Top 10! Die gängigsten Automatenstähle: Bearbeitung & Alternativlösungen

Die spanende Bearbeitung ist eine wesentliche Technik in der Präzisionsfertigung verschiedener Industrie- und Hightech-Komponenten. Die Wahl der richtigen Legierungen ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften. In diesem Blogbeitrag stellen wir die zehn am besten zu bearbeitenden Stahlsorten für die CNC-Bearbeitung vor.

Was ist Automatenstahl?

Die Stahlbearbeitung umfasst das Schneiden, Drehen, Bohren, Fräsen und andere Bearbeitungsverfahren an einem Stahlwerkstück. Theoretisch ist nahezu jede Stahlsorte bearbeitbar. Entscheidend sind jedoch die relative Leichtigkeit und Effizienz der Bearbeitung. Dabei werden Faktoren wie Härte, Einschlüsse, Ausbruchverhalten und Wärmeleitfähigkeit berücksichtigt.

Warum ist die Wahl des richtigen Stahls wichtig?

Die Wahl der richtigen Stahlsorte führt zu den richtigen Ergebnissen. Sie schafft ein optimales Gleichgewicht zwischen Kostenfaktoren wie Werkzeugstandzeit, Arbeitsstunden, Materialpreis usw. und Qualitätsmerkmalen wie Oberflächengüte, geringer Verformung, engen Toleranzen und Härtbarkeit usw.

Wie Stahlsorten die Bearbeitungseffizienz beeinflussen

Die richtige Stahlsorte verbessert die Bearbeitungseffizienz durch Kontrolle der Spanbildung, reduziert den Werkzeugwechsel und minimiert den Bedarf an zusätzlichen Schritten zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit.

Die 10 gängigsten Stahlsorten für die Bearbeitung

Stahl ist aufgrund seiner Vielseitigkeit, guten Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und der Möglichkeit, seine mechanischen Eigenschaften gezielt einzustellen, das gängigste Material für die spanende Bearbeitung. Verschiedene Stahlsorten eignen sich für unterschiedliche Anwendungen. Hier stellen wir die zehn am besten für die CNC-Bearbeitung geeigneten Stahlsorten vor.

1. 1018 Stahl (weicher Kohlenstoffstahl)

SAE 1018 gilt als einer der am häufigsten verwendeten Zerspanungsstähle. Mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.18 % liegt er im optimalen Zerspanungsbereich. Er weist eine moderate Härte auf. Unter 0.15 % Kohlenstoffgehalt wird Stahl zu weich für die Werkzeugspitze. Über 0.30 % Kohlenstoffgehalt wird die Oberflächengüte aufgrund der übermäßigen Härte beeinträchtigt. SAE 1018 erfordert keine speziellen Schweißverfahren. Er bietet eine vergleichsweise bessere Oberflächengüte. Er wird hauptsächlich für allgemeine Anwendungen eingesetzt.

Wichtige Eigenschaften von 1018-Stahl

1. Niedriger Kohlenstoffgehalt von ca. 0.18 %
2. Hervorragende Schweißbarkeit und Formbarkeit
3. Gleichmäßige Kornstruktur
4. Mittlere Härte von etwa BHN 120

1018 Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

1018er Stahl hat eine Zerspanbarkeit von etwa 78 %. Er lässt sich relativ leicht bearbeiten und erzeugt daher von Natur aus eine gute Oberflächengüte. Um die Oberflächengüte weiter zu verbessern, verwenden Sie Kühlschmiermittel mit leichter Ölemulsion und moderaten Drehzahlen von etwa 150 SFM. Die Werkzeugspitzen sollten scharf sein.

2. 12L14-Stahl (Automatenstahl)

Automatenstahl 12L14 gilt als bester Stahl für die CNC-Bearbeitung. Dank seines Bleigehalts von ca. 0.25 % enthält er Bleidispersionen und MnS-Einschlüsse, die die Zerspanungseigenschaften verbessern. Blei sorgt zudem für die Schmierung der Werkzeugspitze. Dadurch entsteht weniger Wärme, geringerer Verschleiß und die Werkzeugstandzeit erhöht sich. Somit senkt 12L14-Stahl die Gesamtbetriebskosten.

Schlüsseleigenschaften von 12L14

1. Hervorragende Zerspanbarkeit von ca. 190 %
2. 25 % Bleigehalt
3. Niedriger Kohlenstoffgehalt von ca. 0.15 %
4. Zugfestigkeit: 540 MPa
5. Streckgrenze: 410 MPa
6. Härte: 160 -180 BHN
7. Schlechte Schweißbarkeit, aber gute Formbarkeit

12L14-Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

12L14-Stahl mit einer Zerspanbarkeit von 190 % ist sehr leicht zu bearbeiten. Er ist selbstschmierend. Die Zugabe einer leichten Emulsion und einer scharfen Werkzeugspitze verbessert die Oberflächengüte jedoch zusätzlich.

3. 1045 Stahl (Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt)

1045er Stahl ist ein mittelkohlenstoffhaltiger, hochfester Stahl. Er weist gute Härtbarkeitseigenschaften auf. Die Bearbeitung ist jedoch im Vergleich zu kohlenstoffarmem Stahl schwieriger. Aufgrund seiner guten Oberflächenhärte wird er jedoch anderen Stahlsorten vorgezogen.

Wichtige Eigenschaften von 1045-Stahl

1. Mittlerer Kohlenstoffgehalt von ca. 0.45 %
2. Zugfestigkeit: 570- 700 MPa
3. Streckgrenze: 480–490 MPa
4. Härte: 170–210 BHN
5. Wärmebehandelbarkeit
6. Gute Bearbeitbarkeit
7. Gute Schweißbarkeit

1045 Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

Großzügiger Kühlmitteleinsatz und eine scharfe Werkzeugspitze verbessern die Bearbeitungsfreundlichkeit. Die SFM sollte moderat sein. Ein keramikbeschichtetes Werkzeug verbessert die Bearbeitbarkeit zusätzlich. Wärmebehandlung kann die Oberflächenhärte bei hochfesten Bauteilen verbessern.

4. 4140 Stahl (Chrom-Molybdän-Legierungsstahl)

4140er Stahl weist bessere Härtbarkeitseigenschaften auf. Es ist allgemein bekannt, dass Chrom die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Das stimmt zwar, aber tatsächlich tritt dies nur bei einem Chromanteil von mindestens 11 % im Stahl ein. Der Chromgehalt in 4140er Stahl trägt eher zur Verbesserung der Härtbarkeit als zur Korrosionsbeständigkeit bei. 4140er Stahl ist ermüdungs- und verschleißfest, was ihn besser für tragende Bauteile und stoßbedingte Situationen geeignet macht.

Wichtige Eigenschaften von 4140-Stahl

1. Niedrig legiert mit Chrom (0.80–10 %), Molybdän (0.15–0.25 %) und Mangan (0.75–1.0 %)
2. Zugfestigkeit: 655–1080 MPa
3. Streckgrenze: 415–850 MPa
4. Gute Härtbarkeit
5. Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit
6. Gute Schweißbarkeit bei entsprechender Vor- und Nachbehandlung.

4140 Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

4140er Stahl neigt zur Kaltverfestigung, daher sollte eine starre Stufe mit einem niedrigen SFM-Wert von 60–80 verwendet werden. Hartmetallwerkzeuge tragen zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit bei. Der richtige Einsatz von Kühlmittel ist notwendig, um Hitzestaus zu vermeiden.

5. 4340 Stahl (hochfester legierter Stahl)

4340-Stahl ähnelt der Stahlsorte 4140, weist jedoch einen Nickelgehalt von ca. 2 % auf, der dem Stahl Zähigkeit und Dauerfestigkeit verleiht. Er verfügt über eine hervorragende Härtbarkeit, sodass er auch in großen Abschnitten bis in den Kern gehärtet werden kann.

Wichtige Eigenschaften von 4340 Stahl

1. Ausgezeichnete Zähigkeit
2. Zugfestigkeit: Bis zu 1080 -1860 MPa, abhängig von der Wärmebehandlung
3. Streckgrenze: 745 -1600 MPa
4. Ausgezeichnete Härtbarkeit
5. Hohe Ermüdungsbeständigkeit
6. Hohe Schlagfestigkeit
7. Gute Verschleißfestigkeit

4340 Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

Da 4340-Stahl eine hohe Härte aufweist, ist eine Glühbehandlung vor der Bearbeitung hilfreich. Verwenden Sie scharfe Hartmetallwerkzeuge mit reichlich Kühlmittelzufuhr. Eine moderate Schnittgeschwindigkeit im Bereich von 100–160 m/min gilt als optimal.

6. A36-Stahl (Baustahl)

A36 ist ein universell einsetzbarer Baustahl, der in einigen Aspekten dem SAE 1018 ähnelt. Er wird aufgrund seiner Erschwinglichkeit, der guten Schweißbarkeit und der Verfügbarkeit in verschiedenen Formen häufig in der spanenden Bearbeitung eingesetzt.

Eigenschaften von A36 und Bearbeitbarkeit

1. Kohlenstoffgehalt: ≤ 26 %
2. Streckgrenze: ≥ 250 MPa
3. Zugfestigkeit: 400-550 MPa
4. Dehnung: ca. 20%
5. Schweißbarkeit: Kompatibel mit allen gängigen Schweißverfahren
6. Bearbeitbarkeitsbewertung: 72 %
7. Formbarkeit: Gut

A36-Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

Stahl der Güte 36 weist eine gute Zerspanbarkeit auf. Er erfordert in der Regel keine besonderen Bearbeitungsverfahren. Er weist häufig Zunder auf, der durch seine hohe Härte zu schnellem Werkzeugverschleiß führen kann. Daher werden vorzugsweise gebeizte und geölte Werkstücke verwendet.

7. S235JR-Stahl (Baustahl)

S235 JR-Stahl und A36-Stahl sind nahezu gleichwertige Werkstoffgüten für die Bearbeitung. Es handelt sich dabei um häufig anzutreffende Baustahlgüten, die der europäischen Norm EN 10025-2 unterliegen.

Wichtige Eigenschaften von S235JR-Stahl

1. Streckgrenze: ≥ 235 MPa
2. Zugfestigkeit: 360 -510 MPa
3. Kohlenstoffgehalt: 0.17–20 %
4. Schweißbarkeit: Ausgezeichnet
5. Bearbeitbarkeitsbewertung: 60 -70 %
6. Formbarkeit: Gut

CNC-Bearbeitungslösung für S235JR-Stahl

Vorbehandlungen wie Strahlen oder Beizen können helfen, die Walzzunderschicht zu entfernen. Spezielle Behandlungen sind in der Regel nicht erforderlich. S235JR-Stahl neigt zur Bildung langer Späne. Verwenden Sie Spanbrecher für eine bessere Spankontrolle. Üblicherweise werden Teile wie Strukturhalterungen, Flansche, Maschinenrahmen und Stützstrukturen aus S235JR-Stahl gefertigt.

8. S355J2-Stahl (hochfester Baustahl)

S355J2 ist eine weitere unlegierte Stahlsorte nach der europäischen Norm EN10025-2. Sie zeichnet sich durch hohe Festigkeit und gute Schlagzähigkeit aus. Sie wird in hochfesten Strukturanwendungen eingesetzt.

Wesentliche Eigenschaften für die CNC-Bearbeitung

1. Streckgrenze: ≥ 355 MPa
2. Zugfestigkeit: 470 -630 MPa
3. Kohlenstoffgehalt: 0.20–0.24 %
4. Zähigkeit: Ausgezeichnet
5. Bearbeitbarkeitsbewertung: 55–60 %
6. Schweißbarkeit: Gut.

CNC-Bearbeitungslösung für Stahl S355J2

Die Bearbeitung von S355J2 ist etwas schwieriger als die von S235JR. Der Einsatz von Hartmetallwerkzeugen, moderaten Vorschüben und Kühlmittelzufuhr kann die Bearbeitbarkeit verbessern. SXNUMXJXNUMX wird häufig für hochbelastbare Lagerflansche, Halterungen, Rahmen, Grundplatten und Montagestrukturen für Schwermaschinen verwendet.

9. D2-Stahl (Werkzeugstahl)

D2 ist eine sehr harte und härtbare Werkzeugstahlsorte. Sie hat einen hohen Kohlenstoff- und Chromgehalt. Sie ist schwer zu bearbeiten.

Härte und Haltbarkeit bei bearbeiteten Teilen

CNC-bearbeitete Teile aus D2-Stahl weisen eine außergewöhnlich hohe Härte auf, die durch Wärmebehandlung noch weiter verbessert werden kann. Daher wird er bevorzugt für Maschinenteile verwendet, die während ihrer Lebensdauer eine hohe Verschleiß- und Schlagfestigkeit erfordern.

Besondere Überlegungen zur Bearbeitung

Mit einer geringen Zerspanbarkeit von nur 40 % erfordert D2-Stahl spezielle Bearbeitungsstahllösungen. Hartmetallwerkzeuge und positive Spanwinkel sind für eine einwandfreie Bearbeitung unerlässlich. Die Schnittgeschwindigkeit sollte niedrig und die Schnitttiefe gering sein.

10. 4130 Stahl (Chromoly-Stahl)

Die Stahlsorte 4130 ist ein niedriglegierter Stahl. Sie bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Zähigkeit. Sie weist eine hohe Härte auf und ist dennoch vergleichbar mit unlegierten Kohlenstoffstählen wie A36 oder SAE 1018.

Wichtige Eigenschaften von 4130-Stahl

1. Stärke: Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
2. Zähigkeit: ausgezeichnet
3. Schlagfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit
4. Schweißbarkeit: Gut
5. Härte: Es kann auf 28–32 HRC gehärtet werden
6. Bearbeitbarkeit: 70 %

4130 Stahl-CNC-Bearbeitungslösung

HSS-Werkzeuge sind akzeptabel, aber Hartmetallwerkzeuge bieten eine bessere Leistung. Beispielsweise können Hartmetallwerkzeuge eine Schnittgeschwindigkeit von 80–100 m/min erreichen, während HSS nur 50–60 m/min erreicht.

Vergleich gängiger Automatenstähle

Bei gängigen CNC-Bearbeitungslösungen gibt es eine große Auswahl zwischen diesen Stählen:

1018 Stahl vs. 1045 Stahl

Sowohl die Stahlsorten 1018 als auch 1045 bestehen aus reinem Kohlenstoff und unterliegen der SAE. Stahl 1018 ist ein kohlenstoffarmer Stahl, während Stahl 1045 ein kohlenstoffarmer Stahl ist.

Beide werden in strukturellen Anwendungen eingesetzt. Stahl 1018 eignet sich besser für eine glatte Bearbeitung und eine feine Oberflächenbeschaffenheit. Stahl 1045 weist eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf, ist jedoch wenig bearbeitbar und zäh. Er erfordert spezielle Bearbeitungs- und Schweißlösungen. Stahl 1018 lässt sich leicht bearbeiten und schweißen.

A36-Stahl vs. S235JR-Stahl

Sowohl A36- als auch S235JR-Stähle sind in vielerlei Hinsicht nahezu gleichwertige Stahlsorten. A36 unterliegt den ASTM-Normen, S235JR den EN-Normen. Für CNC-Bearbeitungslösungen werden sie hauptsächlich eingesetzt, um regionale Anforderungen sowie nordamerikanische und EU-Spezifikationen zu erfüllen.

Beide Stahlsorten lassen sich gut bearbeiten und schweißen. Sie weisen einen mittleren Härtegrad auf. Sie werden üblicherweise für strukturelle Anwendungen wie Halterungen, Rahmen, Schweißkonstruktionen und CNC-gefräste Grundplatten verwendet.

12L14-Stahl vs. 1215-Stahl

Der Hauptunterschied zwischen den Stählen 12L14 und 1215 besteht darin, dass 12L14 einen erheblichen Bleigehalt für den Spanbruch und die Schmierung aufweist, während 1215-Stahl bleifrei ist. 1215-Stahl enthält Schwefel und Mangan, die MnS-Einschlüsse bilden, die zum Spanbruch dienen.

Verbesserung der Bearbeitbarkeit durch Wärmebehandlungen

Verschiedene Arten der Wärmebehandlung werden eingesetzt, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise ist Glühen erforderlich, um Stahl weicher zu machen, während Anlassen zur Verbesserung der Zähigkeit erforderlich sein kann.

Faktoren, die die Bearbeitbarkeit von Stahl beeinflussen

1. Chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur.
2. Wärmebehandlung.
3. Härte.

Glühprozesse

Durch Glühen werden sehr harte Stahlsorten wie D2 weicher gemacht, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Nach der Bearbeitung kann eine Abschreck- und Anlassbehandlung erforderlich sein, um die Härte zu verbessern.

Normalisieren und Tempern

Durch Normalisieren wird eine gleichmäßige Mikrostruktur im gesamten Werkstück erreicht.

Bei abgeschreckten Werkstücken wird eine Anlassbehandlung durchgeführt, um die Zähigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Festigkeit zu erhalten.

Einsatzhärtetechniken

Einsatzhärtungsbehandlungen wie Aufkohlen und Nitrieren werden verwendet, um die Oberfläche des bearbeiteten Teils zu härten, während es einen weichen Kern für hohe Zähigkeit behält.

Automatenstahl vs. alternative Metalle

Aufgrund von Faktoren wie Korrosionsbeständigkeit, spezifischer Festigkeit oder Haltbarkeit werden bei Bearbeitungsanwendungen häufig andere Metalle als Stahl bevorzugt.

Stahl vs. Aluminium bei der Bearbeitung

Aluminium wird in der Zerspanung im Allgemeinen nicht als Ersatz für Stahl angesehen. Beide Werkstoffe haben ihre Vor- und Nachteile. Aluminium ist leicht und besser bearbeitbar, weist aber eine geringere Festigkeit und hohe Kosten auf.

Stahl vs. Titan in der Bearbeitung

Im Vergleich zu Stahl weist Titan eine sehr gute spezifische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Zudem ist es biokompatibel, was bei Stahl nicht der Fall ist.

Stahl vs. Gusseisen bei der Bearbeitung

Gusseisen ist im Vergleich zu Stahl kostengünstiger. Es weist eine hohe Härte, aber eine geringe Zähigkeit auf. Nach der Bearbeitung können zusätzliche Wärmebehandlungen erforderlich sein.

Stahl vs. Messing- und Kupferlegierungen

Kupferlegierungen sind im Vergleich zu Stahl sehr teuer. Sie werden oft aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit (elektrisch und thermisch) und besseren Oberflächenbeschaffenheit bevorzugt.

Industrielle Anwendungen von bearbeiteten Stahlkomponenten

Die spanende Bearbeitung ist eine sehr wichtige Formgebungstechnik. Viele Komponenten in Industriezweigen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und dem Maschinenbau werden spanend hergestellt. Die folgenden Tabellen fassen Komponenten aus den richtigen Stahlsorten für verschiedene Anwendungen zusammen:

Automobilsektor

Luft-und Raumfahrtindustrie

Industrielle Maschinen und Geräte

Fazit

Die spanende Bearbeitung ist eine wichtige Technik in der Präzisionsfertigung. Unterschiedliche Legierungen führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Die Wahl der richtigen Stahlsorte hängt von Faktoren wie Kosten, Verfügbarkeit, Schweißbarkeit, Härte, Zähigkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Leitfähigkeit usw. ab. Jede Legierung weist eigene Zerspanbarkeitseigenschaften auf. Für manche Legierungen können spezielle Verfahren zur Verbesserung der Zerspanbarkeit, Härte und Oberflächengüte erforderlich sein.

FAQ

Kann man Edelstahl genauso einfach bearbeiten wie Kohlenstoffstahl?

Edelstahlstähle sind in der Regel weniger gut bearbeitbar als unlegierte Stähle. Edelstahl weist jedoch in der Regel keine Walzhaut auf, was die Bearbeitung gleichmäßiger und vorhersehbarer macht.

Welcher Stahl lässt sich am einfachsten schweißen und bearbeiten?

SAE 1018 gilt als bester Kompromiss zwischen Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit.

Welcher Stahl ist günstiger?

Unlegierter Kohlenstoffstahl ist im Allgemeinen günstiger als legierter Stahl.