Tophardste materialen voor extreme toepassingen

Wat is de “hardheid” van het materiaal bij CNC-productie?

In de context van de materiaalkunde verwijst 'hardheid' doorgaans naar het vermogen van het materiaal om inkepingen, krassen of andere vormen van oppervlaktepenetratie te weerstaan wanneer het wordt blootgesteld aan mechanische krachten of schurende omstandigheden. Harde materialen ondergaan minder snel slijtage, vervorming of schade, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waarbij duurzaamheid essentieel is.

Hardheid en sterkte – wat is het verschil?

Hardheid en sterkte zijn verschillende eigenschappen. Hardheid is de weerstand van een materiaal tegen indeuking of slijtage op de externe oppervlakken, terwijl sterkte het vermogen is om een ​​uitgeoefende belasting te weerstaan ​​zonder falen of permanente vervorming. Ook kunnen materialen op verschillende manieren worden behandeld om de sterkte en/of oppervlaktehardheid te verbeteren. Dit zijn de meest voorkomende categorieën van materiaalsterkte.

• Druksterkte. Deze eigenschap geeft de maximale belasting aan die een materiaal bij compressie kan verdragen voordat het instort. Fabrikanten houden vaak rekening met druksterkte bij het ontwerpen van componenten die zware belastingen moeten dragen in industriële machines en apparatuur.

• Treksterkte. Treksterkte vertegenwoordigt de maximale spanning die een materiaal kan weerstaan tijdens het trekken voordat het breekt. Het is van cruciaal belang bij productietoepassingen die onderhevig zijn aan hoge spanningen, zoals het ophangen van gereedschappen, draden, kabels en structurele elementen voor gebouwen en bruggen. 

• Vloeisterkte. De vloeigrens helpt fabrikanten de limiet van een materiaal te begrijpen voordat het blijvende vervorming ondergaat. Dit is van belang voor metalen onderdelen die hun vorm en structurele integriteit moeten behouden, zoals onderdelen die bedoeld zijn voor dragende toepassingen.

• Schoksterkte. Deze eigenschap geeft aan hoe goed een materiaal bestand is tegen breuken of breuk bij blootstelling aan plotselinge krachten, dynamische belastingen of schokken. Fabrikanten vertrouwen op materialen met een hoge slagsterkte voor de productie van duurzame onderdelen die worden gebruikt in machines, gereedschappen en auto-onderdelen.
  

Wat zijn de moeilijkste materialen voor CNC-productie?

Hier volgen enkele materialen die industriële klanten vaak gebruiken om onderdelen of componenten te maken die bedoeld zijn voor hardwerkende omgevingen. 

• Roestvrij staal . Beschikt over een hoge treksterkte, corrosieweerstand en duurzaamheid. Het behoudt zijn structurele integriteit in diverse omgevingen, waardoor het waardevol is voor constructie en productie. Het kan echter minder hard zijn dan sommige materialen en is gevoelig voor krassen of deuken, waardoor de oppervlakteafwerking wordt aangetast, tenzij het een hittebehandeling heeft ondergaan.

• Gereedschapsstaal . Vertoont een hoge hardheid, slijtvastheid en taaiheid. Het wordt vaak gebruikt voor precisiesnijgereedschappen en matrijzen, waardoor een langere standtijd en maatnauwkeurigheid wordt gegarandeerd. Staal kan echter broos zijn en gevoelig zijn voor afbrokkeling onder extreme belasting, waardoor zorgvuldige behandeling en onderhoud noodzakelijk zijn.

• Gelegeerd staal . Toont sterkte met grote trekspanning, slijtvastheid en taaiheid. Gelegeerd staal is van cruciaal belang voor toepassingen variërend van zware machines tot structurele componenten, en biedt verbeterde sterkte en duurzaamheid. Gelegeerd staal kan een uitdaging zijn om te bewerken vanwege de hardheid, waarvoor gespecialiseerde gereedschappen en processen nodig zijn.

• Titaan . Biedt een hoge treksterkte, een dichtheid die lager is dan die van staal (maar hoger dan aluminium) en corrosiebestendigheid. Het heeft ook een zeer lage warmtegeleiding, met een sterkte-gewichtsverhouding die het ideaal maakt voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart-, automobiel- en medische industrie. Titanium kan een uitdaging zijn om te bewerken vanwege de hardheid, en vereist gespecialiseerde apparatuur.

• Inconel . Een zeer sterke en corrosiebestendige nikkellegering die wordt gebruikt voor toepassingen in de ruimtevaart, de chemische industrie en de automobielsector. Het kan een uitdaging zijn om het te bewerken vanwege de hardheid en de neiging om uit te harden. Dit betekent dat het harder en brozer kan worden als het vervormd wordt. Dit kan gespecialiseerde gereedschappen en technieken noodzakelijk maken en heeft een negatieve invloed op de levens van de gereedschappen.

• Wolfraam. Heeft een hoog smeltpunt, treksterkte, een behoorlijke hardheid en lage thermische uitzetting. Wolfraam wordt gebruikt in toepassingen bij hoge temperaturen. Het is bros bij kamertemperatuur en kan moeilijk te bewerken zijn.

• Chroom. Biedt hoge hardheid, corrosieweerstand en slijtvastheid. Omdat puur chroom bros is, kan het het beste worden gebruikt als legering en bij de productie van roestvrij staal

Beste praktijken voor het verbeteren van de materiaalhardheid  

Door deze best practices te volgen, kunt u stappen ondernemen om de materiaalhardheid te verbeteren. Goed geharde materialen zijn bestand tegen hogere spanningen, zijn bestand tegen slijtage en behouden de structurele integriteit, waardoor het risico op defecten en dure vervangingen wordt verminderd. Bovendien kan naleving van deze praktijken een wettelijke vereiste zijn in gereguleerde sectoren.

• Warmtebehandeling . Goede warmtebehandelingsprocessen, zoals afschrikken en temperen, kunnen de hardheid van het materiaal aanzienlijk verbeteren door de microstructuur ervan te veranderen.

• Legering. Het opnemen van legeringselementen, zoals chroom, molybdeen of vanadium, in de materiaalsamenstelling kan de hardheid verhogen.

• Koud werkend. Koud bewerken is een productieproces waarbij een materiaal wordt vervormd of gevormd bij kamertemperatuur of lager, waardoor de sterkte ervan toeneemt en de mechanische eigenschappen veranderen zonder verhitting.

• Thermochemische behandelingen. Technieken zoals carboneren of nitreren kunnen het oppervlak van materialen verharden, waardoor de slijtvastheid wordt verbeterd.

Nauwkeurige bewerking. Het gebruik van de juiste snijgereedschappen en -technieken, evenals lagere snijsnelheden tijdens het bewerken, kan helpen de hardheid te behouden, oververhitting te voorkomen en het materiaal zachter te maken.

Lees meer over het selecteren van materialen voor CNC-bewerking, 3D-printen en spuitgieten. Ook kunt u meer lezen over materiaaleigenschappen op onze Knowledge Base. Voor prijzen en doorlooptijden voor uw maatwerkonderdelen kunt u een CAD-bestand uploaden naar onze offertebouwer. 

Veelgestelde vragen

Wat zijn harde materialen bij CNC-bewerking?

Harde materialen zijn materialen die bestand zijn tegen inkepingen, krassen of andere vormen van penetratie in het oppervlak wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische krachten of schurende omstandigheden.

Welke invloed heeft de snijsnelheid op het bewerken van harde materialen?

Voor harde materialen zijn doorgaans lagere snijsnelheden nodig om overmatige gereedschapsslijtage te voorkomen.

Wat zijn veel voorkomende toepassingen voor CNC-bewerking van harde materialen?

Luchtvaart- en auto-onderdelen, zware machines, medische implantaten en hoogwaardige gereedschappen maken vaak gebruik van harde materialen.

Wat zijn de voordelen van het bewerken van harde materialen?

Het bewerken van harde materialen kan resulteren in componenten met uitstekende slijtvastheid, duurzaamheid en precisie.