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In Branchen, die hochleistungsfähige, langlebige Teile erfordern, wie z. B. die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Robotikindustrie, sind Stahl und Aluminium für viele Anwendungen die Materialien der Wahl. Stahl und Aluminium haben jedoch sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften und Preispunkte, daher ist es sehr wichtig zu bestimmen, welches für ein bestimmtes Teil besser geeignet ist.

Einer dieser entscheidenden Faktoren ist in der Regel die Fertigungsmethode, die in diesen Branchen häufig die CNC-Bearbeitung ist. Bei der Bearbeitung eines Metallteils gibt es mehrere Hauptgründe, warum Stahl eine geeignetere Materialwahl als Aluminium sein kann. Während Aluminium unglaublich leicht ist, ist Stahl viel stärker. Außerdem ist Aluminium tendenziell viel teurer.

Die Wahl hängt jedoch nicht nur von Aluminium oder Stahl ab. Stahl ist eigentlich eine Familie von Materialien, und es ist wichtig, verschiedene Stähle – und ihre jeweiligen Vorteile und Einschränkungen – während des Materialauswahlprozesses sorgfältig zu bewerten. Hier sind vier der am häufigsten bearbeiteten Stahlsorten und was Produktteams über die einzelnen Sorten wissen sollten.

1. 4140 Stahl

4140-Stahl wird aufgrund seiner hohen Ermüdungsfestigkeit, Gesamtzähigkeit und Abrieb- und Stoßfestigkeit in zahlreichen Branchen eingesetzt. Die chemische Zusammensetzung von 4140 macht es besonders stark, zäh, dehnbar und härtbar. Außerdem tragen Chrom und Molybdän zur Korrosionsbeständigkeit bei, und der Mangan- und Kohlenstoffgehalt erhöht die Härtbarkeit weiter, während die Desoxidation gefördert wird. Es gilt als sehr vielseitig und leicht zu bearbeiten und kann für viele Allzweck-Stahlteile verwendet werden.

4140-Stahl ist viel zäher als einfache Kohlenstoffstähle und erfordert daher mehr Kraft für ein effektives Umformen. Außerdem ist bei der Bearbeitung von 4140-Stahl das Glühen wichtiger als bei einfachen Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. 4140 ist zwar oft abschreckgehärtet, lässt sich aber nicht leicht schweißen und erfordert vor und nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung, um Risse zu vermeiden, und es muss darauf geachtet werden, ein kompatibles Füllmaterial zu verwenden.

4140 erfordert etwas höhere Materialkosten als unlegierter, reiner Kohlenstoffstahl sowie wesentlich höhere Bearbeitungskosten. Da es jedoch so stark und langlebig ist, gilt es als äußerst kostengünstig.

Mechanische Spezifikationen:

• Wärmebehandlung:Ölabgeschreckt, 540°C Härtegrad, 25 mm rund
• Endgültige Zugfestigkeit:1140 MPa
• Bruchdehnung:18 %
• Elastizitätsmodul:205 GPa
• Härte:35 HRC

2. 1018 Stahl

1018-Stahl ist ein Allzweck-Kohlenstoffstahl, der aus Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor und Schwefel besteht. 1018-Stahl hat eine hervorragende Schweißbarkeit, ist aber nicht so hart wie einige andere Stähle.

Der Hauptvorteil von 1018-Stahl ist seine Verarbeitbarkeit. Es ist sehr einfach zu formen, zu schmieden, zu schweißen und heiß zu bearbeiten, was es günstig für Teile macht, die starke Biegungen oder andere feine Merkmale erfordern. Daher wird 1018-Stahl häufig für Anwendungen wie Wellen, Spindeln, Stifte oder Stangen verwendet. Es gilt auch als gute Wahl für aufgekohlte Teile.

Obwohl 1018-Stahl geschweißt werden kann, wird das Schweißen nicht empfohlen, wenn der Stahl carbonitriert und aufgekohlt wurde. Dies ist eine Einschränkung, derer sich Fertigungsteams bewusst sein sollten, wenn sie mit 1018-Stahl arbeiten. Aufgrund der relativ weichen Textur des Materials kann es auch schwierig sein, es fertigzustellen.

Die Bearbeitbarkeit, Festigkeit und Präzision von 1018-Stahl ist mit einem hohen Preis verbunden. Es ist teurer als einige vergleichbare Stähle, aber viel besser für die CNC-Bearbeitung geeignet als diese ähnlichen Stähle.

Mechanische Spezifikationen:

• Kaltgezogen
• Endgültige Zugfestigkeit:440 MPa
• Bruchdehnung:15 %
• Elastizitätsmodul:200 GPa
• Härte:71 HRB

3. 1045er Stahl

1045-Stahl besteht aus Eisen, Kohlenstoff, Silikon, Mangan und Schwefel oder Phosphor. Es ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der auf Festigkeit und Härte ausgelegt ist. Seine Maßhaltigkeit, Geradheit und Konzentrizität machen ihn besonders gut geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Es wird häufig zur Herstellung von Bolzen, Stehbolzen, Zahnrädern, Achsen und Wellen verwendet.

1045 wird oft wegen seiner relativen Festigkeit und Schlagfestigkeit ausgewählt. 1045 Stahl misst 54 beim Izod-Schlagtest. Es ist auch gut bearbeitbar und lässt sich leichter schweißen als Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt oder hochlegierten Stählen, ob im kaltgezogenen oder normalisierten Zustand.

Da 1045 jedoch ein Stahl mittlerer Zugfestigkeit und mittlerer Härtbarkeit ist, eignet er sich nicht für Anwendungen, die ein sehr hochfestes Material erfordern. Für Anwendungen, die mehr Festigkeit und Verschleißfestigkeit als Weichstähle, aber weniger Festigkeit als die härtesten Stähle erfordern, kann 1045 eine gute Option sein.

1045-Stahl kann sowohl im gewalzten als auch im normalisierten Zustand flamm- oder induktionsgehärtet werden. Es reagiert jedoch nicht günstig auf das Nitrieren, da ihm die erforderlichen Legierungselemente fehlen.

1045-Stahl ist teurer und bietet eine höhere Festigkeit als 1018-Stahl, weist jedoch im Wesentlichen die gleiche Schweiß- und Bearbeitbarkeit auf, was zu den höheren Kosten beiträgt.

Mechanische Daten: 

• Kaltgezogen
• Endgültige Zugfestigkeit:625 MPa
• Bruchdehnung:12 %
• Elastizitätsmodul:206 GPa
• Härte:88 HRB

4. 4130 Stahl

4130-Stahl gilt als kohlenstoffarmer Stahl und besteht aus Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Mangan, Molybdän, Phosphor, Silizium und Schwefel. 4130 ist ein außergewöhnlich zäher Stahl, der relativ einfach zu wärmebehandeln und sehr gut bearbeitbar ist.

4130-Stahl bietet einen höheren Elastizitätsmodul als die meisten anderen Stähle mit ähnlicher Endfestigkeit, wodurch er hohen Belastungen standhalten kann. Diese Qualität macht 4130-Stahl besonders günstig als Baustahl, der für verschiedene Bauanwendungen verwendet wird. Aus all diesen Gründen wird 4130 häufig bei der Herstellung von Fertigungsanlagen, Steinbrechmaschinen und Widerstandsschweißprodukten verwendet. 4130-Stahl eignet sich gut für eine Vielzahl von Wärmebehandlungsprozessen.

Obwohl 4130-Stahl sehr gut wärmebehandelbar ist, kann es schwierig sein, ihn zu schweißen. Seine hohe Härtbarkeit erschwert die Auswahl eines kompatiblen Füllmetalls mit vergleichbarer Festigkeit. Ein Verständnis der Eigenschaften von 4130 und der Eigenschaften aller Füllmetalle ist notwendig, um diesen Stahl erfolgreich zu schweißen.

4130-Stahl ist ein relativ kostengünstiger Stahl, sowohl in Bezug auf die Rohmaterialkosten als auch auf die Schnittkosten. Es ist in vielerlei Hinsicht in seinen physikalischen Eigenschaften mit Edelstahl in Flugzeugqualität vergleichbar, aber zu einem viel niedrigeren Preis erhältlich, was es zu einer wünschenswerten Option für viele Produktteams macht.

Mechanische Spezifikationen:

• Wasserabgeschreckt 855°C, 450°C Härtegrad, 25mm rund
• Endgültige Zugfestigkeit:993 MPa
• Bruchdehnung:18,5 %
• Elastizitätsmodul:205 GPa
• Härte:31 HRC

Mit Hilfe eines Fertigungspartners das Beste aus jedem Stahl herausholen

Die CNC-Bearbeitung ist ein äußerst vielseitiger Herstellungsprozess, der die schnelle Herstellung starker und funktioneller Teile aus unzähligen Materialien, einschließlich Stählen, ermöglicht. Die Bestimmung des besten Stahls – oder eines anderen Metalls oder Kunststoffs – für ein bestimmtes Projekt kann jedoch eine Herausforderung und zeitaufwändig sein, insbesondere angesichts so vieler Optionen.

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Weitere Informationen zur CNC-Bearbeitung und Expertentipps zur Materialauswahl finden Sie in unseren verwandten Artikeln im Lernzentrum von Fast Radius.