Beste staal voor bewerking: een gids voor materiaalselectie

Staal is de legering van ijzer gemengd met andere elementen zoals koolstof, nikkel, mangaan, etc., om de eigenschappen aan te passen op basis van de vereisten. Omdat er veel legeringssamenstellingen en variaties zijn, is het vaak moeilijk om de beste staal voor bewerking die perfect past bij uw toepassingsvereisten. Kennis van verschillende soorten staal en hun legeringsgraden helpt bij het bepalen hiervan. 

Dit artikel bespreekt koolstofstaal, zacht staal, roestvrij staal en andere soorten. We bespreken ook CNC-bewerkingskwaliteiten en de bewerkbaarheid van staal. 

Laten we beginnen.

Staalsoorten als CNC-bewerkingsmaterialen 

Er zijn verschillende CNC-bewerkingsmaterialen, elk met verschillende bewerkingskenmerken en -eigenschappen, waaronder staal, aluminium, koper, acryl, ABS en koolstofvezel. Staal is echter een populair CNC-bewerkingsmetaal, gewaardeerd om zijn sterkte, duurzaamheid en veelzijdigheid. 

Stalen tralies 

Alle CNC-materialen hebben hun eigen voordelen en toepassingsvoorkeuren. U kunt meer informatie over materiaalopties vinden op Materiaalpagina van ProleanTech in detail. 

De belangrijkste eigenschappen van het bewerken van staalsoorten zijn:

• Hoge treksterkte
• Vermogen om te presteren bij verhoogde temperaturen 
• Eenvoudige oppervlakteafwerking
• Omgaan met hoge stress 
• De bewerkbaarheid varieert per staalsoort 

Bovendien draait het bij het selecteren van de beste staallegering voor bewerking om het vinden van de juiste balans tussen bewerkbaarheid en de gewenste eigenschappen voor de beoogde toepassing.

De basisprincipes van de staallegeringsserie 

Laten we de staallegeringsseries en -klassen begrijpen voordat we de soorten staal in detail bespreken. De legeringsseries zijn internationale standaarden die specifieke legeringscomposities definiëren. 

AISI standaardiseert koolstofstaal, gelegeerd staal en roestvrij staal. Gereedschapsstaal volgt lettergraden zoals A, D en S. 

• AISI 10XX: Koolstofstaalsoorten 
• AISI 41XX & 43XX: Gelegeerde staalsoorten 
• AISI 3XX: roestvast staal 

Hoewel ingenieurs het beste staal voor bewerkingen selecteren, dienen staalsoorten als een brede categorie, terwijl een serie de samenstelling en eigenschappen van hetzelfde type verder definieert. In de volgende beschrijvingen van staalsoorten zullen we verschillende series en de daaronder vallende kwaliteiten gebruiken. Lees meer:Lichtgewicht staalsoorten

Koolstofstaalsoorten voor CNC-bewerking 

Eigenschappen van koolstofstaal 

Deze staalsoorten worden gekenmerkt door een koolstofgehalte in de legering, 0.05 tot 2.5%. Koolstofstaalsoorten worden gebruikt in CNC-bewerkingsprojecten vanwege hun eigenschappen en betaalbaarheid. De bewerkbaarheid neemt echter af naarmate het koolstofgehalte toeneemt.  

Andere elementen in koolstofstaallegeringen zijn, samen met andere bestanddelen zoals mangaan (0.25%), silicium, zwavel en fosfor, in een ondergeschikte hoeveelheid aanwezig.

Staven van koolstofstaal 

Deze worden verder onderverdeeld in drie categorieën: staalsoorten met een laag koolstofgehalte (zacht staal), staalsoorten met een gemiddeld koolstofgehalte en staalsoorten met een hoog koolstofgehalte;

Laag koolstof/zacht staal 

Laag koolstof- of zacht staal bevat 0.05 tot 0.25% koolstof, meestal gebruikt in structurele toepassingen. Hoewel deze gevoeliger zijn voor corrosie, kunnen warmtebehandeling en oppervlaktecoating worden toegepast om dit te voorkomen.

Bevestigingsmiddelen van zacht staal 

De zachte staalsoorten bieden een goede mechanische sterkte, ductiliteit en bewerkbaarheid. Daarom zijn ze geschikter voor lasverbindingen dan andere soorten. 

In de onderstaande tabel worden de bewerkingseigenschappen van staalsoorten met een laag koolstofgehalte vergeleken. 

Vaak wordt AISI 1018 beschouwd als het beste zachte staal voor bewerking vanwege de uitstekende bewerkbaarheid en veelzijdigheid. De keuze tussen 1018, A36 en 1045 moet echter gebaseerd zijn op specifieke vereisten voor het eindgebruik. 

Middelzware koolstofstalen 

Het koolstofgehalte is iets hoger in staalsoorten met een gemiddeld koolstofgehalte, 0.3 tot 0.6% C. Andere elementen zoals mangaan (tot 1.6%), chroom en molybdeen zijn ook betrokken bij deze staalsoorten. Het hogere percentage koolstof verbetert de oppervlaktehardheid en slijtvastheid. Voor roestbescherming kunnen ze worden gecoat met beschermend materiaal of worden behandeld met hitte.

AISI 1045

Deze medium-carbon alloy grade bevat ongeveer 0.45% koolstof, heeft een goede sterkte en is gemakkelijk te lassen. Het is ook taai en past bij veel high-performance toepassingen, assen, shafts, etc. Echter, minder geschikt voor warmtebehandeling en toepassingen die een hoge treksterkte vereisen.

AISI 1060 

Het hogere koolstofpercentage verhoogt de slijtvastheid, maar maakt de legering ook brozer. De bewerkbaarheid is iets lager dan 1045 of koolstofarme legeringen, terwijl gloeien vóór het bewerken kan helpen dit probleem aan te pakken.

 AISI 1144 

Staal 1144 staat ook bekend als spanningsvrij verspaanbaar staal. Het relatief hogere zwavelgehalte dan andere legeringen met gemiddeld koolstofgehalte zorgt ervoor dat het gemakkelijk te verspanen is. 

Hoog koolstofstaal 

Het koolstofgehalte neemt toe tot 2% in legeringen met een hoog koolstofgehalte, meestal 0.6 tot 1.25% koolstof in bewerkingsgraden. Het mangaangehalte wordt echter verlaagd in het bereik van 0.3 tot 0.9%. Het hogere koolstofpercentage verhoogt de hardheid en taaiheid, waardoor de slijt- en slijtvastheid toeneemt. Het hogere koolstofgehalte verhoogt ook de brosheid, waardoor ze moeilijk in vorm te brengen zijn en er een risico is op breuk onder spanning. 

AISI 1075

Deze hoge koolstofkwaliteit bevat 0.7 tot 0.8% C, 0.5 tot 0.7% mangaan en andere legeringselementen, wat zowel hardheid als taaiheid biedt. U kunt ze daarom ook warmtebehandelen met afschrikken of gloeien om de eigenschappen aan te passen. 

AISI 1080 

Ongeveer 0.80% koolstofgehalte in AISI 1080 biedt een nog betere mechanische sterkte en slijtvastheid. Deze kwaliteit wordt doorgaans gebruikt in de productie van autoveren, draden en snijgereedschappen.

Vergeleken met de staalbewerkingseigenschappen van andere koolstoflegeringen is het een grotere uitdaging om te bewerken. Echter, warmtebehandeling kan de brosheid tegengaan. 

Gelegeerd staal voor CNC-bewerking 

Eigenschappen van gelegeerd staal 

Het belangrijkste verschil tussen gelegeerd staal versus koolstofstaal is de hoeveelheid extra elementen anders dan koolstof. Koolstofstaalsoorten worden voornamelijk gedefinieerd door koolstof%, terwijl gelegeerd staal andere elementen bevat zoals chroom, nikkel of molybdeen in hogere verhoudingen. Dit metaal verbetert de sterkte, taaiheid en corrosiebestendigheid.

Gelegeerd staal

Gebaseerd op het percentage legeringselementen (behalve ijzer en koolstof), worden gelegeerde staalsoorten gecategoriseerd in hooggelegeerde en laaggelegeerde staalsoorten. De hooggelegeerde staalsoorten bevatten meer dan 8% van het totale gewicht aan legeringselementen. 

Bij het bewerken gelden de volgende punten: gelegeerde staalsoorten zijn de meest voorkomende;

AISI 4140

4140 gelegeerd stalen onderdelen 

Naast 0.40% koolstof bevat het chroom in ongeveer 1% en molybdeen in 0.15 tot 0.25%. Deze kwaliteit biedt goede sterkte en vermoeidheidsweerstand. Ondertussen zijn veelvoorkomende bewerkingstoepassingen van 410-gelegeerd staal machinehardware, gereedschap, auto-tandwielen, assen, enz.

AISI 4340 

Aangepast 4340 gelegeerd stalen onderdeel

4340 is een laaggelegeerd staal dat een extra nikkelsamenstelling bevat vergeleken met 4140. Het nikkel zorgt voor taaiheid en slagvastheid. Bovendien heeft het een relatief hoge sterkte-gewichtsverhouding en is het geschikt voor hoogwaardige onderdelen. 

Roestvrij staal voor CNC-bewerking 

Eigenschappen van roestvrij staal

De belangrijkste nadelen van koolstofstaal zijn het risico op roestvorming en een hoger gewicht. Roestvrij staal pakt deze aspecten aan door een hogere hoeveelheid chroom en andere elementen in kleine hoeveelheden toe te voegen. Bijgevolg biedt het ook een hogere thermische stabiliteit. 

Roestvrij stalen staven 

De standaardsamenstelling van roestvrij staal is Chroom 10.5 tot 30%, Nikkel 0.10 tot 0.35%, molybdeen, silicium en fosfor. Een hoger chroompercentage in roestvrij staal zorgt voor de vorming van een corrosiebeschermende oxidelaag wanneer het in contact komt met zuurstof.

De volgende zijn de meest voorkomende bewerking van roestvrij staal cijfers; 

AISI 304

Roestvrij staal 303 is een van de algemeen beschikbare en kosteneffectieve kwaliteiten. Het is niet-magnetisch en heeft een hoge bewerkbaarheid. Het chroomgehalte is 17%, nikkel is 8% en koolstof maximaal 0.08%, terwijl zwavel- en fosforinsluiting het verwijderen van materiaal tijdens de bewerking gemakkelijk maken. Dit austenitische roestvrij staal is geschikt voor een breed scala aan bewerkte items, van voedselverwerking tot medische apparatuurcomponenten. 

AISI 302

Het belangrijkste verschil tussen roestvrij staal 302 en 304 is het koolstofgehalte. Legering 302 bevat een hogere hoeveelheid koolstof, 0.15%. Ondertussen zijn chroom en nikkel respectievelijk 17% en 8%. Het biedt ook een hogere mechanische sterkte dan 303 en 304. Hoewel de sterkte is toegenomen, is 302 relatief langzamer en minder bewerkbaar als we de bewerkbaarheid van roestvrij staal 302 vs 304 vergelijken. 

AISI 430

Het is een ferritisch staal dat een betere vervormbaarheid en warmtegeleiding biedt dan austenitische kwaliteiten. Het koolstofgehalte is tot 0.12% en chroom is ongeveer 17%. Deze kwaliteit is dus minder corrosiebestendig dan andere, maar voorkomt nog steeds roest in salpeterzuur, zuivelverwerking, zeer vochtige en zware omstandigheden. Bovendien kan de verhoogde hoeveelheid zwavel in 430F roestvrij staal het beste zijn voor CNC-bewerkingen. 

AISI 316 

Het is beter bestand tegen corrosie dan andere legeringen (302 en 304), ook in chloride-omstandigheden. Bijgevolg verliest roestvrij staal 316 zijn fysieke en mechanische eigenschappen niet bij de verhoogde temperatuur. De gebruikelijke toepassingen van de bewerking ervan zijn waterzuiveringssystemen, maritieme, olie- en gasapparatuur en chemische verwerkingscomponenten. 

Gereedschapsstaal voor CNC-bewerking 

Toepassingen van gereedschapsstaal

Zoals de naam al doet vermoeden, zijn gereedschapsstalen geharde (warmtebehandelde) staalsoorten die voornamelijk worden gebruikt voor matrijzen, mallen en gereedschappen. Ondanks hun taaiheid en hardheid zijn ze redelijk goed bewerkbaar. Door een gloeibehandeling worden ze bovendien buigzamer en beter bewerkbaar. Lees meer:Gloeien van staal

De soorten gereedschapsstaal voor bewerking zijn: 

• AISI-O1: Een in olie geharde gereedschapsstaalsoort die in vergelijking met andere geharde soorten gemakkelijk te bewerken is.
• AISI D2: Een gereedschapsstaal met een hoog koolstofgehalte dat wordt gebruikt voor harde gereedschappen, zoals permanente gietmatrijzen en snijgereedschappen. 
• AISI-A2: Het is een luchtgehard, koudbewerkt gereedschapsstaal dat slijtvastheid en taaiheid combineert.  
• AISI-M2: Dit snelstaal behoudt zijn hardheid bij hoge temperaturen. Het is het beste voor snijgereedschappen die op hoge snelheden werken, zoals CNC-boorbits. 

Bovendien zijn zorgvuldige overwegingen over de selectie van de juiste CNC-gereedschappen en coating essentieel bij het bewerken van deze typen. Bijvoorbeeld HSS- en hardmetalen freesfrezen. 

CNC-bewerkingsstaalsoorten: waar worden ze gebruikt?

Het verschil in fysieke, mechanische en chemische eigenschappen maakt elk type staal geschikt voor specifieke toepassingen. Laten we eens kijken waar CMC-bewerking van koolstof-, gelegeerd, roestvrij en gereedschapsstaal wordt gebruikt. 

“U kunt hier in dit artikel ook lezen over de vergelijking van staalbewerking met titaniumlegeringen” bewerking van titanium versus staal; een gedetailleerde vergelijking van bewerkingseigenschappen en toepassingen.”

Overwegingen bij het kiezen van het beste staal voor bewerking 

Een van de doorslaggevende factoren bij het bewerken van staal is de precisie bij het kiezen van staal om maximale prestaties, lage kosten en verbeterde efficiëntie te bereiken. Hier zijn enkele factoren die in overweging moeten worden genomen bij het maken van deze keuze:

Bewerkbaarheid en andere staalbewerkingseigenschappen

De bewerkbaarheid van staal is een zeer belangrijk aspect met betrekking tot de productie van staal en de effectiviteit van gereedschappen. Met andere woorden, staalsoorten die scheidbaar zijn, bezitten een hoge bewerkbaarheid, waardoor er minder snijkracht nodig is, er minder hitte wordt ervaren en gladdere oppervlakken ontstaan. Staal dat zwavel en lood bevat, is bijvoorbeeld gunstiger. Ze verhogen de bewerkbaarheid door de vereiste snijkrachten te verminderen en de spaanvorming te vergemakkelijken.

Fysieke en mechanische eigenschappen

Wanneer het om een ​​specifieke toepassing gaat, is het noodzakelijk om op te merken dat sommige mechanische eigenschappen zoals treksterkte, ductiliteit en hardheid vereist zijn voor toepassingen. Andere dergelijke overwegingen omvatten, wat is de verwachte belasting op onderdelen, de thermische en chemische omgeving en de gewenste levensduur.

Vereisten voor oppervlakteafwerking

Om een ​​goede keuze te maken, moet de gewenste afwerking in overweging worden genomen. Kies een acceptabele standaard voor zowel binnen de categorie functionaliteit als binnen de esthetische categorie. Over het algemeen zorgen materialen met hoge bewerkbaarheidseigenschappen voor betere oppervlakken, wat helpt om extra afwerkingsprocessen te verminderen.

Materiaalkosten

Vervolgens kunnen de materiaalkosten aanzienlijk fluctueren. Hoogwaardig staal kan bijvoorbeeld duur zijn, maar wel wenselijke kwaliteiten bieden. Om de kosteneffectiviteit van een bepaalde staallegering te bepalen, moet u de kosten beoordelen en de kostenbesparingen van de verminderde machine-uitvaltijd en gereedschapsslijtage.

Betrouwbaarheid van de toeleveringsketen

De betrouwbaarheid van een supply chain verwijst naar hoe snel en betrouwbaar de levering van materiaal is; kan uw leverancier de verwachte hoeveelheid en tijd halen? Betrouwbare systemen hebben doorgaans de minste vertragingen, voorraadtekorten en kwaliteitsuitdagingen. Vervolgens reageren ze ook sneller op onverwachte incidenten.

Materiële consistentie

De kwaliteit van de grondstoffen die in de productieprocessen worden gebruikt, moet consistent zijn. Consistentie verbetert de kwaliteit van het uiteindelijke bewerkingsproduct en vermindert defecten. Voordat u de keuze maakt, moet u dus ook controleren welk staal consistente kwaliteit biedt.

Conclusie: de juiste keuze maken 

Als we alleen kijken naar het gemak van bewerken, is zacht staal 1020 de beste beste staal voor bewerking. De keuze is echter sterk afhankelijk van de vereisten van de toepassing. Staal 1020 kan gemakkelijk te bewerken zijn, maar het kan sterkte, hardheid, duurzaamheid en andere vereiste eigenschappen missen. 

Bij ProleanTech kunnen we u helpen de beste staalsoort voor uw project te vinden en deze om te zetten in de gewenste vorm. Onze CNC-bewerkingsdiensten omvatten frezen, draaien, boren, tappen en nog veel meer.

Of u nu stalen bewerkingsonderdelen nodig hebt voor prototyping of grootschalige productie, onze materiaalspecialisten en industriële ingenieurs kunnen voldoen aan uw kwaliteits- en precisieverwachtingen. Stuur ons dus uw tekening voor op maat bewerken van staal onderdelen vandaag! 

Veelgestelde vragen

Welke staalsoorten worden het meest gebruikt? 

Staalsoorten zoals 1018,1020, 1035, 12 en 14LXNUMX zijn veelgebruikte staallegeringen bij bewerkingsprojecten.

Welk roestvrij staal is het makkelijkst te bewerken?

Roestvrij staal 302 en 304 zijn gemakkelijk te bewerken vergeleken met roestvrij staal. Het relatief hogere zwavelgehalte verbetert het breken van spaanders en vermindert de wrijving.

Is staal moeilijker te bewerken dan aluminium? 

Ja, staal is doorgaans moeilijker te bewerken dan aluminium vanwege de hogere sterkte, dichtheid en taaiheid. Aan de andere kant is aluminium zachter, lichter en thermisch geleidender, wat sneller bewerken met minimale gereedschap slijtage.