In der Metallzerspanung gibt es unterschiedliche Werkstückmaterialien. Unterschiedliche Materialien weisen unterschiedliche Schnittbildungs- und Abtragseigenschaften auf. Wie beherrschen wir die Eigenschaften unterschiedlicher Materialien? Metallwerkstoffe nach ISO-Standard sind in 6 verschiedene Typengruppen unterteilt. Jeder Typ weist einzigartige Eigenschaften hinsichtlich der Bearbeitbarkeit auf, die in diesem Artikel separat zusammengefasst werden.
Metallmaterialien werden in 6 Kategorien unterteilt:
(1) P-Stahl
(2) M-Edelstahl
(3) K-Gusseisen
(4) N-Nichteisenmetalle
(5) S-hitzebeständige Legierung
(6) H-gehärteter Stahl
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↑ ↑Schnitteigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe ↑ ↑
01-P-Stahl
Was ist Stahl?
- Stahl ist die größte Werkstoffgruppe in der Metallzerspanung.
- Stahl kann ungehärteter Stahl oder vergüteter Stahl sein (Härte bis 400HB).
- Stahl ist eine Legierung mit dem Element Eisen (Fe) als Hauptbestandteil. Es wird durch einen Schmelzprozess hergestellt.
- Der Kohlenstoffgehalt von unlegiertem Stahl beträgt weniger als 0,8 %, nur Fe und keine anderen Legierungselemente.
- Der Kohlenstoffgehalt von legiertem Stahl beträgt weniger als 1,7 % und es werden Legierungselemente wie Ni, Cr, Mo, V, W usw. hinzugefügt.
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Anwendungsgebiete: Im Bereich der Metallzerspanung ist die Gruppe P die größte Werkstoffgruppe, da sie mehrere unterschiedliche Industriebereiche abdeckt.
Bei den Materialien handelt es sich typischerweise um langspanende Materialien, die kontinuierliche, relativ gleichmäßige Späne bilden. Das konkrete Spanmuster hängt in der Regel vom Kohlenstoffgehalt ab.
– Geringer Kohlenstoffgehalt=zähes, klebriges Material.
– Sprödes Material mit hohem Kohlenstoffgehalt =.
Verarbeitungseigenschaften:
- Langspanende Materialien.
- Die Spankontrolle ist relativ einfach und reibungslos.
- Baustahl ist klebrig und erfordert eine scharfe Schneidkante.
- Einheitliche Schnittkraft kc: 1500~3100 N/mm²
- Die für die Bearbeitung von ISO P-Materialien erforderlichen Schnittkräfte und Leistungen liegen in einem begrenzten Bereich.
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02-M Edelstahl
Was ist Edelstahl?
- Edelstahl ist ein Legierungsmaterial mit mindestens 11 % bis 12 % Chrom.
- Der Kohlenstoffgehalt ist normalerweise sehr niedrig (maximal 0,01 %).
- Die Hauptlegierungen sind Ni (Nickel), Mo (Molybdän) und Ti (Titan).
- Bildet eine dichte Cr2O3-Schicht auf der Stahloberfläche und macht sie dadurch korrosionsbeständig.
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Anwendungsgebiete: In der Gruppe M gehören die meisten Anwendungen zu den Bereichen Öl und Gas, Rohrverbindungen, Flansche, Prozessindustrie und Pharmaindustrie.
Spanform: Das Material bildet unregelmäßige, flockige Späne, die höhere Schnittkräfte als gewöhnlicher Stahl ermöglichen. Es gibt viele verschiedene Arten von Edelstahl. Die Spanbruchleistung (von leicht bis nahezu unmöglich) variiert je nach Legierungseigenschaften und Wärmebehandlung.
Verarbeitungseigenschaften:
- Langspanende Materialien.
- Die Spankontrolle ist bei Ferrit relativ glatt und bei Austenit und Duplex schwieriger.
- Einheitliche Schnittkraft: 1800~2850 N/mm²
- Hohe Schnittkräfte, Aufbauschneide, Hitze- und Kaltverfestigung während der Bearbeitung.
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03-K Gusseisen
Was ist Gusseisen?
- Es gibt 3 Haupttypen von Gusseisen: Grauguss (GCI), Sphäroguss (NCI) und Gusseisen mit verdichtetem Graphit (CGI).
- Gusseisen besteht hauptsächlich aus Fe-C und hat einen relativ hohen Siliziumgehalt (1 % bis 3 %).
- Der Kohlenstoffgehalt übersteigt 2 %, was der maximalen Löslichkeit von C in der Austenitphase entspricht.
- Cr (Chrom), Mo (Molybdän) und V (Vanadium) werden hinzugefügt, um Karbide zu bilden, die die Festigkeit und Härte erhöhen, aber die Bearbeitbarkeit verringern.
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Anwendungsgebiete: Gruppe K wird hauptsächlich in der Automobilteile-, Maschinen- und Eisenindustrie eingesetzt.
Chipform: Die Chipform der Materialien variiert, von fast pulverförmigen Chips bis hin zu langen Chips. Der Energiebedarf zur Bearbeitung dieser Materialgruppe ist in der Regel gering.
*Hinweis: Es gibt einen großen Unterschied zwischen Grauguss (normalerweise sind die Späne fast pulverförmig) und Sphäroguss, wobei der Spanbruch bei letzterem oft dem von Stahl ähnelt.
Verarbeitungseigenschaften:
- Kurzspanende Materialien.
- Gute Spankontrolle unter allen Betriebsbedingungen.
- Einheitliche Schnittkraft: 790~1350 N/mm²
- Bei der Bearbeitung mit höheren Geschwindigkeiten entsteht abrasiver Verschleiß.
- Mittlere Schnittkraft.
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04-N Nichteisenmetalle
Was sind Nichteisenmetallwerkstoffe?
- Zu dieser Kategorie gehören Nichteisenmetalle und Weichmetalle mit einer Härte unter 130 HB.
- Den größten Anteil bilden Nichteisenmetalllegierungen (Al), die fast 22 % Silizium (Si) enthalten.
- Kupfer, Bronze, Messing.
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Anwendungsgebiete: Der Flugzeugbau und die Hersteller von Aluminiumlegierungsrädern nehmen in der Gruppe N eine wichtige Stellung ein.
Obwohl die erforderliche Leistung pro Kubikzoll gering ist, ist es zur Erzielung hoher Zerspanungsraten dennoch erforderlich, die maximal erforderliche Leistung zu berechnen.
Verarbeitungseigenschaften:
- Langspanende Materialien.
- Bei Legierungen ist die Spankontrolle relativ einfach.
- Nichteisenmetalle (Al) sind klebrig und erfordern den Einsatz scharfer Schneidkanten.
- Einheitliche Schnittkraft: 350~700 N/mm²
- Die für die Bearbeitung von ISO N-Materialien erforderlichen Schnittkräfte und -leistungen liegen in einem begrenzten Bereich.
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05-S hitzebeständige Legierung
Was ist eine hitzebeständige Legierung?
- Zu den hitzebeständigen Legierungen (HRSA) zählen viele hochlegierte Werkstoffe auf Eisen-, Nickel-, Kobalt- oder Titanbasis.
Gruppe: Eisenbasis, Nickelbasis, Kobaltbasis
Arbeitsbedingungen: Glühen, Lösungsglühen, Alterungsbehandlung, Walzen, Schmieden, Gießen.
Eigenschaften: Höherer Legierungsgehalt (Kobalt als Nickel) sorgt für bessere Hitzebeständigkeit, höhere Zugfestigkeit und höhere Korrosionsbeständigkeit.
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Anwendungsgebiete: Schwer verarbeitbare Werkstoffe der Gruppe S werden vor allem in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Gasturbinen- und Generatorenindustrie eingesetzt.
Der Bereich ist groß, doch meist sind hohe Schnittkräfte vorhanden.
Verarbeitungseigenschaften:
- Langspanende Materialien.
- Schwierigkeiten bei der Spankontrolle (gezackte Späne).
- Für Keramik ist ein negativer Spanwinkel und für Hartmetall ein positiver Spanwinkel erforderlich.
- Einheit Schnittkraft:
Für hitzebeständige Legierungen: 2400~3100 N/mm²
Für Titanlegierungen: 1300–1400 N/mm²
- Erfordert hohe Schnittkräfte und Leistung.
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06-H gehärteter Stahl
Was ist gehärteter Stahl?
- Aus zerspanungstechnischer Sicht sind gehärtete Stähle die kleinste Gruppe.
- This group includes quenched and tempered steels with hardness >45~65 HRC.
- Im Allgemeinen liegt der Härtebereich der zu drehenden Hartteile zwischen 55 und 68 HRC.
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Anwendungsgebiete: Gehärtete Stähle der Gruppe H werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Automobilindustrie und deren Zulieferern sowie im Maschinen- und Formenbau.
Chipform: meist durchgehende, glühende Chips. Diese hohe Temperatur trägt zur Reduzierung der kc1-Werte bei, was für die Lösung von Anwendungsherausforderungen wichtig ist.
Verarbeitungseigenschaften:
- Langspanende Materialien.
- Relativ gute Spankontrolle.
- Erfordert einen negativen Spanwinkel.
- Einheitliche Schnittkraft: 2550~4870 N/mm²
- Erfordert hohe Schnittkräfte und Leistung.
