Koolstofstaal versus roestvrij staal

Wat betekent koolstofstaal eigenlijk?

"Koolstofstaal" heeft twee betekenissen:een technische definitie en een meer algemene classificatie. De technische definitie is heel duidelijk:volgens het American Iron and Steel Institute (AISI) moet een staal voldoen aan de volgende normen om te voldoen aan de technische definitie van koolstofstaal:

1. Er is geen minimumgehalte gespecificeerd of vereist voor chroom, kobalt, columbium [niobium], molybdeen, nikkel, titanium, wolfraam, vanadium of zirkonium, of enig ander element dat moet worden toegevoegd om een ​​gewenst legeringseffect te verkrijgen
2. Als het gespecificeerde minimum voor koper niet hoger is dan 0,40 procent
3. Wanneer het maximale gehalte gespecificeerd voor een van de volgende elementen de vermelde percentages niet overschrijdt:mangaan 1,65, silicium 0,60, koper 0,60.
   

De technische definitie, hoewel complex, komt neer op één simpele beperking:echt koolstofstaal mag bijna geen legeringselementen bevatten, waardoor ze voornamelijk uit twee materialen bestaan:ijzer en koolstof. De hoeveelheid koolstof kan variëren en er zijn een paar acceptabele legeringsmaterialen, maar deze staalsoorten zijn eenvoudig.

Naast de precieze definitie wordt de term koolstofstaal ook gebruikt om te verwijzen naar de brede groep gelegeerde staalsoorten die geen roestvrij staal zijn. In tegenstelling tot koolstofstaal kan laaggelegeerd staal kleine hoeveelheden van een grote verscheidenheid aan legeringselementen bevatten, waardoor ze kunnen worden aangepast voor een grotere verscheidenheid aan toepassingen. Deze staalsoorten voldoen weliswaar niet aan de technische vereisten van koolstofstaal, maar duiden op de grotere kloof tussen staal:roestvrij staal versus al het andere.

Koolstofstaal (per definitie)

Simpel gezegd, koolstofstaal is per definitie uiterst eenvoudig. Het is ijzer met wat koolstof en beperkte legeringselementen. Bovendien is elk staal dat legeringselementen vereist (zoals 4140 en 4340, bijvoorbeeld) niet koolstofstaal. Binnen de definitie van koolstofstaal kunnen materialen worden gedefinieerd als staal met een laag koolstofgehalte of staal met een hoog koolstofgehalte. Koolstofarme staalsoorten zijn extreem gebruikelijk, terwijl koolstofarme staalsoorten alleen worden gebruikt in zeer sterke, niet-corrosieve omgevingen. 1020 Staal, een staal met een laag koolstofgehalte, is een van de meest populaire staalsoorten die tegenwoordig worden geproduceerd.

‍Lees onze Metal X Design Guide

Koolstofstaal heeft verschillende mechanische eigenschappen op basis van het koolstofgehalte. Koolstofarme staalsoorten zijn zwakker en zachter, maar kunnen gemakkelijk worden bewerkt en gelast; terwijl koolstofstaal sterker is, maar aanzienlijk moeilijker te verwerken. Alle koolstofstaalsoorten zijn gevoelig voor roest, waardoor ze ongeschikt zijn voor gebruik in een breed scala aan eindgebruikstoepassingen. Over het algemeen is koolstofstaal uitstekend als u op zoek bent naar een goedkoop metaal, maar over het algemeen ongeschikt voor hoogwaardige of zeer nauwkeurige fabricageprocessen.

Laaggelegeerde staalsoorten (ook wel koolstofstaal genoemd)

Laaggelegeerde staalsoorten integreren een of meer legeringselementen (zoals chroom, kobalt, niobium, molybdeen, nikkel, titanium, wolfraam, vanadium of zirkonium) om de materiaaleigenschappen van traditioneel koolstofstaal te verbeteren. Ze zijn vaak sterker, stijver en iets beter bestand tegen corrosie dan traditioneel koolstofstaal.

Gelegeerd staal wordt gedefinieerd door de primaire legeringsmaterialen (naast koolstof). 4140, een van de meest voorkomende gelegeerde staalsoorten, is een chroom-molybdeen gelegeerd staal. Dit betekent dat de primaire legeringselementen chroom zijn (wat de corrosieweerstand verhoogt) en molybdeen (wat de taaiheid verhoogt). Als gevolg hiervan wordt 4140 gebruikt in toepassingen met hoge slijtage en verhoogde temperaturen.

Gelegeerd staal is tegenwoordig een van de meest gebruikte staalsoorten in de industrie. Ze zijn bewerkbaar, betaalbaar, gemakkelijk verkrijgbaar en hebben goede mechanische eigenschappen. Als een onderdeel niet corrosiebestendig hoeft te zijn, bieden laaggelegeerde staalsoorten de beste waar voor uw geld.

De eigenschappen die gelegeerd staal voordelig maken om via conventionele methoden te produceren, maken het minder waardevol voor 3D-printen. Omdat het gemakkelijk te bewerken en goedkoop te verkrijgen is, maken de hogere inherente onderdeelkosten van metaal 3D-printen het economisch onhoudbaar om te printen. Een paar metaaldrukkerijen bieden laaggelegeerde staalsoorten zoals 4140 aan, maar die zijn over het algemeen zeldzaam.

Roestvrij staal

Roestvast staal is verenigd rond één belangrijke materiaaleigenschap:uitstekende corrosieweerstand, toe te schrijven aan een hoog chroomgehalte (>10,5% per massa) en een laag koolstofgehalte (<1,2% per massa). Naast corrosieweerstand, kunnen de mechanische eigenschappen van deze staalsoorten sterk variëren.

Austenitisch roestvast staal is het meest voorkomende type roestvast staal. Ze zijn corrosiebestendig en kunnen zowel gemakkelijk worden bewerkt als gelast, hoewel ze niet met warmte kunnen worden behandeld. 303 en 304 zijn de meest voorkomende soorten austenitisch roestvast staal en 316L is een variant die de corrosieweerstand maximaliseert. Deze staalsoorten worden gebruikt in een breed scala aan bewerkingen - omdat ze weerbestendig zijn, werken ze vrijwel overal. Vanwege hun hogere kosten kan 3D-printen met metaal een haalbare fabricagemethode voor deze onderdelen zijn.

Martensitisch roestvast staal biedt betere mechanische eigenschappen dan austenitisch staal ten koste van ductiliteit. Als groep missen ze de algemene veelzijdigheid van austenitische staalsoorten, maar hun hoge sterkte in combinatie met corrosieweerstand die veel beter is dan die van laaggelegeerde staalsoorten, maakt ze geschikt voor elk onderdeel met hoge sterkte dat zich in een oxiderende omgeving bevindt. Bovendien kunnen martensitische staalsoorten een warmtebehandeling ondergaan om de hardheid, sterkte en stijfheid verder te vergroten.

17-4 PH is een bijzonder nuttig type martensitisch roestvrij staal dat met warmte kan worden behandeld om aan verschillende materiaaleigenschappen te voldoen. Vanwege de hoge hardheid en extreem lage bewerkbaarheid is 3D-printen vaak goedkoper dan zorgvuldig machinaal bewerken. Als je meer wilt weten over het 3D-printen van metalen onderdelen, bekijk dan de Markforged Metal X.

Vraag een Metal X-offerte aan

Koolstofstaal versus roestvrij staal:eindoordeel

Het debat over koolstofstaal versus roestvrij staal is iets gecompliceerder dan aanvankelijk werd gedacht, aangezien koolstofstaal kan verwijzen naar twee verschillende soorten staal:traditioneel koolstofstaal en laaggelegeerd staal.

In vergelijking met koolstofarm staal biedt roestvrij staal een enorme upgrade in sterkte, hardheid en vooral corrosieweerstand. Koolstofstaal biedt een sterkte die wedijvert met en soms zelfs groter is dan roestvrij staal, maar is grotendeels een nichemateriaal in de productiewereld. In tegenstelling tot koolstofstaal kan roestvrij staal overleven en gedijen, oxidatievrij, in corrosieve of vochtige omgevingen. Dat gezegd hebbende, koolstofstaal is veel goedkoper dan roestvrij staal en beter geschikt voor grote structurele componenten, zoals buizen, balken en gewalst plaatstaal.

Laaggelegeerd staal is in de meeste opzichten superieur aan koolstofstaal, maar is nog steeds niet bestand tegen corrosie. Het kan de materiaaleigenschappen van roestvrij staal effectief evenaren - als gevolg daarvan worden legeringen zoals 4140 en 4340 vaak machinaal bewerkt en gebruikt in veel toepassingen waarin een beetje oxidatie geen kwaad kan. Roestvrij staal is een materiaal van hogere kwaliteit dat beter wordt gebruikt in industriële operaties, waar de kwaliteit van onderdelen niet in gevaar kan worden gebracht.