Bei der spanenden Bearbeitung und der Entwicklung neuer Produkte wirkt sich die Wahl des Stahls unmittelbar auf die Festigkeit der Bauteile, den Bearbeitungsaufwand, die Lebensdauer und die Herstellungskosten aus. Um Ingenieuren, Einkäufern und Produktentwicklern ein besseres Verständnis der Stahleigenschaften zu vermitteln, erläutert dieser Artikel wichtige Festigkeitskennzahlen wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dauerfestigkeit und analysiert gleichzeitig gängige Stahlsorten sowie typische Anwendungsbereiche der Bauteile. Er dient als praktische Referenz für die Werkstoffauswahl und die Planung von Bearbeitungsprozessen.
Stahlgüteklasse
Streckgrenze von Stahl
Die Streckgrenze von Stahl bezeichnet die Spannung, bei der der Stahl eine deutliche plastische Verformung zeigt, d. h., bei der eine bleibende Verformung einsetzt. Sie spiegelt die Widerstandsfähigkeit des Stahls gegen Verformung wider und wird in der Regel wie folgt berechnet: σy = Fy / A0, wobei Fy ist die Streckgrenze und A0 ist die ursprüngliche Querschnittsfläche. Die übliche Einheit ist MPa oder N/mm².
Im Allgemeinen sollte die Bemessungsspannung unterhalb der Streckgrenze gehalten werden, um dauerhafte Biege-, Zug- oder Druckverformungen während des Betriebs zu vermeiden. Bei rostfreien Stählen oder hochfesten Stählen ohne eindeutige Streckgrenze gilt die 0,21 TP3T-Prüffestigkeit, Rp0,2, wird üblicherweise zur Angabe der Streckgrenze verwendet.
Einflussfaktoren:
Elemente wie Kohlenstoff, Mangan und Silizium können sich im Kristallgitter einlagern und zu einer Gitterverzerrung führen, wodurch die Streckgrenze von Stahl durch Festlösungsverstärkung verbessert wird;
Mikrolegierungselemente wie Niob, Vanadium und Titan können feine Karbid- oder Nitridpartikel bilden, Versetzungen fixieren und das Kornwachstum hemmen, wodurch die Festigkeit weiter erhöht wird.
Im Gegensatz dazu neigen Verunreinigungselemente wie Phosphor und Schwefel dazu, sich an Korngrenzen abzuscheiden oder Einschlüsse zu bilden, wodurch die Korngrenzenbindung geschwächt, die Sprödigkeit erhöht und die stabile Tragfähigkeit des Stahls im praktischen Einsatz verringert wird.
Zugfestigkeit von Stahl
Die Zugfestigkeit bezeichnet die maximale technische Spannung, der Stahl in einem Standard-Zugversuch standhalten kann, bevor er bricht; sie wird in der Regel berechnet als σb = Fmax / A0, wobei Fmax ist die maximale Zugbelastung und A0 ist die ursprüngliche Querschnittsfläche. Die übliche Einheit ist MPa oder N/mm². Sie wird manchmal auch als Zugfestigkeit von Stahl bezeichnet. Sie markiert den kritischen Punkt, an dem der Werkstoff von einer gleichmäßigen plastischen Verformung zu einer lokalen Verformung – dem Einschnüren – übergeht, und stellt die maximale Belastungsgrenze des Werkstoffs unter statischer Zugbeanspruchung dar.
Faktoren, die die Zugfestigkeit von Stahl beeinflussen:
Eine angemessene Erhöhung des Kohlenstoffgehalts kann die Zugfestigkeit verbessern, doch ein zu hoher Kohlenstoffgehalt verringert die Duktilität und Zähigkeit und kann den Stahl sogar spröde machen, was zu einer Verschlechterung der Zugfestigkeit führt.
Legierungselemente wie Mangan, Silizium, Chrom, Molybdän und Vanadium können die Stahlmatrix durch Festlösungsverstärkung, Karbidverstärkung und Kornverfeinerung festigen;
Nickel kann zudem die Festigkeit verbessern und gleichzeitig eine gute Duktilität gewährleisten, und Stickstoff sorgt bei Duplex-Edelstahl für eine erhebliche interstitielle Festigkeitssteigerung durch Feststofflösung.
Im Gegensatz dazu bilden schädliche Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor und Sauerstoff leicht Einschlüsse oder führen zu einer Entmischung an den Korngrenzen, wodurch die Materialkontinuität und die Zähigkeit geschwächt und die tatsächliche Zugfestigkeit des Stahls verringert werden.
Scherfestigkeit von Stahl
Die Scherfestigkeit von Stahl bezeichnet den maximalen Spannungswert, bei dem Stahl unter Scherbeanspruchung einem relativen Gleiten, einer Scherverformung oder einem Scherbruch zwischen benachbarten Abschnitten widersteht; sie wird üblicherweise berechnet als τ = F / A, wobei F ist die Scherkraft und A ist die Scherfläche. Die übliche Einheit ist MPa oder N/mm². Er ist ein wichtiger Indikator für die Bewertung der Tragfähigkeit von Bauteilen, die Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Schrauben, Nieten, Bolzen, Schweißnähte und Verbindungsplatten.
Faktoren, die die Scherfestigkeit von Stahl beeinflussen:
Ein höherer Kohlenstoffgehalt kann indirekt die Scherfestigkeit verbessern;
Legierungselemente wie Mangan, Chrom und Molybdän können die Scherfestigkeit durch Festlösungsverstärkung, Kornverfeinerung und eine verbesserte mikrostrukturelle Stabilität erhöhen.
Allerdings können schädliche Verunreinigungen wie Phosphor und Schwefel leicht spröde Einschlüsse bilden oder die Korngrenzenbindung schwächen, wodurch der Stahl unter Scherbeanspruchungen anfälliger für Risse oder sprödes Versagen wird und sich die Scherfestigkeit sowie die Zähigkeit verringern.
Ausdauerfestigkeit von Stahl
“Dauerfestigkeit” ist keine eigenständige mechanische Eigenschaft im herkömmlichen Sinne. Sie wird sowohl durch die Kriechbruchfestigkeit als auch durch die Ermüdungsfestigkeit bestimmt, die zusammen die sichere Lebensdauer von Stahl unter Langzeitbetriebsbedingungen definieren. Da es sich nicht um einen einzelnen festen Wert handelt, wird sie in der Regel anhand der Kriechbruchspannung oder der Ermüdungsfestigkeit bewertet, die üblicherweise ausgedrückt werden als σ = F / A0 oder Spannungsamplitude σa = (σmax – σmin) / 2, mit Einheiten von MPa oder N/mm².
Kriechbruchfestigkeit:
Damit ist der maximale Spannungswert gemeint, dem Stahl nach einer bestimmten Zeit bei einer gegebenen hohen Temperatur und konstanter Zugspannung standhalten kann, ohne zu brechen; diese Zeit beträgt in der Regel 100.000 Stunden oder etwa 11,4 Jahre. Dieser Wert spiegelt vor allem die Beständigkeit des Werkstoffs gegen Kriechbruch wider.
Faktoren, die die Kriechbruchfestigkeit von Stahl beeinflussen:
Elemente wie Chrom, Molybdän, Vanadium, Niob und Wolfram können die mikrostrukturelle Stabilität und die Kriechfestigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen durch Festlösungsverstärkung, Ausscheidungshärtung und die Bildung stabiler Karbide oder Nitride verbessern; gleichzeitig können Verunreinigungen wie Phosphor und Schwefel leicht zu Rissquellen bei hohen Temperaturen werden und die Kriechbruchfestigkeit verringern.
Ermüdungsfestigkeit von Stahl
Damit ist der maximale Spannungswert gemeint, dem Stahl unter zyklischer Wechselbeanspruchung über eine unendliche Anzahl von Zyklen – in der Regel 10^7 Zyklen – standhalten kann, ohne zu brechen. Bei Werkstoffen ohne klar definierte Ermüdungsgrenze bezieht sich dieser Wert auf die Spannung, bei der nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen – beispielsweise 10^7 Zyklen – kein Bruch auftritt.
Einflussfaktoren:
Kohlenstoff und Legierungselemente wie Mn, Cr, Mo und V können die Ermüdungsfestigkeit durch Mechanismen wie die Festigungswirkung durch Festlösungsbildung und die Feinkornverfestigung verbessern. Nichtmetallische Einschlüsse wie Oxide und Sulfide können jedoch Quellen für innere Spannungskonzentrationen bilden und die Entstehung von Ermüdungsrissen begünstigen, weshalb hochreiner Stahl zur Verbesserung des Ermüdungsverhaltens vorteilhafter ist.
Bruchfestigkeit von Stahl
Die Bruchfestigkeit bezeichnet den Spannungswert, der dem Bruchzeitpunkt bei einem Zugversuch entspricht und die maximale Tragfähigkeit des Werkstoffs vor dem endgültigen Versagen angibt. Es handelt sich um die Spannung, bei der der Prüfkörper tatsächlich bricht. Bei duktilen Stählen wie kohlenstoffarmem Stahl tritt vor dem Bruch eine Einschnürung auf, sodass die technische Bruchfestigkeit in der Regel niedriger ist als die Zugfestigkeit; bei spröderen Stählen liegt die Bruchfestigkeit oft relativ nahe an der Zugfestigkeit.
Einflussfaktoren:
Ein höherer Kohlenstoffgehalt verbessert in der Regel die Festigkeit, verringert jedoch die Duktilität und die Zähigkeit; Legierungselemente wie Mangan und Nickel tragen zur Verbesserung der Zähigkeit bei, während Phosphor, Schwefel und nichtmetallische Einschlüsse wie Oxide und Sulfide leicht zu einer Entmischung an den Korngrenzen führen oder Rissherde bilden können, wodurch die Bruchfestigkeit erheblich geschwächt wird.
Druckfestigkeit von Stahl
Die Druckfestigkeit bezeichnet die maximale Spannung, der Stahl unter Druckbelastung standhalten kann, bevor es zum Versagen, zum Knicken oder zu einer übermäßigen plastischen Verformung kommt. Sie wird in der Regel wie folgt berechnet: σc = Fmax / A0, wobei Fmax ist die maximale Druckbelastung und A0 ist die ursprüngliche Querschnittsfläche mit der Einheit MPa oder N/mm². Bei duktilen Werkstoffen wie Stahl führt dies in der Regel eher zu einer plastischen Verformung oder Ausbeulung als zu einem plötzlichen Bruch, und die Druckfestigkeit liegt im Allgemeinen nahe an der Zugfestigkeit oder ist geringfügig höher als diese.
Einflussfaktoren:
Ein höherer Kohlenstoffgehalt kann die Druckfestigkeit von Stahl verbessern, verringert jedoch die Duktilität und Zähigkeit; Legierungselemente wie Mangan, Silizium, Chrom und Molybdän können die Matrix durch Festlösungshärtung oder Karbidbildung festigen, während Verunreinigungen und Einschlüsse wie Phosphor und Schwefel die Materialkontinuität beeinträchtigen und die Druckfestigkeit schwächen können.
Zusammenfassende Vergleichstabelle
| Parametername | Kernbegriff | Technische Bedeutung |
| Streckgrenze | Kritische Spannung, bei der die plastische Verformung einsetzt | Auslegungsgrundlage zur Vermeidung dauerhafter Verformungen der Konstruktion |
| Zugfestigkeit | Maximale Spannung vor dem Zugbruch | Maximale Tragfähigkeit und Sicherheitsreserve des Werkstoffs |
| Scherfestigkeit | Maximale Scherspannung, die einem Schergleitversagen standhält | Auslegungsgrundlagen für Verbindungselemente und schubfeste Bauteile |
| Ausdauer und Kraft | Fähigkeit, bei zyklischer Beanspruchung einem Versagen standzuhalten (bezieht sich in der Regel auf die Dauerfestigkeit) | Lebensdauerberechnung für Bauteile unter Schwingungs- und Wechselbeanspruchung |
| Bruchfestigkeit | Widerstandsfähigkeit gegen Rissausbreitung (bezieht sich in der Regel auf die Bruchzähigkeit) | Sicherheitsbewertung hinsichtlich Sprödbruch in Strukturen mit Defekten |
| Druckfestigkeit | Maximale Druckspannung vor dem Versagen unter Druckbeanspruchung | Auslegungsgrundlagen für Druckelemente wie Stützen und Fundamente |
Gängige Stahlsorten für die Zerspanung
Baustahl
Baustahl ist ein auf Eisen und Kohlenstoff basierender Baustahl mit festgelegten Anforderungen an Festigkeit, Duktilität und Formbarkeit. Er wird hauptsächlich für tragende Bauteile, mechanische Teile und Konstruktionselemente verwendet. Die zentrale Anforderung ist eine gute Tragfähigkeit, wobei auch Zähigkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit berücksichtigt werden müssen. Er wird üblicherweise in Kohlenstoffbaustahl und legierten Baustahl unterteilt.
A36-Stahl
Die Streckgrenze von A36-Stahl beträgt ≥ 250 MPa. Wenn die Dicke einer A36-Stahlplatte > 203 mm beträgt, beträgt die erforderliche Streckgrenze ≥ 220 MPa. Er gehört zu den Baustählen mit normaler Festigkeit. Für kritische tragende Bereiche mit hoher Festigkeit, hohem Druck, hohen Temperaturen, hoher Belastung oder niedrigen Temperaturen sollten Stähle wie A572 und A588 in Betracht gezogen werden.
Die Zugfestigkeit von A36-Stahl liegt bei 400–550 MPa, wodurch er die Anforderungen an die Tragfähigkeit von allgemeinen Baukonstruktionen, Halterungen, Grundplatten, Verbindungselementen und gewöhnlichen mechanischen Bauteilen erfüllt.
Für die Scherfestigkeit von A36-Stahl gibt es keinen direkt festgelegten Standardwert. In der Ingenieurpraxis wird sie üblicherweise auf das 0,6-Fache der Zugfestigkeit geschätzt, also auf etwa 240–330 MPa.
A992-Stahl
Die Streckgrenze von A992-Stahl beträgt ≥345 MPa, wodurch er als mittel- bis hochfester Baustahl gilt. Im Vergleich zu A36 bietet A992 eine höhere Tragfähigkeit und ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Zähigkeit, weshalb er häufig für tragende Bauteile wie Gebäudeträger, Stahlstützen, Brückenkonstruktionen und Schwerlastrahmen verwendet wird.
Die Zugfestigkeit von A992-Stahl liegt in der Regel zwischen 450 und 620 MPa. Er weist eine gute Beständigkeit gegen Verformung unter Zug-, Druck- und Biegebelastungen auf. A992-Stahl wird häufig in Stahlkonstruktionen im Bauwesen und im Ingenieurwesen eingesetzt, bei denen Festigkeit, Schweißbarkeit und strukturelle Stabilität gefragt sind.
Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff besteht, ohne dass andere Legierungselemente gezielt zugesetzt werden. Sein Kohlenstoffgehalt liegt im Allgemeinen zwischen 0,02% und 2,11%. Die Materialeigenschaften lassen sich durch den Kohlenstoffgehalt und Wärmebehandlungsverfahren anpassen. Man unterscheidet drei Kategorien: kohlenstoffarmer Stahl, kohlenstoffreicher Stahl und hochkohlenstoffhaltiger Stahl.
Stahl 1018
Die Streckgrenze von Weichstahl 1018 beträgt ≥ 210 MPa, etwa 30 ksi, wobei der tatsächliche Bereich bei etwa 210–275 MPa liegt. Im kaltgezogenen Zustand (C1018) kann die Streckgrenze auf 370 MPa (etwa 53 ksi) oder mehr ansteigen. Nach Wärmebehandlungen wie Abschrecken und Anlassen lässt sich die Festigkeit weiter verbessern, was jedoch in der Regel auf Kosten der Duktilität und Formbarkeit geht. 1018-Stahl bietet eher eine gute Schweißbarkeit, Kaltumformbarkeit und Zerspanbarkeit als eine hohe Festigkeit und eignet sich für gewöhnliche mechanische Bauteile wie Wellen, Stifte, Schrauben und Zahnradrohlinge.
Die Zugfestigkeit von Weichstahl 1018 liegt bei etwa 370–440 MPa. Im kaltgezogenen Zustand kann die Zugfestigkeit aufgrund der Kaltverfestigung auf 440–540 MPa oder mehr ansteigen.
Stahl 1045
Die Zugfestigkeit von 1045-Stahl liegt bei etwa 570–700 MPa, und die Streckgrenze von 1045-Stahl liegt bei etwa 310–530 MPa.
, abhängig von den Verarbeitungsbedingungen wie Warmwalzen, Normalisieren, Kaltziehen oder Abschrecken und Anlassen. 1045 ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der sich durch relativ hohe Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit auszeichnet. Er wird häufig für tragende oder verschleißfeste mechanische Bauteile wie Wellen, Zahnräder, Pleuelstangen, Kurbelwellen, Bolzen, Schrauben, Hülsen und Werkzeugvorrichtungen verwendet. Nach einer Vergütung oder einer Vergütungsbehandlung lassen sich das Gesamtgleichgewicht aus Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit weiter verbessern, wodurch sich der Stahl für mittelbelastete Konstruktionsteile und Getriebekomponenten eignet.
Legierter Stahl
Legierter Stahl wird hergestellt, indem Kohlenstoffstahl gezielt mit Elementen wie Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Titan, Niob, Wolfram und Bor legiert wird, um Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, Härtbarkeit, Korrosionsbeständigkeit oder das Verhalten bei hohen Temperaturen zu verbessern. Er wird häufig für Hochleistungsteile oder Strukturbauteile wie Zahnräder, Wellen, Pleuelstangen, Brücken, Schneidwerkzeuge, Formen, Edelstahl, hitzebeständigen Stahl und verschleißfesten Stahl verwendet.
Stahl 4140
Stahl 4140 weist im geglühten oder normalisierten Zustand eine Streckgrenze von etwa 415 MPa auf, die nach dem Abschrecken und Anlassen auf 930–1100 MPa oder mehr erhöht werden kann. Es handelt sich um einen hochfesten, abgeschreckten und angelassenen Stahl aus der Familie der Chrom-Molybdän-Legierungsstähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Dank seiner hervorragenden Härtbarkeit, hohen Festigkeit und guten Zähigkeit wird 4140-Stahl häufig für Zahnräder, Wellen, Pleuelstangen, Schrauben, Antriebswellen, Kurbelwellen, Bohrrohrverbindungen, hochfeste Stahlschnallenkomponenten und andere hochbelastete mechanische Bauteile verwendet.
Die Zugfestigkeit von 4140-Stahl im geglühten oder normalisierten Zustand liegt in der Regel bei etwa 655–750 MPa. Nach dem Abschrecken und Anlassen kann sie auf 1080–1200 MPa oder mehr ansteigen und erfüllt damit die Anforderungen von Einsatzbedingungen, die eine hohe Tragfähigkeit, Stoßbelastungen und Ermüdungsbeanspruchungen mit sich bringen.
Stahl 4130
Die Streckgrenze von 4130-Stahl im geglühten oder normalisierten Zustand liegt in der Regel bei etwa 415 MPa. Nach dem Abschrecken und Anlassen kann sie auf 785–930 MPa oder mehr ansteigen, was ihn zu einer hochfesten Sorte unter den mittelkohlenstoffhaltigen Chrom-Molybdän-Legierungsbaustählen macht. Mit seiner relativ hohen Streckgrenze, guten Zähigkeit und Härtbarkeit eignet sich der Stahl 4130 zur Herstellung von Zahnrädern, Wellen, Pleuelstangen, Schrauben, Rahmen, Flugzeugrohren und mechanischen Bauteilen, die Ermüdungsbelastungen ausgesetzt sind, insbesondere für Strukturbauteile, bei denen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Leichtbau erforderlich ist.
Die Zugfestigkeit von 4130-Stahl im geglühten oder normalisierten Zustand liegt in der Regel unter etwa 590 MPa. Nach dem Abschrecken und Anlassen kann sie auf 930–1000 MPa oder mehr ansteigen, wodurch sich dieser Stahl für Bauteile im Maschinenbau und in der Luft- und Raumfahrt eignet, an die hohe Anforderungen hinsichtlich Zugfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und struktureller Zuverlässigkeit gestellt werden.
Rostfreier Stahl
304 Edelstahl
Nach einer Lösungsglühung oder einem Glühvorgang weist Edelstahl 304 eine Streckgrenze von mehr als 205 MPa auf, und die Zugfestigkeit von Edelstahl 304 liegt bei etwa 515–750 MPa. Nach einer Kaltumformung wie Kaltwalzen oder Kaltziehen kann die Streckgrenze auf über 515 MPa ansteigen, und die Zugfestigkeit kann Werte von über 800 MPa erreichen. 304 ist ein austenitischer Edelstahl mit mittlerer Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit, hoher Duktilität und guter Schweißbarkeit. Er eignet sich für chemische Rohrleitungen, Lebensmittelanlagen, medizinische Geräte, Befestigungselemente wie Schrauben und Muttern, Blechteile, dekorative Bauteile sowie allgemeine korrosionsbeständige Teile.
EDELSTAHL 316
Die Streckgrenze von Edelstahl 316 im lösungsgeglühten oder geglühten Zustand beträgt in der Regel ≥ 205 MPa, wodurch er als austenitischer Edelstahl mittlerer bis geringer Festigkeit gilt. Er ist korrosionsbeständig, leicht schweißbar und hochduktil und eignet sich für chemische Rohrleitungen, Ventile, Pumpengehäuse, Flansche, Befestigungselemente, Lebensmittelanlagen, medizinische Geräte und Schiffsbauteile. Nach der Kaltumformung kann seine Streckgrenze ≥515 MPa erreichen, wodurch er sich für korrosionsbeständige Bauteile mit höheren Anforderungen an die Verformungsbeständigkeit eignet.
Gängige Verfahren zur Stahlbearbeitung
1. Wenden
Das Drehen ist ein Zerspanungsverfahren, bei dem sich das Werkstück dreht, während das Drehwerkzeug in das Werkstück eindringt. Es eignet sich für die Bearbeitung von rotationssymmetrischen Stahlteilen wie Wellen, Scheiben und Hülsen. Es bietet eine hohe Effizienz bei geringen Kosten und gewährleistet Koaxialität, Rechtwinkligkeit sowie die Genauigkeit zylindrischer Oberflächen.
2. Fräsen
Beim Fräsen wird Material mit einem rotierenden Fräser abgetragen; dieses Verfahren eignet sich zur Bearbeitung von Ebenen, Nuten, Stufen, Konturen und komplexen Strukturen. Es wird häufig für Halterungen, Sockel, Konstruktionsteile und unregelmäßig geformte Stahlteile eingesetzt.
3. Bohren
Das Bohren wird hauptsächlich zur Herstellung von Bohrungen in Stahl eingesetzt, in der Regel mit einem Spiralbohrer, der axial vorgeschoben wird. Da die Spanabfuhr, die Wärmeableitung und die Steifigkeit des Werkzeugs begrenzt sind, erfordern tiefe oder große Bohrungen häufig das Stufenbohren, Reiben oder eine anschließende Schlichtbearbeitung.
4. Langweilig
Beim Aufbohren wird eine vorhandene Bohrung vergrößert und korrigiert, um die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität der Bohrung zu verbessern. Dieses Verfahren eignet sich für die Bearbeitung großer Bohrungen, Präzisionsbohrungen und innerer Bohrungsmerkmale an Bauteilen wie Gehäusen, Maschinenfundamenten und Halterungen.
5. Schleifen
Beim Schleifen werden Schleifkörner auf einer Schleifscheibe eingesetzt, um die Oberfläche von Stahlteilen zu bearbeiten und so eine hohe Maßgenauigkeit sowie eine geringe Oberflächenrauheit zu erzielen. Dieses Verfahren wird häufig zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl, hitzebeständigem Stahl, Lagern, Messgeräten und Präzisionsteilen eingesetzt.
6. Hobeln
Hobelmaschinen erzeugen durch die lineare Hin- und Herbewegung von Werkzeug und Werkstück Hohl- oder Rillenfräsungen. Die Maschinen sind einfach aufgebaut und vielseitig einsetzbar, weisen jedoch eine relativ geringe Effizienz auf, weshalb sie sich für die Bearbeitung von Einzelstücken, Kleinserien oder großen Stahlflachflächen eignen.
7. Räumen
Beim Räumen wird mit einem mehrzahnigen Räumwerkzeug in einem einzigen Hub kontinuierlich Material abgetragen, wodurch schnell eine gute Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität erreicht wird. Dieses Verfahren eignet sich für die Serienbearbeitung von Innenbohrungen, Keilnuten, ebenen Flächen und profilierten Oberflächen, allerdings sind die Werkzeugkosten relativ hoch.
8. Sägen
Das Sägen wird zum Ausschneiden, Zerschneiden oder Schlitzen von Stahl eingesetzt und ist ein gängiger Vorbearbeitungsprozess vor der mechanischen Bearbeitung. Bei der Bearbeitung sollten die geeignete Zahnform des Sägeblatts sowie die entsprechenden Parameter entsprechend der Materialhärte, der Querschnittsdicke und der Schneidleistung ausgewählt werden.
9. EDM und Drahtschneiden
Bei diesem Verfahren wird Metall mittels gepulster elektrischer Entladungen geschnitten oder abgetragen; es handelt sich um ein berührungsloses Bearbeitungsverfahren, das sich für hochharte oder schwer zerspanbare Stähle eignet. Es ermöglicht die Bearbeitung komplexer Konturen, Präzisionsformen und Sonderformteile, wobei jedoch die thermisch betroffenen Zonen an der Oberfläche sowie die Gefahr von Mikrorissen zu beachten sind.
Was sind ultrahochfeste Stähle?
Unter ultrahochfestem Stahl versteht man in der Regel legierten Stahl mit einer Streckgrenze von mehr als 1380 MPa oder einer Zugfestigkeit von mehr als 1470 MPa.
Ultrahochfeste Stähle lassen sich je nach ihrer Zusammensetzung und ihren Verfestigungsmechanismen in verschiedene Typen unterteilen. Zu den gängigen niedriglegierten ultrahochfesten Stählen zählen unter anderem AISI 4340, 300M und Eglin-Stahl. Unter diesen ist AISI 4340 ein klassischer niedriglegierter ultrahochfester Stahl, der häufig in hochbelasteten Bauteilen wie Flugzeugfahrwerken und Triebwerkswellen zum Einsatz kommt.
Sekundärhärtende ultrahochfeste Stähle wie beispielsweise HY-180, AF1410 und AerMet 100 zeichnen sich durch hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und hervorragende Ermüdungsbeständigkeit aus und werden häufig in Fahrwerken von Kampfflugzeugen, Flugzeugtriebwerksteilen und Fanghaken von Flugzeugträgern eingesetzt.
Maraging-Stähle mit extrem hoher Festigkeit wie 18Ni, T250 und T300 erreichen ihre hohe Festigkeit durch Aushärtung durch Ausscheidungshärtung und werden häufig für Raketentriebwerksgehäuse und Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt verwendet.
Zu den im Automobilbereich häufig verwendeten ultrahochfesten Stählen gehört der Borstahl 22MnB5. Nach der Warmumformung kann seine Zugfestigkeit 1500–2000 MPa erreichen, und er wird hauptsächlich für sicherheitsrelevante Strukturbauteile im Automobilbau wie A- und B-Säulen sowie Aufprallträger verwendet.
Wie wirkt sich die Festigkeit von Stahl auf die Bearbeitungskosten aus?
Je höher die Festigkeit des Stahls ist, desto größer ist die bei der Bearbeitung erforderliche Schnittkraft. Dies stellt höhere Anforderungen an die Werkzeugleistung, die Maschinensteifigkeit und die Bearbeitungsgenauigkeit, was häufig zu schnellerem Werkzeugverschleiß, geringerer Effizienz und höheren Fertigungskosten führt. Daher sollten bei der Stahlauswahl nicht nur Festigkeit und Gebrauchseigenschaften, sondern auch die Zerspanbarkeit und die Gesamtproduktionskosten berücksichtigt werden.
Im Allgemeinen sind die Bearbeitungskosten für Edelstahl, legierten Stahl und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt höher; bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt liegen sie auf einem moderaten Niveau, während Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Gusseisen und verzinkter Stahl in der Regel relativ niedrige Bearbeitungskosten aufweisen. Die tatsächlichen Kosten hängen jedoch nach wie vor von den Materialspezifikationen, der Bauteilstruktur, dem Bearbeitungsverfahren und der Leistungsfähigkeit der Anlagen ab.
Zusammenfassung:
Der obige Abschnitt behandelt die wichtigsten Kenntnisse zum Thema Stahlfestigkeit und stellt vor allem verschiedene Stahlsorten sowie die Festigkeitsklassen vor, die in der technischen Fertigung üblicherweise berücksichtigt werden. Wenn Sie mehr erfahren möchten oder wenn Sie während der Arbeit auf Probleme stoßen, Stahlbearbeitung, Sie können sich an die Ingenieure unter folgender Adresse wenden: Weldo-Bearbeitung für Unterstützung beim DFM-Design und Kalkulation der Bearbeitungskosten.
