“Staal” zelf voor deze uitgebreide CNC-materialengids

In sectoren die hoogwaardige, duurzame onderdelen vereisen, zoals de automobiel-, lucht- en ruimtevaart- en robotindustrie, zijn staal en aluminium over het algemeen de materialen bij uitstek voor veel toepassingen. Staal en aluminium hebben echter zeer verschillende fysieke kenmerken en prijspunten, dus het is erg belangrijk om te bepalen welk onderdeel beter geschikt is voor een bepaald onderdeel.

Een van die bepalende factoren is meestal de productiemethode, die in deze industrieën vaak CNC-bewerking is. Bij het bewerken van een metalen onderdeel zijn er verschillende belangrijke redenen waarom staal een geschiktere materiaalkeuze kan zijn dan aluminium. Hoewel aluminium ongelooflijk licht van gewicht is, is staal veel sterker. Bovendien is aluminium vaak veel duurder.

De keuze komt echter niet alleen neer op aluminium versus staal. Staal is eigenlijk een familie van materialen en het is belangrijk om verschillende staalsoorten - en hun respectieve voordelen en beperkingen - zorgvuldig te evalueren tijdens het materiaalkeuzeproces. Hier zijn vier van de meest bewerkte staalsoorten en wat productteams over elk moeten weten.

1. 4140 staal

4140-staal wordt in tal van industrieën gebruikt vanwege zijn hoge vermoeiingssterkte, algehele taaiheid en weerstand tegen slijtage en impact. De chemische samenstelling van 4140 maakt het bijzonder sterk, taai, kneedbaar en hardbaar. Bovendien dragen het chroom en molybdeen bij aan de corrosieweerstand, en het mangaan- en koolstofgehalte verhogen de hardbaarheid verder en bevorderen de desoxidatie. Het wordt als zeer veelzijdig en gemakkelijk bewerkbaar beschouwd en kan worden gebruikt voor veel stalen onderdelen voor algemeen gebruik.

4140-staal is veel taaier dan gewoon koolstofstaal, dus het vereist meer kracht voor effectief vormen. Bovendien is gloeien bij het bewerken van 4140-staal belangrijker dan bij eenvoudige, koolstofarme staalsoorten. Hoewel het vaak quench-gehard is, is 4140 niet gemakkelijk te lassen en vereist het een thermische behandeling voor en na het lassen om scheuren te voorkomen, evenals het gebruik van een compatibel vulmateriaal.

4140 vereist iets hogere materiaalkosten dan niet-gelegeerd, puur koolstofstaal, evenals aanzienlijk hogere bewerkingskosten. Omdat het echter zo sterk en duurzaam is, wordt het als zeer kosteneffectief beschouwd.

Mechanische specificaties:

• Warmtebehandeling:in olie gedoofd, 540 °C getemperd, 25 mm rond
• Ultieme treksterkte:1140 MPa
• Verlenging bij pauze:18%
• Elasticiteitsmodulus:205 GPa
• Hardheid:35 HRC

2. 1018 staal

1018-staal is een koolstofstaal voor algemeen gebruik dat bestaat uit ijzer, koolstof, mangaan, fosfor en zwavel. 1018 staal heeft een uitstekende lasbaarheid, maar het is niet zo hard als sommige andere staalsoorten.

Het belangrijkste voordeel van 1018 staal is de verwerkbaarheid. Het is heel gemakkelijk te vormen, smeden, lassen en heet werk, wat het gunstig maakt voor onderdelen die ernstige bochten of andere fijne functies vereisen. Als zodanig wordt 1018-staal vaak gebruikt voor toepassingen zoals assen, spindels, pennen of staven. Het wordt ook beschouwd als een goede keuze voor gecarboniseerde onderdelen.

Hoewel 1018-staal kan worden gelast, wordt lassen niet aanbevolen wanneer het staal is gecarbonitreerd en gecarboniseerd. Dit is een beperking waar productieteams zich bewust van moeten zijn bij het werken met 1018-staal. Vanwege de relatief zachte textuur van het materiaal kan het ook moeilijk zijn om het af te werken.

Aan de bewerkbaarheid, sterkte en precisie van 1018 staal hangt een hoog prijskaartje. Het is duurder dan sommige vergelijkbare staalsoorten, maar is veel beter geschikt voor CNC-bewerking dan deze vergelijkbare staalsoorten.

Mechanische specificaties:

• Koudgetrokken
• Ultieme treksterkte:440 MPa
• Verlenging bij pauze:15%
• Elasticiteitsmodulus:200 GPa
• Hardheid:71 HRB

3. 1045 staal

1045 staal is samengesteld uit ijzer, koolstof, siliconen, mangaan en zwavel of fosfor. Het is een medium koolstofstaal ontworpen voor sterkte en hardheid. Zijn maatnauwkeurigheid, rechtheid en concentriciteit maken hem bijzonder geschikt voor toepassingen met hoge snelheden. Het wordt vaak gebruikt om bouten, tapeinden, tandwielen, assen en assen te maken.

1045 wordt vaak gekozen vanwege zijn relatieve sterkte en slagvastheid. 1045 staal meet 54 op de Izod-botstest. Het is ook zeer bewerkbaar en kan gemakkelijker worden gelast dan staal met een hoog koolstofgehalte of hooggelegeerd staal, zowel in koudgetrokken als in genormaliseerde toestand.

Omdat 1045 echter een staal is met een gemiddelde treksterkte en een gemiddelde hardbaarheid, is het niet geschikt voor toepassingen die een zeer sterk materiaal vereisen. Voor toepassingen die meer sterkte en slijtvastheid vereisen dan zacht staal, maar minder sterkte dan de hardste staalsoorten, kan 1045 een goede optie zijn.

1045 staal kan vlam- of inductiegehard zijn in zowel gewalste als genormaliseerde omstandigheden. Het reageert echter niet gunstig op nitreren, omdat het de vereiste legeringselementen mist.

1045-staal is duurder en biedt een grotere sterkte dan 1018-staal, maar heeft veel van dezelfde lasbaarheid en bewerkbaarheid, wat bijdraagt ​​aan de hogere kosten.

Mechanische specificaties: 

• Koudgetrokken
• Ultieme treksterkte:625 MPa
• Verlenging bij breuk:12%
• Elasticiteitsmodulus:206 GPa
• Hardheid:88 HRB

4. 4130 staal

Beschouwd als een staal met een laag koolstofgehalte, is 4130-staal samengesteld uit ijzer, koolstof, chroom, mangaan, molybdeen, fosfor, silicium en zwavel. 4130 is een uitzonderlijk taai staal dat relatief gemakkelijk met warmte te behandelen en zeer bewerkbaar is.

4130 staal biedt een elasticiteitsmodulus die hoger is dan de meeste andere staalsoorten met vergelijkbare ultieme sterkte, waardoor het bestand is tegen hoge spanningen. Deze kwaliteit maakt 4130 staal bijzonder gunstig als constructiestaal, gebruikt voor verschillende constructietoepassingen. Om al deze redenen wordt 4130 vaak gebruikt bij het maken van productieapparatuur, steenbreekmachines en weerstandslasproducten. 4130 staal is zeer geschikt voor een verscheidenheid aan warmtebehandelingsprocessen.

Hoewel 4130-staal zeer hittebehandelbaar is, kan het een uitdaging zijn om te lassen. De hoge hardbaarheid maakt het een uitdaging om een ​​compatibel vulmetaal te selecteren dat een vergelijkbare sterkte heeft. Een goed begrip van de eigenschappen van 4130 en de eigenschappen van alle toevoegmaterialen is noodzakelijk om dit staal succesvol te lassen.

4130-staal is een relatief goedkoop staal, zowel wat betreft grondstofkosten als snijkosten. Het is in veel opzichten vergelijkbaar met roestvrij staal van vliegtuigkwaliteit in zijn fysieke eigenschappen, maar heeft een veel lager prijskaartje, waardoor het een wenselijke optie is voor veel productteams.

Mechanische specificaties:

• Met water geblust 855 °C, temperatuur van 450 °C, 25 mm rond
• Ultieme treksterkte:993 MPa
• Verlenging bij breuk:18,5%
• Elasticiteitsmodulus:205 GPa
• Hardheid:31 HRC

Haal het meeste uit elk staal met de hulp van een productiepartner

CNC-bewerking is een zeer veelzijdig productieproces waarmee snel sterke en functionele onderdelen kunnen worden gemaakt die zijn gemaakt van talloze materialen, waaronder staal. Het bepalen van het beste staal — of ander metaal of plastic — voor een bepaald project kan echter een uitdaging en tijdrovend zijn, vooral als er zoveel opties zijn.

Dat is waar een ervaren productiepartner als Fast Radius kan helpen. Ons team van ontwerpers, ingenieurs en projectmanagers heeft jarenlange ervaring met het helpen van klanten bij het stroomlijnen en optimaliseren van het hele productieproces - van ontwerp, prototyping en materiaalkeuze tot productie en uitvoering. We zijn goed uitgerust om productteams in alle soorten en maten te helpen bij het selecteren van het CNC-bewerkingsmateriaal dat geschikt is voor hun unieke vereisten en prijs. Neem vandaag nog contact met ons op om aan de slag te gaan.

Voor meer informatie over CNC-bewerking en tips van experts voor materiaalkeuze, bekijk onze gerelateerde artikelen in het Fast Radius-leercentrum.