Топ 10! Наиболее распространенная обрабатывающая сталь: обработка и альтернативные решения

Обработка является важнейшей технологией в прецизионном производстве различных промышленных и высокотехнологичных компонентов. Выбор правильных сплавов имеет решающее значение для достижения желаемых механических и физических свойств. В этом блоге мы обсудим 10 лучших марок стали, которые легко поддаются обработке на станках с ЧПУ.

Что такое обработка стали?

Обработка стали — это процесс нанесения на стальную заготовку режущих, токарных, сверлильных, фрезерных и других механических воздействий . Теоретически, почти любая марка стали может быть обработана. Важно лишь относительное удобство и эффективность обработки. Для этого учитываются такие факторы обрабатываемости, как твердость, наличие включений, характеристики сколов и теплопроводность.

Почему важен выбор правильной стали?

Выбор правильной марки стали дает правильные результаты. Он создает идеальный баланс между факторами стоимости, такими как срок службы инструмента, человеко-часы, цена материала и т. д., и качественными характеристиками, такими как качество поверхности, низкая деформация, жесткий контроль допусков и прокаливаемость и т. д.

Как марки стали влияют на эффективность обработки

Правильный выбор марки стали повышает эффективность обработки за счет контроля образования стружки, сокращения замены инструмента и минимизации необходимости дополнительных этапов для улучшения качества поверхности.

Топ-10 самых распространенных марок стали для обработки

Сталь является наиболее распространенным материалом для механической обработки благодаря своей универсальности, доступности, экономичности и возможности контролировать механические свойства. Различные марки стали подходят для разных применений. Здесь мы обсудим 10 лучших марок стали, легко обрабатываемых на станках с ЧПУ.

1. Сталь 1018 (мягкая углеродистая сталь)

SAE 1018 считается одной из самых распространенных сталей для механической обработки. С содержанием углерода 0.18 % она находится в диапазоне «сладкого пятна» обрабатываемости. Она имеет умеренную твердость. При содержании углерода ниже 0.15 % сталь становится слишком мягкой для обработки наконечником инструмента. При содержании углерода выше 0.30 % качество поверхности ухудшается из-за чрезмерной твердости. SAE 1018 не требует специальных сварочных процедур. Она обеспечивает относительно лучшую отделку поверхности. В основном используется для общих применений.

Основные свойства стали 1018

1. Низкое содержание углерода около 0.18%
2. Отличная свариваемость и формуемость
3. Однородная зернистая структура
4. Средняя твердость около BHN 120

1018 Решение для обработки стали с ЧПУ

Сталь 1018 имеет рейтинг обрабатываемости около 78%. Она относительно легче поддается обработке, поэтому, естественно, обеспечивает хорошую отделку поверхности. Для дальнейшего улучшения отделки поверхности используйте легкие масляные эмульсионные охлаждающие жидкости и умеренные скорости около 150 SFM. Наконечники инструментов должны быть острыми.

2. Сталь 12L14 (легкообрабатываемая сталь)

Легкообрабатываемая сталь 12L14 считается лучшей сталью для обработки на станках с ЧПУ. Благодаря содержанию свинца около 0.25% она содержит свинцовые дисперсии, а также включения MnS, что улучшает характеристики стружкообразования. Свинец также обеспечивает смазку режущей кромки инструмента. В результате выделяется меньше тепла, происходит низкий износ и увеличивается срок службы инструмента. Таким образом, сталь 12L14 снижает общие эксплуатационные расходы.

Основные свойства 12L14

1. Отличная обрабатываемость около 190%
2. 25% содержание свинца
3. Низкое содержание углерода около 0.15%
4. Прочность на разрыв: 540 МПа
5. Предел текучести: 410 МПа
6. Твёрдость: 160-180 по Бринеллю
7. Плохая свариваемость, но хорошая формуемость

Решение для обработки стали с ЧПУ 12L14

Сталь 12L14 с ее обрабатываемостью 190% очень легко обрабатывается. Она имеет самосмазывающуюся природу. Однако добавление легкой эмульсии и острого наконечника инструмента еще больше улучшит качество поверхности.

3. Сталь 1045 (среднеуглеродистая сталь)

Сталь 1045 — это среднеуглеродистая, высокопрочная сталь. Она имеет хорошие характеристики закалки. Однако ее обработка сложнее по сравнению с низкоуглеродистой сталью. Но для получения хорошего значения твердости поверхности ее выбирают среди других типов стали.

Основные свойства стали 1045

1. Среднее содержание углерода около 0.45%
2. Прочность на разрыв: 570-700 МПа
3. Предел текучести: 480-490 МПа.
4. Твёрдость: 170–210 BHN
5. Термическая обработка
6. Хорошая обрабатываемость
7. Хорошая свариваемость

1045 Решение для обработки стали с ЧПУ

Щедрое использование охлаждающей жидкости и острый наконечник инструмента улучшит простоту обработки. SFM должен быть умеренным. Инструмент с керамическим покрытием также улучшит обрабатываемость. Термическая обработка может улучшить твердость поверхности для более прочных компонентов.

4. 4140 сталь (Хромомолибденовая легированная сталь)

Сталь 4140 имеет лучшие характеристики закаливаемости. Общеизвестно, что хром улучшает коррозионную стойкость. Это правда, но на самом деле это происходит только тогда, когда хром составляет не менее 11% в стали. Содержание хрома в стали 4140 на самом деле помогает улучшить закаливаемость, а не коррозионную стойкость. Сталь 4140 имеет усталостную и износостойкую стойкость, что делает ее лучшей для несущих нагрузку компонентов и ситуаций, связанных с ударами.

Основные свойства стали 4140

1. Низколегированная сталь с содержанием хрома (0.80-10%), молибдена (0.15-0.25%) и марганца (0.75-1.0%)
2. Предел прочности: 655-1080 МПа
3. Предел текучести: 415-850 МПа.
4. Хорошая прокаливаемость
5. Усталость и износостойкость
6. Хорошая свариваемость при надлежащей предварительной и последующей обработке.

Решение для обработки стали с ЧПУ 4140

Сталь 4140 имеет тенденцию к наклепу, поэтому следует использовать жесткую ступень с низким SFM или 60-80. Твердосплавные инструменты помогут улучшить обрабатываемость. Правильное использование охлаждающей жидкости необходимо для предотвращения накопления тепла.

5. Сталь 4340 (легированная сталь с высокой прочностью на разрыв)

Сталь 4340 похожа на сталь марки 4140, за исключением того, что в ней содержится около 2% никеля, что добавляет стали прочность и усталостную прочность. Она обладает превосходной закаливаемостью, так что ее можно закалять до сердцевины даже в больших сечениях.

Основные свойства стали 4340

1. Отличная ударная вязкость
2. Предел прочности: до 1080 -1860 МПа в зависимости от термообработки
3. Предел текучести: 745 -1600 МПа
4. Отличная прокаливаемость
5. Высокая усталостная устойчивость
6. Высокая ударопрочность
7. Хорошая износостойкость

4340 Решение для обработки стали с ЧПУ

Так как сталь 4340 имеет высокую твердость, отжиг перед обработкой на станке поможет. Используйте острые твердосплавные инструменты с обильным запасом охлаждающей жидкости. Оптимальной считается умеренная скорость резания в диапазоне 100–160 м/мин.

6. Сталь А36 (конструкционная мягкая сталь)

A36 — это конструкционная сталь общего назначения, которая в некоторых аспектах похожа на SAE 1018. Она широко используется в машиностроении из-за своей доступности, простоты сварки и наличия в различных формах.

Свойства A36 и обрабатываемость

1. Содержание углерода: ≤ 26%
2. Предел текучести: ≥ 250 МПа
3. Прочность на растяжение: 400-550 МПа
4. Удлинение: около 20%
5. Свариваемость: Совместим со всеми распространенными методами сварки.
6. Рейтинг обрабатываемости: 72%
7. Формуемость: Хорошая

Решение для обработки стали с ЧПУ A36

Сталь 36 имеет хорошую обрабатываемость. Обычно она не требует специальных процедур для обработки. Обычно она поставляется с прокатной окалиной, которая имеет высокую твердость, что может быстро изнашивать инструмент. Поэтому предпочтительно использовать протравленные и смазанные заготовки.

7. Сталь S235JR (конструкционная сталь)

Сталь S235 JR и сталь A36 являются почти эквивалентными марками материалов для обработки. Обычно встречаются конструкционные марки стали, регулируемые европейским стандартом EN 10025-2.

Основные свойства стали S235JR

1. Предел текучести: ≥ 235 МПа
2. Прочность на разрыв: 360-510 МПа
3. Содержание углерода: 0.17–20%
4. Свариваемость: отличная
5. Оценка обрабатываемости: 60-70%
6. Формуемость: Хорошая

Решение для обработки стали с ЧПУ S235JR

Предварительная обработка, такая как дробеструйная обработка или травление, может помочь удалить слой прокатной окалины. Обычно не требуется никакой специальной обработки. Сталь S235JR имеет тенденцию к образованию длинной стружки. Используйте стружколомы для лучшего контроля стружки. Обычно такие детали, как структурные кронштейны, фланцы, рамы машин и опорные конструкции, изготавливаются из стали S235JR.

8. Сталь S355J2 (высокопрочная конструкционная сталь)

S355J2 — еще одна простая углеродистая марка стали, регулируемая европейским стандартом EN10025-2. Она обладает высокой прочностью и хорошей ударной вязкостью. Используется в высокопрочных конструкционных применениях.

Основные свойства для работы с ЧПУ

1. Предел текучести:≥ 355 МПа
2. Прочность на растяжение: 470-630 МПа
3. Содержание углерода: 0.20–0.24%
4. Прочность: Отличная
5. Оценка обрабатываемости: 55–60%
6. Свариваемость: Хорошая.

Решение для обработки стали с ЧПУ S355J2

Обработка S355J2 немного сложнее, чем S235JR. Использование твердосплавных инструментов, умеренных скоростей подачи и струйного охлаждения может помочь повысить обрабатываемость. Он обычно используется в высоконагруженных фланцах подшипников, кронштейнах, рамах, опорных плитах и ​​монтажных конструкциях для тяжелого машиностроения.

9. Сталь D2 (Инструментальная сталь)

D2 — очень твердая и закаливаемая инструментальная сталь. Имеет высокое содержание углерода и хрома. Это труднообрабатываемая сталь.

Твердость и долговечность обработанных деталей

Детали, вырезанные из стали D2, обработанные на станках с ЧПУ, обладают исключительно высокой твердостью, которая может быть дополнительно улучшена путем термической обработки. В результате, она предпочтительна в деталях машин, требующих высокой износостойкости и ударопрочности в течение срока службы.

Особые соображения по обработке

С низким рейтингом обрабатываемости, всего 40%, сталь D2 нуждается в специальных решениях по обработке стали. Твердосплавные инструменты и положительные передние углы необходимы для правильной обработки. Скорость резания должна быть низкой с небольшой глубиной резания.

10. Сталь 4130 (хромомолибденовая сталь)

Сталь марки 4130 — это низколегированная сталь. Она обеспечивает хороший баланс между прочностью и вязкостью. Она имеет высокую твердость, но ее обрабатываемость сопоставима с обычными углеродистыми сталями, такими как A36 или SAE 1018.

Основные свойства стали 4130

1. Прочность: высокое соотношение прочности и веса
2. Прочность: отличная
3. Ударопрочность и усталостная прочность
4. Свариваемость: Хорошая
5. Твёрдость: можно закалять до 28–32 HRC.
6. Обрабатываемость: 70%

4130 Решение для обработки стали с ЧПУ

Инструменты из быстрорежущей стали приемлемы, но твердосплавные инструменты обеспечивают лучшую производительность. Например, твердосплавные инструменты могут обеспечить скорость резания 80-100 м/мин, тогда как HSS дает только 50-60 м/мин.

Сравнение обычных сталей для механической обработки

В обычных решениях для обработки на станках с ЧПУ существует большой выбор следующих сталей:

Сталь 1018 против стали 1045

Обе марки стали 1018 и 1045 являются углеродистыми и регулируются SAE. Сталь 1018 — это низкоуглеродистая сталь, а сталь 1045 — среднеуглеродистая сталь.

Оба используются в конструкционном применении. А 1018 больше подходит для гладкой обработки и чистовой отделки поверхности. Сталь 1045 имеет высокую твердость и высокую износостойкость, но ее обрабатываемость и прочность низкие. Она требует специальных решений для обработки и сварки. Сталь 1018 легко обрабатывается и сваривается.

Сталь A36 против стали S235JR

Стали A36 и S235JR во многих отношениях являются почти эквивалентными марками стали. A 36 регулируется стандартами ASTM, а S235JR — стандартами EN. В решениях для обработки на станках с ЧПУ они выбираются в основном для соответствия требованиям округа, Северной Америки и спецификациям ЕС.

Обе эти марки стали легко поддаются механической обработке и сварке. Они имеют умеренную твердость. Обычно они используются в конструкционных приложениях, таких как кронштейны, рамы, сварные конструкции, опорные плиты, вырезанные на станках с ЧПУ.

Сталь 12L14 против стали 1215

Основное различие между сталями 12L14 и 1215 заключается в том, что в стали 12L14 содержится значительное количество свинца для стружкодробления и смазки, а сталь 1215 не содержит свинца. В стали 1215 содержатся сера и марганец, которые образуют включения MnS, используемые для стружкодробления.

Улучшение обрабатываемости с помощью термообработки

Различные типы термообработки используются для достижения различных результатов. Например, отжиг может потребоваться для смягчения стали, в то время как отпуск может потребоваться для повышения вязкости.

Факторы, влияющие на обрабатываемость стали

1. Химический состав и микроструктура.
2. Термическая обработка.
3. Твердость.

Процессы отжига

Отжиг используется для смягчения очень твердых марок стали, таких как D2, для улучшения обрабатываемости. После обработки может потребоваться закалка и отпуск для повышения твердости.

Нормализация и отпуск

Нормализация применяется для придания однородной микроструктуры по всей заготовке.

Отпуск применяется к закаленным деталям для повышения ударной вязкости при сохранении прочности.

Методы поверхностной закалки

Такие методы поверхностной закалки, как цементация и азотирование, используются для упрочнения поверхности обработанной детали, при этом сохраняется мягкая сердцевина, обеспечивающая высокую прочность.

Обработка стали по сравнению с альтернативными металлами

Довольно часто при обработке металлов предпочтение отдается другим видам стали из-за таких факторов, как коррозионная стойкость, удельная прочность или долговечность.

Сталь против алюминия при обработке

В целом, алюминий не рассматривается как замена стали при обработке. Оба материала имеют свои плюсы и минусы. Алюминий легкий и более поддается обработке, но имеет низкую прочность и высокую стоимость.

Сталь против титана при обработке

По сравнению со сталью титан имеет очень хорошую удельную прочность и коррозионную стойкость. Он также биосовместим, в отличие от стали.

Сталь против чугуна при обработке

Чугун дешевле стали. Он имеет высокую твердость, но низкую вязкость. Может потребовать дополнительной термообработки после обработки.

Сталь против латуни и медных сплавов

Медные сплавы очень дороги по сравнению со сталью. Их часто предпочитают из-за высокой проводимости (электрической и тепловой) и лучшей отделки поверхности.

Промышленное применение обработанных стальных деталей

Обработка на станке — очень важный метод формовки. Многие компоненты в таких промышленных секторах, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и машиностроение, изготавливаются с использованием метода обработки на станке. Ниже приведены таблицы, в которых обобщены компоненты, изготовленные из правильных марок стали в различных областях применения:

Автомобильный сектор

Аэрокосмическая промышленность:

Промышленные машины и оборудование

Заключение

Обработка является очень важным методом точного производства. Различные сплавы дают разные результаты. Выбор правильной марки стали зависит от таких факторов, как стоимость, доступность, свариваемость, твердость, вязкость, прочность, коррозионная стойкость, проводимость и т. д. Каждый сплав обладает собственным набором параметров обрабатываемости. Для некоторых сплавов могут потребоваться специальные процедуры для улучшения обрабатываемости, твердости и отделки поверхности.

FAQ

Можно ли обрабатывать нержавеющую сталь так же легко, как углеродистую?

Марки стали SS обычно хуже обрабатываются, чем простые марки углеродистой стали. Однако нержавеющая сталь обычно не имеет прокатной окалины, что делает обработку более однородной и предсказуемой.

Какую сталь легче всего сваривать и обрабатывать?

SAE 1018 считается наилучшим компромиссом между обрабатываемостью и свариваемостью.

Какие стали дешевле?

Простые углеродистые стали обычно дешевле легированных.