Bester Stahl für die Bearbeitung: Ein Leitfaden zur Materialauswahl

Stahl ist eine Legierung aus Eisen, die mit anderen Elementen wie Kohlenstoff, Nickel, Mangan usw. gemischt wird, um die Eigenschaften je nach Bedarf anzupassen. Da es viele Legierungszusammensetzungen und -variationen gibt, ist es oft schwierig, die richtige zu wählen. bester Stahl für die Bearbeitung das perfekt zu Ihren Anwendungsanforderungen passt. Kenntnisse über verschiedene Stahlsorten und ihre Legierungsgrade helfen bei der Entscheidung. 

In diesem Artikel werden Kohlenstoffstahl, Weichstahl, Edelstahl und andere Stahlsorten besprochen. Wir werden auch CNC-Bearbeitungsqualitäten und die Bearbeitbarkeit von Stahl behandeln. 

Fangen wir an.

Stähle als CNC-Bearbeitungsmaterialien 

Es gibt mehrere CNC-Bearbeitungsmaterialien, jedes mit unterschiedlichen Bearbeitungsmerkmalen und Eigenschaften, darunter Stahl, Aluminium, Kupfer, Acryl, ABS und Kohlefaser. Stahl ist jedoch ein beliebtes CNC-Bearbeitungsmetall und wird wegen seiner Festigkeit, Haltbarkeit und Vielseitigkeit geschätzt. 

Stahlbarren 

Alle CNC-Materialien haben ihre eigenen Vorteile und Anwendungsvorlieben. Weitere Informationen zu den Materialoptionen finden Sie unter Bodas Materialseite im Detail. 

Im Folgenden sind die wichtigsten Eigenschaften von Automatenstählen aufgeführt:

• Hohe Zugfestigkeit
• Leistungsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen 
• Einfache Oberflächenbearbeitung
• Handhabung unter hoher Belastung 
• Die Bearbeitbarkeit variiert je nach Stahlsorte 

Darüber hinaus geht es bei der Auswahl der besten Stahllegierung für die Bearbeitung darum, ein Gleichgewicht zwischen der Bearbeitbarkeit und den gewünschten Eigenschaften für die beabsichtigte Anwendung herzustellen.

Die Grundlagen der Stahllegierungsserie 

Lassen Sie uns zunächst die Stahllegierungsreihen und -qualitäten verstehen, bevor wir die Stahlsorten im Detail besprechen. Die Legierungsreihen sind internationale Standards, die bestimmte Legierungszusammensetzungen definieren. 

AISI standardisiert Kohlenstoffstahl, legierten Stahl und Edelstahlsorten. Werkzeugstähle folgen Buchstabenklassen wie A, D und S. 

• AISI 10XX: Kohlenstoffstähle 
• AISI 41XX und 43XX: Legierte Stähle 
• AISI 3XX: Rostfreie Stähle 

Während Ingenieure den besten Stahl für die maschinelle Bearbeitung auswählen, dienen Stahlsorten als grobe Kategorie, wobei eine Serie die Zusammensetzung und Eigenschaften derselben Sorte genauer definiert. In den folgenden Ausführungen zu Stahlsorten werden wir verschiedene Serien und die dazugehörigen Güteklassen verwenden. Weiterlesen:Leichtbaustahlarten

Kohlenstoffstähle für die CNC-Bearbeitung 

Kohlenstoffstahl Eigenschaften 

Diese Stähle zeichnen sich durch einen Kohlenstoffgehalt in der Legierung von 0.05 bis 2.5 % aus. Kohlenstoffstähle werden aufgrund ihrer Eigenschaften und Erschwinglichkeit in CNC-Bearbeitungsprojekten verwendet. Die Bearbeitbarkeit nimmt jedoch mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt ab.  

Weitere Elemente in Kohlenstoffstahllegierungen sind neben anderen Bestandteilen wie Mangan (0.25 %), Silikon, Schwefel und Phosphor in einem geringeren Anteil enthalten.

Kohlenstoffstahlstangen 

Diese werden weiter in drei Kategorien unterteilt: kohlenstoffarmer (Weichstahl), kohlenstoffarmer (Mittelkohlenstoff-)Stahl und kohlenstoffreicher Stahl;

Kohlenstoffarmer/Weichstahl 

Kohlenstoffarmer oder Weichstahl enthält 0.05 bis 0.25 % Kohlenstoff und wird hauptsächlich in Strukturanwendungen verwendet. Obwohl dieser Stahl anfälliger für Korrosion ist, kann er durch Wärmebehandlung und Oberflächenbeschichtung vorgebeugt werden.

Verbindungselemente aus Weichstahl 

Die Weichstähle bieten eine gute mechanische Festigkeit, Duktilität und Bearbeitbarkeit. Daher sind sie im Vergleich zu anderen Typen besser für Schweißverbindungen geeignet. 

In der folgenden Tabelle werden die Stahlbearbeitungseigenschaften von kohlenstoffarmen Stahlsorten verglichen. 

AISI 1018 wird oft als der beste Weichstahl für die Bearbeitung angesehen, da er sich hervorragend bearbeiten lässt und vielseitig einsetzbar ist. Die Wahl zwischen 1018, A36 und 1045 sollte jedoch auf den spezifischen Anforderungen der Endverwendung basieren. 

Mittelkohlenstoffstähle 

Der Kohlenstoffgehalt ist bei Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt etwas höher, nämlich 0.3 bis 0.6 % C. In diesen Stählen sind auch andere Elemente wie Mangan (bis zu 1.6 %), Chrom und Molybdän enthalten. Der höhere Kohlenstoffanteil verbessert die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit. Zum Schutz vor Rost können sie mit Schutzmaterial beschichtet oder wärmebehandelt werden.

AISI 1045

Diese Legierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt enthält etwa 0.45 % Kohlenstoff, hat eine gute Festigkeit und lässt sich gut schweißen. Sie ist außerdem zäh und eignet sich für viele Hochleistungsanwendungen, Achsen, Wellen usw. Sie ist jedoch weniger für Wärmebehandlungen und Anwendungen geeignet, die eine hohe Zugfestigkeit erfordern.

AISI 1060 

Der höhere Kohlenstoffanteil erhöht die Verschleißfestigkeit, macht die Legierung aber auch spröder. Die Bearbeitbarkeit ist etwas geringer als bei 1045 oder kohlenstoffarmen Legierungen, wobei das Glühen vor der Bearbeitung helfen kann, dieses Problem zu lösen.

 AISI 1144 

Stahl 1144 ist auch als spannungsfreier Automatenstahl bekannt. Durch den im Vergleich zu anderen mittelkohlenstoffhaltigen Legierungen relativ höheren Schwefelgehalt lässt er sich leicht bearbeiten. 

Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt 

Der Kohlenstoffgehalt steigt in kohlenstoffreichen Legierungen auf bis zu 2 %, typischerweise 0.6 bis 1.25 % Kohlenstoff in Bearbeitungsqualitäten. Der Mangangehalt wird jedoch im Bereich von 0.3 bis 0.9 % reduziert. Der höhere Kohlenstoffanteil erhöht die Härte und Zähigkeit und erhöht die Verschleiß- und Abriebfestigkeit. Der höhere Kohlenstoffanteil erhöht auch die Sprödigkeit, wodurch sie schwer zu formen sind und die Gefahr eines Bruchs unter Belastung besteht. 

AISI 1075

Diese kohlenstoffreiche Güte enthält 0.7 bis 0.8 % C, 0.5 bis 0.7 % Mangan und andere Legierungselemente und bietet sowohl Härte als auch Zähigkeit. Daher können Sie sie auch durch Abschrecken oder Glühen wärmebehandeln, um die Eigenschaften anzupassen. 

AISI 1080 

Der Kohlenstoffgehalt von ca. 0.80 % in AISI 1080 sorgt für noch bessere mechanische Festigkeit und Abriebfestigkeit. Diese Güte wird typischerweise bei der Herstellung von Federn, Drähten und Schneidwerkzeugen für Kraftfahrzeuge verwendet.

Im Vergleich zu Stahl ist die Bearbeitung anderer Kohlenstofflegierungen anspruchsvoller. Durch Wärmebehandlung kann die Sprödigkeit jedoch ausgeglichen werden. 

Legierte Stähle für die CNC-Bearbeitung 

Eigenschaften von legiertem Stahl 

Der Hauptunterschied zwischen legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl ist die Menge an zusätzlichen Elementen außer Kohlenstoff. Kohlenstoffstähle werden hauptsächlich durch den Kohlenstoffanteil definiert, während legierter Stahl andere Elemente wie Chrom, Nickel oder Molybdän in höheren Anteilen enthält. Dieses Metall verbessert die Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Legierter Stahl

Basierend auf dem Prozentsatz der Legierungselemente (außer Eisen und Kohlenstoff) werden legierte Stähle in hochlegierte und niedriglegierte Stähle unterteilt. Die hochlegierten Stähle enthalten insgesamt mehr als 8 % ihres Gewichts an Legierungselementen. 

Bei der Zerspanung sind folgende legierte Stahlsorten sind die häufigsten;

AISI 4140

4140 legierte Stahlteile 

Neben 0.40 % Kohlenstoff enthält es Chrom in Höhe von etwa 1 % und Molybdän in Höhe von 0.15 bis 0.25 %. Diese Güte bietet gute Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Zu den üblichen Bearbeitungsanwendungen von 410-legiertem Stahl zählen Maschinenbeschläge, Werkzeuge, Automobilzahnräder, Wellen usw.

AISI 4340 

Kundenspezifisches Teil aus legiertem Stahl 4340

4340 ist ein niedrig legierter Stahl, der im Vergleich zu 4140 zusätzlich Nickel enthält. Das Nickel sorgt für Zähigkeit und Schlagfestigkeit. Darüber hinaus hat er ein relativ hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eignet sich für Hochleistungsteile. 

Rostfreie Stähle für die CNC-Bearbeitung 

Edelstahl Eigenschaften

Die Hauptnachteile von Kohlenstoffstählen sind das Risiko der Rostbildung und das höhere Gewicht. Edelstahl begegnet diesen Aspekten, indem er einen höheren Anteil an Chrom und anderen Elementen in kleinen Mengen enthält. Folglich bietet er auch eine höhere thermische Stabilität. 

Edelstahlstangen 

Die Standardzusammensetzung von Edelstahl ist Chrom 10.5 bis 30 %, Nickel 0.10 bis 0.35 %, Molybdän, Silizium und Phosphor. Ein höherer Chromanteil im Edelstahl führt bei Kontakt mit Sauerstoff zur Bildung einer korrosionsschützenden Oxidschicht.

Die folgenden sind die häufigsten Edelstahlbearbeitung Noten; 

AISI 304

Edelstahl 303 ist eine der allgemein verfügbaren und kostengünstigsten Sorten. Er ist nicht magnetisch und lässt sich gut bearbeiten. Der Chromgehalt beträgt 17 %, der Nickelgehalt 8 % und der Kohlenstoffgehalt maximal 0.08 %, während Schwefel- und Phosphoreinschlüsse den Materialabtrag während der Bearbeitung erleichtern. Dieser austenitische Edelstahl eignet sich für eine breite Palette von bearbeiteten Gegenständen, von der Lebensmittelverarbeitung bis hin zu Komponenten für medizinische Geräte. 

AISI 302

Der Hauptunterschied zwischen Edelstahl 302 und 304 ist der Kohlenstoffgehalt. Legierung 302 enthält einen höheren Kohlenstoffanteil, 0.15 %. Chrom und Nickel enthalten 17 % bzw. 8 %. Es bietet auch eine höhere mechanische Festigkeit als 303 und 304. Obwohl die Festigkeit zugenommen hat, ist 302 relativ langsamer und weniger gut bearbeitbar, wenn wir die Bearbeitbarkeit von Edelstahl 302 mit der von 304 vergleichen. 

AISI 430

Es handelt sich um einen ferritischen Stahl, der eine bessere Formbarkeit und Wärmeleitfähigkeit bietet als austenitische Sorten. Der Kohlenstoffgehalt beträgt bis zu 0.12 % und der Chromgehalt etwa 17 %. Folglich ist diese Sorte weniger korrosionsbeständig als andere, verhindert aber dennoch Rost in Salpetersäure, bei der Milchverarbeitung, bei hoher Luftfeuchtigkeit und unter rauen Bedingungen. Darüber hinaus kann der erhöhte Schwefelgehalt in 430F-Edelstahl am besten für CNC-Bearbeitungsvorgänge geeignet sein. 

AISI 316 

Es widersteht Korrosion besser als andere Legierungen (302 und 304), auch unter Chloridbedingungen. Folglich verliert Edelstahl 316 seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen nicht. Seine Bearbeitung erfolgt üblicherweise in Wasseraufbereitungssystemen, Schiffs-, Öl- und Gasausrüstung sowie in Komponenten für die chemische Verarbeitung. 

Werkzeugstähle für die CNC-Bearbeitung 

Anwendungen von Werkzeugstahl

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei Werkzeugstählen um gehärtete (wärmebehandelte) Stähle, die hauptsächlich für Werkzeug-, Formen- und Werkzeuganwendungen verwendet werden. Trotz ihrer Zähigkeit und Härte weisen sie eine beachtliche Bearbeitbarkeit auf. Durch eine Glühbehandlung kann die Duktilität und Bearbeitbarkeit weiter verbessert werden. Weiterlesen:Glühstahl

Die Stahlsorten für Bearbeitungswerkzeuge sind: 

• AISI O1: Eine ölgehärtete Werkzeugstahlsorte, die im Vergleich zu anderen gehärteten Sorten leicht bearbeitbar ist.
• AISI D2: Ein Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, der für harte Werkzeuge wie Dauergussformen und -schneider verwendet wird. 
• AISI A2: Es handelt sich um einen luftgehärteten Kaltarbeitsstahl, der eine Kombination aus Verschleißfestigkeit und Zähigkeit bietet.  
• AISI M2: Dieser Schnellarbeitsstahl behält seine Härte auch bei erhöhten Temperaturen. Er eignet sich am besten für Schneidwerkzeuge, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, wie z. B. CNC-Bohrer. 

Darüber hinaus sind bei der Bearbeitung dieser Typen sorgfältige Überlegungen zur Auswahl der richtigen CNC-Werkzeuge und Beschichtungen unerlässlich. Z. B. HSS- und Hartmetall-Schaftfräser. 

CNC-Bearbeitungsstähle: Wo werden sie eingesetzt?

Die unterschiedlichen physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften machen jeden Stahltyp für bestimmte Anwendungen geeignet. Sehen wir uns an, wo die CMC-Bearbeitung von Kohlenstoff-, Legierungs-, Edelstahl- und Werkzeugstählen zum Einsatz kommt. 

„Den Vergleich der Stahlbearbeitung mit Titanlegierungen können Sie auch hier in diesem Artikel nachlesen“ Bearbeitung von Titan vs. Stahl; ein detaillierter Vergleich der Bearbeitungseigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten.“

Überlegungen zur Auswahl des besten Stahls für die Bearbeitung 

Einer der entscheidenden Faktoren bei der Stahlbearbeitung ist die Präzision bei der Auswahl des Stahls, um maximale Leistung, niedrige Kosten und verbesserte Effizienz zu erzielen. Hier sind einige der Faktoren, die bei dieser Wahl berücksichtigt werden müssen:

Bearbeitbarkeit und andere Eigenschaften der Stahlbearbeitung

Die Zerspanbarkeit von Stahl ist ein sehr wichtiger Aspekt bei der Stahlproduktion und der Wirksamkeit von Werkzeugen. Mit anderen Worten: Trennbare Stähle besitzen eine hohe Zerspanbarkeit, erfordern daher weniger Schneidkraft, sind weniger Hitze ausgesetzt und ergeben glattere Oberflächen. Beispielsweise ist schwefel- und bleihaltiger Stahl günstiger. Sie erhöhen die Zerspanbarkeit, indem sie die erforderlichen Schneidkräfte verringern und die Spanbildung erleichtern.

Physikalische und mechanische Eigenschaften

Bei einer bestimmten Anwendung muss berücksichtigt werden, dass bestimmte mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Duktilität und Härte erforderlich sind. Weitere Überlegungen umfassen die erwartete Belastung der Teile, die thermische und chemische Umgebung und die gewünschte Lebensdauer.

Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit

Um eine gute Wahl zu treffen, muss die gewünschte Endbearbeitung berücksichtigt werden. Wählen Sie sowohl in der Kategorie Funktionalität als auch in der Kategorie Ästhetik einen akzeptablen Standard. Im Allgemeinen ermöglichen Materialien mit hohen Bearbeitbarkeitseigenschaften bessere Oberflächen, wodurch zusätzliche Endbearbeitungsprozesse reduziert werden können.

Materialkosten

Außerdem können die Materialkosten erheblich schwanken. Beispielsweise kann Hochleistungsstahl teuer sein, obwohl er wünschenswerte Eigenschaften bietet. Um die Wirtschaftlichkeit einer bestimmten Stahllegierung zu beurteilen, müssen die Anschaffungskosten und die Kosteneinsparungen durch reduzierte Maschinenausfallzeiten und Werkzeugverschleiß abgewogen werden.

Zuverlässigkeit der Lieferkette

Die Zuverlässigkeit einer Lieferkette bezieht sich darauf, wie schnell und zuverlässig die Materiallieferung erfolgt; kann Ihr Lieferant die erwartete Menge und Zeit einhalten? Zuverlässige Systeme weisen in der Regel die geringsten Verzögerungen, Lagerausfälle und Qualitätsprobleme auf. Folglich können sie auch schneller auf unerwartete Vorfälle reagieren.

Materialkonsistenz

Die Qualität der im Herstellungsprozess verwendeten Rohstoffe muss gleichbleibend sein. Gleichbleibende Qualität verbessert die Qualität des fertigen Produkts und reduziert Mängel. Bevor Sie also eine Wahl treffen, müssen Sie auch prüfen, welcher Stahl gleichbleibende Qualität bietet.

Fazit: Die richtige Wahl treffen 

Wenn wir nur die einfache Bearbeitung betrachten, ist Weichstahl 1020 der bester Stahl für die Bearbeitung. Die Wahl hängt jedoch stark von den Anforderungen der Anwendung ab. Stahl 1020 kann leicht bearbeitet werden, ihm mangelt es jedoch möglicherweise an Festigkeit, Härte, Haltbarkeit und anderen erforderlichen Eigenschaften. 

Bei Boda können wir Ihnen helfen, die beste Stahlsorte für Ihr Projekt zu finden und sie in die gewünschte Form zu bringen. Unsere CNC-Bearbeitung Dazu gehören Fräsen, Drehen, Bohren, Gewindeschneiden und vieles mehr.

Ob Sie Stahlbearbeitungsteile für Prototypen oder die Serienproduktion benötigen, unsere Materialspezialisten und Industrieingenieure können Ihre Erwartungen an Qualität und Präzision erfüllen. Senden Sie uns also Ihre Zeichnung für kundenspezifischer Bearbeitungsstahl Teile noch heute! 

Häufig gestellte Fragen

Was sind die gängigsten Automatenstähle? 

Stähle wie 1018,1020, 1035, 12 und 14LXNUMX sind einige gängige Stahllegierungen in Bearbeitungsprojekten.

Welcher Edelstahl lässt sich am einfachsten bearbeiten?

Edelstahl 302 und 304 lassen sich im Vergleich zu rostfreien Güten leicht bearbeiten. Der relativ höhere Schwefelgehalt verbessert den Spanbruch und verringert die Reibung.

Ist Stahl schwieriger zu bearbeiten als Aluminium? 

Ja, Stahl ist aufgrund seiner höheren Festigkeit, Dichte und Zähigkeit in der Regel schwerer zu bearbeiten als Aluminium. Andererseits ist Aluminium weicher, leichter und wärmeleitfähiger, was eine schnellere Bearbeitung mit minimalem Aufwand ermöglicht. Werkzeugverschleiß.