CNC-materialen meesteren: Uitgebreide gids voor staal- en aluminiumselectie

In sectoren die hoogpresterende, duurzame onderdelen vereisen, zoals de auto-, luchtvaart-, en robotica-industrie, zijn staal en aluminium de materialen van keuze voor veel toepassingen. Echter, staal en aluminium hebben heel andere fysieke kenmerken en prijspunten, dus het is zeer belangrijk om te bepalen welk beter geschikt is voor een gegeven onderdeel.

Eén van die bepalende factoren is typisch de productiemethode, wat in deze industrieën vaak CNC-bewerking is. Bij het bewerken van een metaalonderdeel, zijn er diverse belangrijke redenen waarom staal een meer geschikte materiaalkeuze kan zijn dan aluminium. Terwijl aluminium ongelofelijk lichtgewicht is, is staal veel sterker. Wat meer is, neigt aluminium ertoe veel duurder te zijn.

Echter, de keuze komt niet neer op alleen aluminium versus staal. Staal is eigenlijk een familie van materialen, en het is belangrijk om verschillende stalen — en hun respectieve voor- en nadelen — tijdens het materiaalselectieproces zorgvuldig te evalueren. Hier zijn vier van de meest algemeen bewerkte typen staal, en wat productteams over elk ervan moeten weten.

1. 4140 staal

4140 staal wordt over tal van industrieën gebruikt vanwege de hoge vermoeidheidssterkte, algehele zwaarte, en weerstand tegen slijtage en impact. De chemische samenstelling van 4140 maakt het bijzonder sterk, zwaar, duktil, en verhardbaar. Daarnaast dragen chroom en molybdeen bij aan corrosieweerstand, en het mangaan- en koolstofgehalte verhogen de verhardbaarheid verder terwijl ze deoxidatie bevorderen. Het wordt als hoogst veelzijdig en gemakkelijk bewerkbaar beschouwd, en kan voor veel aldoende staalonderdelen worden gebruikt.

4140 staal is veel zwaarder dan gewone koolstofstalen, dus het vereist meer kracht voor effectief vormen. Daarnaast is bij het bewerken van 4140 staal aanbranden belangrijker dan met eenvoudige, laag-koolstofstalen. Hoewel het vaak kwikverhard wordt, is 4140 niet gemakkelijk te lassen en zal voor- en na-lets warmtebehandeling vereisen om scheuring te voorkomen, alsook rekening houdend met het gebruik van een compatibel vultmateriaal.

4140 eist een iets hogere materiaalkost dan niet-legererde, zuivere koolstofstalen, alsook een aanzienlijk hogere bewerkingskost. Echter, omdat het zo sterk en duurzaam is, wordt het als hoogst kosteneffectief beschouwd.

Mechanische specificaties:

• Warmtebehandeling: Olie gekwikt, 540°C aanbranden, 25mm rond
• Uitreksterkte: 1140 MPa
• Rek bij breuk: 18%
• Elasticiteitsmodulus: 205 GPa
• Hardheid: 35 HRC

2. 1018 staal

1018 staal is een aldoende koolstofstaal samengesteld uit ijzer, koolstof, mangaan, fosfor, en zwavel. 1018 staal heeft uitstekende lasbaarheid, maar is niet zo hard als sommige andere stalen.

Het primaire voordeel van 1018 staal is de bewerkbaarheid. Het is heel gemakkelijk te vormen, smeden, lassen, en warm te bewerken, wat het gunstig maakt voor onderdelen die severe buigingen of andere fijne kenmerken vereisen. Als zodanig wordt 1018 staal vaak gebruikt voor toepassingen zoals assen, spindels, pennen, of stangen. Het wordt ook als een goede keuze voor ge-carburiseerde onderdelen beschouwd.

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

De bewerkbaarheid, sterkte, en precisie van 1018 staal komen met een hoge prijs. Het is duurder dan sommige vergelijkbare stalen, maar is veel beter geschikt voor CNC-bewerking dan deze vergelijkbare stalen.

Mechanische specificaties:

• Koudgetrokken
• Uitreksterkte: 440 MPa
• Rek bij breuk: 15%
• Elasticiteitsmodulus: 200 GPa
• Hardheid: 71 HRB

3. 1045 staal

1045 staal is samengesteld uit ijzer, koolstof, silicium, mangaan, en zwavel of fosfor. Het is een medium koolstofstaal ontworpen voor sterkte en hardheid. De maatnauwkeurigheid, rechttaardigheid, en concentriciteit maken het bijzonder goed geschikt voor hoge-snelheidstoepassingen. Het wordt veel gebruikt om bouten, stiften, tandwielen, assen, en assen te maken.

1045 wordt vaak geselecteerd voor de relatieve sterkte en impactweerstand. 1045 staal meet 54 op de Izod-impacttest. Het is ook hoog bewerkbaar en kan gemakkelijker gelast worden dan hoog-koolstof- of hoog-legeringsstalen, of in de koudgetrokken of genormaliseerde toestand.

Echter, aangezien 1045 een staal is van medium trekkracht en medium verhardbaarheid, is het niet geschikt voor toepassingen die een zeer hoogsterktemateriaal vereisen. Voor toepassingen die meer sterkte en slijtweerstand vereisen dan zachte stalen, maar minder sterkte dan de hardste stalen, kan 1045 een goede optie zijn.

1045 staal kan vlam- of inductieverhard worden in zowel de gewalste als genormaliseerde condities. Echter, het reageert niet gunstig op nitreren, omdat het de vereiste legeringselementen mist.

1045 staal is duurder en biedt grotere sterkte dan 1018 staal, maar veel van dezelfde lasbaarheid en bewerkbaarheid, wat bijdraagt aan de hogere kost.

Mechanische specificaties:

• Koudgetrokken
• Uitreksterkte: 625 MPa
• Rek bij breuk: 12%
• Elasticiteitsmodulus: 206 GPa
• Hardheid: 88 HRB

4. 4130 staal

Overweg een laag koolstofstaal, is 4130 staal samengesteld uit ijzer, koolstof, chroom, mangaan, molybdeen, fosfor, silicium, en zwavel. 4130 is een uitzonderlijk zwaar staal dat relatief gemakkelijk warmtebehandeld kan worden en hoogst bewerkbaar is.

4130 staal biedt een elasticiteitsmodulus die hoger is dan de meeste andere stalen van vergelijkbare uittrekksterkte, wat het in staat stelt om hoge spanningen te weerstaan. Deze kwaliteit maakt 4130 staal bijzonder gunstig als constructiesstaal, gebruikt voor diverse bouwtoepassingen. Om al deze redenen wordt 4130 frequent gebruikt in de creatie van productieapparatuur, gesteentekruimachines, en weerstandsletselproducten. 4130 staal is goed geschikt voor een verscheidenheid aan warmtebehandelingsprocessen.

Hoewel 4130 staal hoogst warmtebehandelbaar is, kan het uitdagend zijn om te lassen. De hoge verhardbaarheid maakt het uitdagend om een compatibel vultmetaal te selecteren dat vergelijkbare sterkte zal hebben. Een begrip van de eigenschappen van 4130 en die van enig vultmetaal is noodzakelijk om dit staal succesvol te lassen.

4130 staal is een relatief laagkost staal, zowel in termen van grondstofkost als snijkost. Het is, op vele manieren, vergelijkbaar met vliegtuigkwaliteit roestvrij staal in fysieke eigenschappen, maar komt tegen een veel lagere prijs, wat het een gewenste optie maakt voor veel productteams.

Mechanische specificaties:

• Water gekwikt 855°C, 450°C aanbranden, 25mm rond
• Uitreksterkte: 993 MPa
• Rek bij breuk: 18,5%
• Elasticiteitsmodulus: 205 GPa
• Hardheid: 31 HRC

Het meeste uit elk staal halen met de hulp van een productiepartner

CNC-bewerking is een hoogst veelzijdig productieproces dat de snelle creatie van sterke en functionele onderdelen uit talloze materialen toestaat, inclusief stalen. Echter, het bepalen van het beste staal — of ander metaal of kunststof — voor een gegeven project kan uitdagend en tijdrovend zijn, met name wanneer geconfronteerd met zoveel opties.

Daar kan een geseasonde productiepartner zoals Fast Radius helpen. Ons team van ontwerpers, ingenieurs, en projectmanagers heeft jarenlange ervaring in het helpen van klanten het gehele productieproces te stroomlijnen en te optimaliseren — van ontwerp, prototyping, en materiaalselectie tot productie en fulfillment. We zijn goed uitgerust om productteams van alle vormen en maten te helpen het CNC-bewerkingsmateriaal te selecteren dat goed is voor hun unieke vereisten en prijspunt. Neem vandaag nog contact met ons op om te beginnen.

Voor meer informatie over CNC-bewerking en expert tips voor materiaalselectie, bekijk onze gerelateerde artikelen in het Fast Radius kenniscentrum.