5 der besten zerspanbaren Edelstähle, um Ihr Produkt auf die nächste Stufe zu bringen

Edelstähle gehören zu den beliebtesten Materialoptionen für die Metallherstellung und werden in Anwendungen eingesetzt, die von Kochgeschirr über Automobilkomponenten bis hin zu chemischen Verarbeitungsgeräten reichen. Viele Edelstahlartikel werden mittels CNC-Bearbeitung hergestellt, einer vielseitigen Fertigungsmethode, die die Präzision von computergesteuerten Fräsern, Bohrern, Drehmaschinen und anderen Schneidwerkzeugen nutzt, um effizient und kostengünstig präzise, ​​wiederholbare Teile herzustellen.

Tatsächlich bezieht sich der Begriff „Edelstahl“ jedoch auf mehr als nur ein einzelnes Material. Edelstahl ist eine Kategorie von Metallen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Auswahl des richtigen Edelstahls für eine bestimmte Anwendung kann die Leistung des Teils erheblich verbessern oder beeinträchtigen. Folgendes müssen Produktteams wissen.

Was sind Edelstähle?

Edelstahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen, Kohlenstoff und Chrom besteht, obwohl viele Sorten einen etwas höheren Anteil an Kohlenstoff für eine größere Festigkeit und Härte enthalten. Auch der Einbau anderer Metalle – etwa Nickel zur Stabilisierung der kristallinen Mikrostruktur des Eisens oder Molybdän oder Titan zur Erhöhung der Hitze- und Korrosionsbeständigkeit der Legierung – ist gängige Praxis. Rostfreie Stähle können je nach Wärmebehandlung relativ formbar und duktil sein.

Die Korrosions- und Rostbeständigkeit von Edelstählen ergibt sich aus dem Verhalten der Legierungen, wenn sie Sauerstoff ausgesetzt werden. Sobald das blanke Metall der Luft ausgesetzt wird, bildet das Chrom in der Legierung eine dünne Oxidschicht. Diese Oxidschicht verhindert eine weitere Oxidation des Metalls und verhindert Korrosion und Rost, die sonst durch Feuchtigkeit und Sauerstoff verursacht werden. Aufgrund dieser Korrosions- und Rostbeständigkeit eignen sich viele Edelstähle gut für Teile, die über längere Zeit den Elementen ausgesetzt sind.

Es gibt fünf Hauptkategorien von Edelstählen:

• Austenitisch
• Ferritisch
• Martensitisch
• Duplex
• Ausscheidung gehärtet

Obwohl rostfreie Stähle im Allgemeinen schwer zu bearbeiten sind, kann die Zerspanbarkeit jeder dieser Kategorien verbessert werden, indem eine Reihe von Best Practices befolgt werden, darunter:Verwendung scharfer Werkzeuge mit der richtigen Schnittgeometrie und Auswahl der geeigneten Vorschübe und Schnitttiefen jede spezifische Legierung.

Darüber hinaus kann der Einschluss von Elementen wie Schwefel, Kupfer, Blei und anderen Legierungen die Bearbeitbarkeit des Materials verändern. Insbesondere Schwefel verringert die Duktilität von Spänen, wodurch diese leichter ausbrechen können.

1. Austenitische Edelstähle

Austenitische Edelstähle – benannt nach den austenitischen kristallinen Mikrostrukturen im Eisen – sind die häufigste Form von Edelstahl. Diese Stahlsorten bieten eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit, eine beeindruckende Formbarkeit nach der maschinellen Bearbeitung, eine gute Schweißbarkeit und haben im Vergleich zu anderen Legierungstypen typischerweise einen viel höheren Nickelgehalt. Austenitische Stähle werden mit Nummern im Bereich 300 bezeichnet.

Stähle der Güteklasse 304 – allgemein bekannt als standardmäßiger 18/8-Edelstahl – haben mindestens 18 % Chrom und 8 % Nickel und höchstens 0,07 % Kohlenstoff. Sie werden verwendet, um eine breite Palette von Haushalts- und Industriekomponenten herzustellen, darunter Kochgeschirr, Schrauben und Maschinen.

Stähle der Güteklasse 316 sind ziemlich ähnlich, enthalten jedoch mehr Nickel und Molybdän, die eine größere Beständigkeit gegen Säuren und Chloride bieten. Die Sorte 316 eignet sich daher gut für Teile, die in der Schifffahrt und in der chemischen Verarbeitung eingesetzt werden. Die zusätzlichen Metalle erhöhen jedoch die Materialkosten.

Sowohl 304- als auch 316-Stähle sind in kohlenstoffarmen Güten (304L und 316L) erhältlich, die ein verringertes Risiko der Chromkarbidausscheidung bieten (ein Phänomen, das die Korrosionsbeständigkeit entlang von Schweißnähten drastisch verringert). Diese werden für stark korrosive Umgebungen bevorzugt.

Austenitische rostfreie Stähle können am schwierigsten zu bearbeiten sein, zum großen Teil, weil sie gummiartig sind und schnell kaltverfestigen. Kühl- und Schmiermittel sind während der Bearbeitung besonders wichtig, um eine Wärmekonzentration zu vermeiden.

2. Ferritische Edelstähle

Ferritische Edelstähle sind magnetische, kohlenstoffarme Legierungen mit hohem Chromgehalt und hoher Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (eine häufige Art der Stahlzersetzung) und Oxidation bei hohen Temperaturen.

Diese Güten werden häufig für Automobilkomponenten, Küchengeräte, petrochemische Geräte und andere Anwendungen verwendet, die mit potenziell korrosiven Materialien interagieren müssen. Ferritische Edelstähle weisen außerdem hervorragende Wärmeleitfähigkeitseigenschaften auf, was sie ideal für Anwendungen wie Kesselwärmetauscher und Öfen macht.

Während Ferrite nicht die gleiche Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit wie austenitische Edelstähle besitzen, sorgt ihr niedriger Kohlenstoffgehalt für eine überlegene Duktilität, wodurch diese Güten einer umfassenden Formgebung unterzogen werden können, ohne das Material zu schwächen. Sie sind auch durch Wärmebehandlung nicht härtbar. Aufgrund ihres Nickelmangels sind ferritische Edelstähle oft kostengünstiger als austenitische Sorten. Diese Klassen werden durch Nummern im Bereich von 400 bezeichnet.

Sorte 434 ist einer der am häufigsten verwendeten ferritischen Edelstähle. Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit der Legierung, was zu einem Material führt, das gute mechanische Eigenschaften sowie eine starke Hitze- und Oxidationsbeständigkeit bietet.

Die Sorte 444 hingegen enthält niedrige Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte und bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Chlorid-Spannungsrisskorrosion – wodurch sie ideal für Anwendungen wie Heißwassertanks und Brauerei- oder Weinbauausrüstungen ist.

Ferritische Stähle gehören zu den am einfachsten zu bearbeitenden rostfreien Stählen, obwohl Legierungen mit höheren Chromgehalten – wie z. B. die Sorte 446 – häufig Schwierigkeiten bei der Bearbeitung bereiten

3. Martensitische Edelstähle

Martensitische rostfreie Stähle ähneln strukturell ferritischen Stählen, enthalten jedoch höhere Kohlenstoffanteile (der Kohlenstoffgehalt von ferritischen Stählen liegt typischerweise unter 0,10 %, während martensitische Sorten bis zu 1 % oder mehr enthalten können). Dadurch entstehen Martensit-Mikrostrukturen im Material, die diesen Legierungen im Vergleich zu anderen rostfreien Stählen nach der Bearbeitung eine überlegene Festigkeit und Verschleißfestigkeit verleihen, aber auch die Sprödigkeit des Materials erhöhen können.

Außerdem ermöglicht ihr erhöhter Kohlenstoffgehalt, dass martensitische Stähle wärme- und alterungsbehandelt werden, um das Metall weiter zu härten und zu festigen. Es erhöht aber auch die Anfälligkeit der Materialien für Rost und Korrosion. Diese Familie ist daher ideal für Anwendungen, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit, aber nur eine durchschnittliche Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Turbinenkomponenten, High-End-Besteck und mechanische Ventile und Pumpen.

Martensitische Edelstähle werden ebenfalls mit der Nummer 400 bezeichnet und sind wie Ferrite relativ einfach zu bearbeiten, obwohl ein erhöhter Kohlenstoffgehalt die Bearbeitbarkeit verringert. Die Sorte 440C zeichnet sich dadurch aus, dass sie einige der größten Festigkeiten, Härten und Verschleißfestigkeiten bietet, die für Edelstahllegierungen möglich sind – erfordert jedoch zuerst eine Wärmebehandlung, um diese Eigenschaften vollständig zu erreichen. Im geglühten Zustand befinden sich 440C-Stähle in dem Zustand, der am einfachsten bearbeitet werden kann, obwohl robuste Werkzeuge empfohlen werden.

4. Duplex-Edelstähle

Duplex-Edelstähle sind extrem korrosionsbeständige Legierungen, die sowohl austenitische als auch ferritische Mikrostrukturen enthalten. Das Ergebnis ist ein ziemlich formbarer und schweißbarer Satz von Stählen mit einer Mischung aus Eigenschaften aus beiden Kategorien.

Duplexlegierungen können die doppelte Festigkeit von austenitischen oder ferritischen Edelstählen bieten und eine weitaus höhere Spannungskorrosionsbeständigkeit als herkömmliche austenitische Legierungen wie die Sorten 304 und 316 aufweisen, wenn auch weniger als ferritische Standardstähle. Diese Kombination aus hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit macht Duplexlegierungen jedoch ideal für Unterwasseranwendungen, bei denen Teile korrosivem Salzwasser über längere Zeit standhalten müssen.

Chlorid-Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit werden durch den Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalt einer bestimmten Legierung bestimmt, aber Duplexstähle enthalten weniger Nickel und Molybdän als austenitische Legierungen und sind daher im Allgemeinen weniger teuer. Darüber hinaus ermöglicht ihre hohe Festigkeit den Konstrukteuren, die Querschnittsdicke für einige Komponenten zu reduzieren, was weiter zu einer Reduzierung der Kosten und des Gesamtgewichts der Teile beiträgt.

Die vielleicht gebräuchlichste Form von Duplex-Edelstahl ist 2205 (benannt nach seiner Zusammensetzung aus 22 % Chrom und 5 % Nickel), der üblicherweise in chemischen Verarbeitungs- und Lagergeräten und Ladetanks verwendet wird. Duplexstähle sind aufgrund ihrer hohen geglühten Festigkeit tendenziell schwieriger zu bearbeiten.

5. Ausscheidungsgehärtete Edelstähle

Ausscheidungsgehärtete Edelstähle vereinen die Vorteile sowohl austenitischer als auch martensitischer Legierungen, wodurch sie in der Lage sind, durch Wärmebehandlungen eine hohe Festigkeit und mechanische Eigenschaften zu erreichen und gleichzeitig eine gute Korrosionsbeständigkeit beizubehalten.

Diese ausscheidungsgehärteten Edelstähle bieten nicht nur eine gute Oxidation, sondern weisen unter den meisten Bedingungen eine vergleichbare Leistung wie die austenitische Sorte 304 auf. Die gebräuchlichste Form von ausscheidungsgehärtetem Edelstahl ist 17-4 PH oder Güteklasse 630, die ihren Namen von ihrer Zusammensetzung aus 17 % Chrom und 4 % Nickel erhält.

Während die Bearbeitbarkeit von ausscheidungsgehärtetem Edelstahl je nach Legierung variiert, besteht ein wesentlicher Vorteil dieser Metalle darin, dass sie im lösungsbehandelten Zustand leicht bearbeitet werden können – worauf ein Aushärtungsprozess folgen kann, um die Eigenschaften des Stahls zu verbessern Stärke.

Finden Sie für jedes Projekt die ideale Edelstahllegierung

Edelstähle gibt es in verschiedenen Formen. Wenn Produktteams nach Superfestigkeit mit durchschnittlicher Korrosionsbeständigkeit suchen, dann wären martensitische Legierungen eine gute Wahl. Ebenso können Teams, die einen Stahl mit hoher Festigkeit, hoher Lochfraß- und Korrosionsbeständigkeit benötigen, eine Duplexlegierung ideal finden.

Die Bestimmung des geeigneten Materials für eine bestimmte Komponente ist ein entscheidender Teil des Produktdesigns und der Produktionsprozesse, und es obliegt den Produktteams, die Materialoptionen gründlich zu prüfen. Die Suche nach dem richtigen Material für die einzigartigen Anforderungen eines Projekts kann jedoch mit Hilfe eines erfahrenen Fertigungspartners wie Fast Radius vereinfacht werden.

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