kühlkörperkonstruktionen müssen Ausdehnungsspielräume vorsehen | ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com |
| Aluminum 6061-T6 | 23.6 | 20–100 °C | Am häufigsten bearbeitete Aluminiumlegierung; CTE ist unabhängig vom Aushärtungszustand (O, T4, T6 und T651 alle 23.6) | ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J |
| Aluminum 6061-T6 | 24.6 | 20–200 °C | Der Mittelwert bei erhöhter Temperatur steigt um ~4%; oberhalb von 150 °C einen bereichsspezifischen CTE verwenden | MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2 |
| Aluminum 7075-T6 | 23.6 | 20–100 °C | Luft- und Raumfahrtqualität; derselbe CTE wie 6061 trotz doppelter Streckgrenze — vereinfacht die Vorrichtungskonstruktion mit Legierungsmix | matmake.com; arcuscnc.com |
| Copper C11000 (ETP) | 17.0 | 20–100 °C | Sammelschienen- und Verbinderwerkstoff; die CTE-Abweichung gegenüber Aluminium (23.6) treibt die Verbindungsermüdung bei bimetallischen Kabelschuhen an | fabdigit.com (C11000-O properties) |
| Copper C11000 (ETP) | 17.0 | 20–300 °C | Mittlerer CTE über einen weiten Bereich; Wert aus dem Herstellerdatenblatt | jtcopper.com C11000 datasheet |
| Brass C36000 (free-cutting) | 20.5 | 20–100 °C (approx.) | Kupferlegierung mit bester Zerspanbarkeit; CTE zwischen Kupfer und Aluminium — relevant für Messing-Einsätze in Aluminiumgehäusen | mechcodex.com C36000 thermal table |
| Carbon steel AISI 1045 (annealed) | 11.6 | 0–100 °C | Referenzstahl für Wellen und Zahnräder; CTE etwa die Hälfte von Aluminium — Al-Stahl-Schraubverbindungen entwickeln bei ΔT = 100 °C je 100 mm 0.12 mm Differenz | theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties |
| Carbon steel AISI 1045 (annealed) | 12.3 | 0–200 °C | Mittelwert bei erhöhter Temperatur; steigt mit dem Temperaturbereich | theworldmaterial.com AISI 1045 |
| Alloy steel AISI 4140 (normalized) | 12.3 | 20–100 °C | Hochfester Wellen- und Achsstahl; CTE ähnlich wie 1045 — in thermischen Spannungsberechnungen austauschbar | ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com |
| Stainless steel 304/304L | 17.3 | 0–100 °C | Austenitischer Edelstahl dehnt sich ~44% mehr aus als Kohlenstoffstahl; kritisch für Rohr-Bodenblech-Verbindungen in Wärmetauschern | jnalloys.com CTE comparison table |
| Stainless steel 316/316L | 15.9 | 0–100 °C | Niedrigerer CTE als 304 trotz ähnlicher austenitischer Struktur (Molybdän-Zusatz); bevorzugt für die Ausdehnungsauslegung von Rohrleitungen in der Schifffahrt | jnalloys.com CTE comparison table |
| Stainless steel 17-4PH (H900) | 10.8 | 0–100 °C | Martensitischer PH-Stahl; CTE unter den Edelstahlsorten am nächsten an Kohlenstoffstahl — ideal für Präzisions-Fittings in der Luft- und Raumfahrt, die mit Stahlkonstruktionen zusammenpassen | xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C) |
| Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5) | 8.6 | 20–100 °C | Niedrigster CTE der gängigen Strukturmetalle; gute Passung zu CFK (0–2) in hybriden Luft- und Raumfahrtverbindungen | arcuscnc.com CTE comparison |
| Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5) | 8.8 | 20–100 °C (approx.) | Alternativ veröffentlichter Wert; die Differenz liegt innerhalb der Messunsicherheit (±2%) | mechcodex.com Ti-6Al-4V properties |
| Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC) | 11.7 | 20–100 °C | Formkastenstahl; der CTE muss zu den Einsatzstählen passen, um thermische Spannungsrisse in Spritzgussformen bei Temperaturwechseln zu vermeiden | ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context) |
| Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC) | 12.0 | 20–200 °C | Stahl für Druckguss- und Schmiedewerkzeuge; läuft bei 500–650 °C Oberflächentemperatur, daher zählt der CTE des erhöhten Bereichs für die Passungen der Werkzeugeinsätze | ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com |
| Delrin / POM (acetal homopolymer) | 110 | 23–60 °C | Etwa 5× Stahl; Kunststoff-Metall-Presspassungen lockern sich mit steigender Temperatur — das Übermaß bei der maximalen Betriebstemperatur auslegen | firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet |
| Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded) | 80 | 23–60 °C | Feuchtigkeitsaufnahme fügt zum thermischen Anteil hygroskopische Ausdehnung hinzu; 50% relative Luftfeuchtigkeit erhöht die wirksame Maßänderung um ~0.2% | DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21 |
| PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G) | 47 | 23–100 °C | Niedrigster CTE unter den unverstärkten technischen Kunststoffen; nähert sich bei erhöhter Temperatur Aluminium an — geeignet für Metallersatz in Umgebungen mit Temperaturwechseln | makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55) |
| PEEK (30% glass-filled, GF30) | 27 | 23–100 °C | Glasfaserverstärkung senkt den CTE um ~43%; gewählt, wenn Maßhaltigkeit unter Temperaturwechseln kritisch ist | makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex) |
| ABS (general purpose, unfilled) | 90 | 23–60 °C | Hoher CTE begrenzt die Verwendung in Präzisionsbaugruppen; akzeptabel für Gehäuse von Konsumgütern mit großzügigem Spiel | firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets |

> **So lesen Sie diese Tabelle.** Wo zwei Quellen abweichen, sind beide Zeilen aufgeführt (Ti-6Al-4V erscheint mit 8.6 und 8.8). Temperaturbereiche werden wie veröffentlicht angegeben und nicht auf einen gemeinsamen Bereich normiert — verwenden Sie stets die CTE-Zeile, deren Bereich Ihre tatsächliche Temperaturspanne abdeckt.

## Wenn der Unterschied zum Maß wird

Fünf Berechnungen aus der Praxis, jeweils mit ΔL = α × L × ΔT und Werten aus der obigen Tabelle. Sie sind der Grund, warum zwei Werkstoffe mit unterschiedlichen CTE-Werten in einer Präzisionsbaugruppe nicht als austauschbar behandelt werden können.

| Fall | Berechnung | Ergebnis | Konstruktionsmaßnahme |
| --- | --- | --- | --- |
| 6061-T6-Gehäuse (CTE 23.6) auf einem 1045-Stahlsockel (CTE 11.6) verschraubt, Lochbild 200 mm, ΔT = 50 °C | ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50 | 0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential | Mit nur 0.1 mm Schraubspiel klemmt die Verbindung bei ΔT = 50 °C. Verwenden Sie Langlöcher, ein Spiel ≥ 0.3 mm oder nachgiebige Unterlegscheiben; für Präzisionsvorrichtungen Aluminium mit Aluminium oder Stahl mit Stahl kombinieren. |
| Stahlkonstruktion (CTE 12.0) direkt auf eine CFK-Platte (CTE ~1.0 in Faserrichtung) verschraubt, Stützweite 300 mm, ΔT = 80 °C | (12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80 | 0.264 mm relative slip per cycle | Ein Ti-6Al-4V-Einsatz (CTE 8.6) reduziert die Abweichung beidseitig auf 7.6 µm/m·°C und verringert die Differentialbewegung um ~30% — der Grund, warum Titan-Fittings Luft- und Raumfahrtkonstruktionen mit Verbundwerkstoffverbindungen dominieren. |
| Delrin-Buchse (CTE 110), mit Presspassung in ein Stahlgehäuse (CTE 11.6) eingefügt: 25 mm Außendurchmesser, 0.05 mm Übermaß bei 20 °C, Betrieb bei 80 °C | ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60 | 0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance) | Die Presspassung wird bei 80 °C zur Schiebung. Berechnen Sie das Übermaß bei der maximalen Betriebstemperatur, halten Sie POM mechanisch (Sicherungsringe, Rändelung) oder wechseln Sie zu PEEK (CTE 47) oder glasfaserverstärktem PEEK (CTE 27). |
| Ein 500-mm-6061-Teil, bearbeitet bei 30 °C Werkstattemperatur, geprüft bei 20 °C (Bezugstemperatur nach ISO 1) | 23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10 | 0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C | Bei ±0.05-mm-Arbeiten ist dieser Fehler das 2.4-Fache des Toleranzbandes: Teile vor der Endprüfung auf 20 °C ± 1 °C temperieren oder eine prozessbegleitende Kompensation anwenden. |
| P20-Formkasten (CTE 11.7) mit einem H13-Kerneinsatz (CTE 12.0), Einsatzdurchmesser 100 mm, ΔT = 60 °C, konstruiertes Spiel 0.02 mm | 12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60 | 0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm | P20 mit H13 ist thermisch verträglich (Abweichung 0.3 µm/m·°C). Ein Berylliumkupfer-Einsatz (CTE 16.6) gegen P20 verliert bei demselben ΔT 0.029 mm Spiel — BeCu-Einsätze mit Wachstumszuschlag auslegen. |

## So verwenden Sie diese Zahlen

- Der CTE ist hier in µm/(m·°C), gleichbedeutend mit 10⁻⁶/K oder ppm/°C. Wählen Sie die Zeile, deren Temperaturbereich zur Anwendung passt — dieselbe Legierung weist über unterschiedliche Spannen unterschiedliche Mittelwerte aus (6061: 23.6 über 20–100 °C, 24.6 über 20–200 °C).
- Eine Wärmebehandlung ändert den CTE von Aluminium nicht: 6061 zeigt in jedem Aushärtungszustand (O, T4, T6, T651) 23.6 µm/m·°C. Nur der Temperaturbereich verschiebt den wirksamen Wert.
- Wo Quellen abweichen, bleiben beide Werte erhalten: Ti-6Al-4V erscheint mit 8.6 und 8.8 µm/m·°C, eine Spreizung innerhalb der typischen Messunsicherheit (±2%). Für Edelstahl 304 verwenden wir 17.3 — eine Rechner-Tabelle zeigt 10.8, was der 17-4PH-Wert und ein Eingabefehler ist.
- Der Kunststoff-CTE hängt stark von Füllstoff, Kristallinität und Feuchtigkeit ab. Die Nylon-6/6-Zeile gilt für den spritzgegossenen Trockenzustand (80); im Gleichgewicht bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit steigt die wirksame Maßänderung um ~0.2% zusätzlich zum thermischen Anteil.
- Die Prüffalle: Teile wachsen durch Schnittwärme und schrumpfen auf dem KMG. Ein 300-mm-6061-Teil, das bei 40 °C gefertigt wurde, schrumpft bis 20 °C um 0.14 mm — nach thermischem Ausgleich messen oder die Verschiebung in die Toleranz einplanen.

## Häufig gestellte Fragen

### Um wie viel wächst ein 200-mm-Aluminium-6061-Stab von 20 °C auf 60 °C?

Etwa 0.19 mm. ΔL = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 40 = 0.189 mm.

### Warum messen meine Aluminiumteile nach der CNC-Bearbeitung zu klein?

Thermische Kontraktion durch Schnittwärme. Ein 300-mm-6061-Teil, das bei 40 °C gefertigt wurde, schrumpft bei 20 °C um 0.14 mm (23.6 × 10⁻⁶ × 300 × 20). Temperieren Sie das Teil vor der Endmessung auf 20 °C.

### Wie groß ist der CTE-Unterschied zwischen Aluminium und Edelstahl 304?

6.3 µm/m·°C (23.6 gegenüber 17.3). Über 100 mm bei ΔT = 50 °C sind das 0.032 mm Differentialbewegung.

### Kann ich eine Delrin-Buchse für eine Anwendung bei 80 °C mit Presspassung in ein Stahlgehäuse einfügen?

Nicht mit Übermaß allein. Der POM-CTE (110) liegt beim 9.5-Fachen von Stahl (11.6): Ein Übermaß von 0.05 mm bei 20 °C auf einem 25-mm-Durchmesser wird bei etwa 50 °C zum Spiel. Verwenden Sie mechanische Halterung oder wechseln Sie zu glasfaserverstärktem PEEK (CTE 27).

### Welches Metall hat die niedrigste Wärmeausdehnung für Präzisionsvorrichtungen?

Titan Ti-6Al-4V mit 8.6 µm/m·°C — niedriger als jeder gängige Stahl (11.6–12.3) und weniger als die Hälfte von Aluminium (23.6). Für eine Struktur mit ultraniedriger Ausdehnung ist Invar (FeNi36) mit 1.2 µm/m·°C die Extremoption, kostet aber das 10–20-Fache.

### Um wie viel dehnt sich ein 1-Meter-Stahlträger bei einer Erwärmung um 40 °C aus?

Etwa 0.46 mm für Kohlenstoffstahl 1045 (11.6 × 10⁻⁶ × 1000 × 40 = 0.464 mm). Für Edelstahl 304: 0.69 mm — der Grund, warum lange Konstruktionen Dehnungsfugen benötigen.

### Ändert eine Wärmebehandlung (T6 gegenüber T4) den CTE von Aluminium 6061?

Nein. Der CTE beträgt in jedem Aushärtungszustand (O, T4, T6, T651) 23.6 µm/m·°C. Er wird durch das Aluminiumgitter bestimmt, nicht durch die Ausscheidungsdichte; nur der Temperaturbereich ändert den wirksamen Wert.

### Welchen CTE sollte ich für PEEK in einem Medizinprodukt bei Körpertemperatur verwenden?

Verwenden Sie 47 µm/m·°C (unverstärkt, Bereich 23–100 °C). Bei ΔT = 17 °C (20 → 37 °C) wächst ein 50-mm-Bauteil nur um 0.040 mm — innerhalb einer typischen Bearbeitungstoleranz von ±0.025 mm, sofern bei 20 °C gemessen wird.

## Normen und Quellen

- ASM Handbook Vol. 2, 10. Aufl. (1990) — CTE-Werte von Aluminiumlegierungen und Unabhängigkeit vom Aushärtungszustand
- MIL-HDBK-5J (U.S. DoD, 2003) — temperaturabhängiger CTE für 6061 (20–100/200/300/400 °C)
- ASM Handbook Vol. 1 — AISI 4140 = 12.3; P20 = 11.7; H13 = 12.0 µm/m·°C
- DuPont-Datenblätter Delrin 500P und Zytel 101L — POM 110 µm/m·°C (23–60 °C), Nylon 6/6 80 µm/m·°C (spritzgegossen, trocken)
- Victrex-PEEK-Daten über makerstage.com — unverstärkt 47, GF30 27 µm/m·°C; criterionprecision.com nennt 45–55
- jnalloys.com CTE-Vergleich — 304/304L = 17.3, 316/316L = 15.9 µm/m·K (0–100 °C)
- xometry.com und alloy-materials.com — 17-4PH = 10.8 µm/m·°C (20–100 °C)
- arcuscnc.com — Ti-6Al-4V = 8.6; matmake.com (ASM-Daten) — Tabelle der Aluminiumlegierungen; mechcodex.com — C36000 = 20.5, Ti-6Al-4V = 8.8
- theworldmaterial.com — AISI 1045 = 11.6 (0–100 °C) und 12.3 (0–200 °C); fabdigit.com — C11000 = 17 (20–100 °C); jtcopper.com — C11000 = 17.0 (20–300 °C)
- Wo Quellen sich widersprechen, sind beide Zeilen aufgeführt und die Abweichung in den Anwendungshinweisen dokumentiert

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