Edelstahl zählt zu den am häufigsten verwendeten Werkstoffen für die maschinelle Bearbeitung . Durch die Bearbeitung von Edelstahl entstehen Produkte und Werkzeuge für nahezu jeden Wirtschaftszweig.
Die Bearbeitung von Edelstahl ist nicht so einfach wie die von Materialien wie Holz. Edelstahl zeichnet sich durch hohe Härte und Zugfestigkeit aus. Daher erfordert die Bearbeitung von Edelstahl Kenntnisse über die verschiedenen Metallbearbeitungsverfahren, die sich für dieses Material eignen.
Dieser Artikel behandelt die verschiedenen Edelstahlsorten und ihre Bearbeitungsmethoden. Außerdem gibt er Tipps, wie die Edelstahlbearbeitung zum einfachsten Metallbearbeitungsprozess wird.
Was ist Edelstahl?
Edelstahl ist eine Legierung aus Eisen und Chrom. Um bestimmte Eigenschaften zu erzielen, können auch andere Elemente wie Kohlenstoff hinzugefügt werden. Der Chromanteil beträgt mindestens 11 %.
Eisen besitzt hervorragende physikalische Eigenschaften wie Festigkeit und Haltbarkeit. Allerdings ist es sehr anfällig für Korrosion und Abrieb. Durch die Zugabe von Chrom wird Eisen korrosions- und abriebbeständiger.
Kann Edelstahl bearbeitet werden?
Ja, Edelstahl lässt sich bearbeiten. Tatsächlich gibt es viele verschiedene Bearbeitungsverfahren für Edelstahl. Die Bearbeitung von Edelstahl kann recht einfach sein, sobald man die Eigenschaften des Edelstahls und die richtigen Bearbeitungsmethoden kennt.
Arten von Edelstahl
Edelstahl ist eine breite Materialgruppe. Viele glauben fälschlicherweise, Edelstahl sei eine einzige Legierung. Es gibt über 150 Edelstahlsorten, die in verschiedene Klassen eingeteilt werden.
Lassen Sie uns die fünf Edelstahlklassen nacheinander betrachten:
Austenitische rostfreie Stähle
Austenitischer Edelstahl ist die beliebteste Edelstahlsorte. Er verdankt seinen Namen seiner austenitischen Struktur. Austenitische Edelstähle sind nicht magnetisch und lassen sich durch Wärmebehandlung nicht härten. Diese Eigenschaften beruhen auf Elementen wie Nickel, Mangan und Stickstoff.
Austenitische Edelstähle werden in zwei Untergruppen unterteilt: AISI 200 und AISI 300. Manchmal wird diesen Stählen Molybdän zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
Beispiele für austenitische Edelstähle
- Typ 304
- Typ 316
- Legierung 20 (Zimmermann 20)
- Typ 321H
- Typ 309S
Eigenschaften von austenitischem Edelstahl
- Korrosionsbeständigkeit: Sehr hohe
- Wärmebehandelbar: Nein
- Magnetisch: Nicht magnetisch
- Zähigkeit: Sehr hohe
- Duktilität: Sehr hohe
- Schweißkenntnisse: Hoch
- Chromgehalt: 18% im Durchschnitt
- Nickelgehalt: Normalerweise 8 % bis 12 %
- Molybdängehalt: 2% bis 7%
- Kohlenstoffgehalt: Weniger als 0.1%
- Spannungsrisskorrosion: Geringer Widerstand
Anwendungen von austenitischem Edelstahl
- Edelstahl der Güteklasse 200 wird für Haushaltsprodukte wie Waschmaschinen, Automobile, Architektur, Wassertanks und Geschirrspüler verwendet.
- Edelstahl der Güteklasse 300 wird zur Herstellung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, pharmazeutischen Produkten, Werkzeugen für die Bergbauindustrie, Besteck und Lagerausrüstung verwendet.
Ferritische rostfreie Stähle
Ferritische Edelstähle wurden bereits 1912 entdeckt. Ihre breite Anwendung fand sie jedoch erst in den 1980er Jahren. Ferritische Edelstähle gehören zur AISI-400-Familie.
Ferritische Edelstähle zeichnen sich im Vergleich zu anderen Stählen hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften nicht durch ihre überragenden magnetischen Eigenschaften und ihre chemische Beständigkeit aus. Die Stärke von ferritischem Stahl liegt in seiner Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion.
Beispiele für ferritischen Edelstahl
- Typ 405
- Typ 409L
- Typ 410L
- Typ 430
- Typ 439
- Typ 447
Eigenschaften von ferritischem Edelstahl
- Korrosionsbeständigkeit: Sehr hohe
- Wärmebehandelbar: Nein
- Magnetisch: Magnetisch
- Zähigkeit: Medium
- Duktilität: Medium
- Schweißkenntnisse: Niedrig
- Chromgehalt: 10.5% bis 30%
- Nickelgehalt: In der Regel nickelfrei
- Molybdängehalt: Normalerweise 1 % bis 2 %
- Kohlenstoffgehalt: Weniger als 0.08%
- Spannungsrisskorrosion: Hohe Resistenz
Anwendungen von ferritischen rostfreien Stählen
- Ferritische Edelstähle finden Anwendung bei der Herstellung von Küchengeräten, Automobilteilen und Industriewerkzeugen.
Martensitische rostfreie Stähle
Martensitische Edelstähle sind nach Adolf Martens benannt. Diese Stähle zeichnen sich durch ihre außergewöhnlich hohe Härte aus. Zur Erzielung dieser hohen Härte und zum Anlassen werden sie ausgelagert und wärmebehandelt. Martensitische Edelstähle können einen hohen oder niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen.
Beispiele für martensitische rostfreie Stähle
- X12Cr13
- X20Cr30
- X50CrMoV15
- X17CrNi16-2
Eigenschaften von martensitischen rostfreien Stählen
- Korrosionsbeständigkeit: Hoch
- Wärmebehandelbar: Ja
- Magnetisch: Überwiegend magnetisch, einige nichtmagnetisch
- Zähigkeit: Niedrig für ungehärtetes, hoch für gehärtetes
- Duktilität: Hoch
- Schweißkenntnisse: Hoch
- Chromgehalt: 12% bis 17%
- Nickelgehalt: Üblicherweise nickelfrei, manchmal 2 % bis 4 %
- Molybdängehalt: Null bis 1 %
- Kohlenstoffgehalt: 0.1% bis 1.2%
- Spannungsrisskorrosion: Schlechter Widerstand
Anwendungen von martensitischen rostfreien Stählen
Martensitische Stähle werden für chirurgische Instrumente, zahnärztliche Geräte, Türrahmen, Stoßdämpfer, Schusswaffen, Besteck und Kugellager verwendet.
Duplex-Edelstähle
Duplex-Edelstähle bestehen aus zwei Strukturkomponenten. Duplex-Legierungen sind eine Kombination aus austenitischen und ferritischen Edelstählen. Sie verbessern die Eigenschaften dieser beiden Komponenten. Es gibt drei Sorten von Duplex-Edelstahl: Standard-Duplex, Super-Duplex und Lean-Duplex.
Beispiel für Duplex-Edelstahl
- X2CrNiN22-2
- X2CrCuNiN23-2-2
- X2CrNiMoSi18-5-3
- X2CrMnNiMoN21-5-3
- X2CrNiMoCuN25-6-3
- X2CrNiCuN23-4
Eigenschaften von Duplex-Edelstahl
- Korrosionsbeständigkeit: Gut bis Sehr hoch
- Wärmebehandelbar: Ja
- Magnetisch: Magnetisch aufgrund des Vorhandenseins einer ferritischen Struktur
- Zähigkeit: Hoch
- Duktilität: Mittel bis hoch
- Schweißkenntnisse: Hoch, wenn sie Stickstoff enthalten
- Chromgehalt: 18% bis 30%
- Nickelgehalt: 1% bis 9.5%
- Molybdängehalt: 0.1% bis 5%
- Kohlenstoffgehalt: Keine Präsentation
- Spannungsrisskorrosion: Sehr hoher Widerstand
Anwendung von Duplex-Edelstahl
Duplex-Edelstähle werden für Wärmetauscher, Rohre, Gehäuse, Kolonnen, Kondensatoren, Reaktoren, Rohrleitungssysteme und andere kommerzielle Anlagen verwendet.
Ausscheidungshärtende rostfreie Stähle
Ausscheidungshärtende Edelstähle werden auch als PH-Edelstähle bezeichnet. Diese Legierungen enthalten geringe Mengen an Elementen wie Titan, Kupfer, Phosphor oder Aluminium. Nach der Legierungsbildung werden diese Stähle einer Aushärtungsbehandlung unterzogen. Ausscheidungshärtende Edelstähle können die 3- bis 4-fache Streckgrenze von austenitischem Edelstahl erreichen.
Beispiel für ausscheidungsgehärtete Edelstähle
- 17-4 PH-Stahl
Eigenschaften von ausscheidungsgehärteten Edelstählen
Die Eigenschaften von PH-gehärteten Stählen sind sehr variabel und werden speziell angepasst, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Anwendungen von ausscheidungshärtendem Edelstahl
PH-gehärtete Stähle finden Anwendung bei extrem hohen Festigkeitsanforderungen. Typische Beispiele sind der Schiffbau, die Luftfahrtindustrie, Kernkraftwerke und die chemische Industrie.
Bearbeitungsprozesse für Edelstahl
Edelstahl kann einer Reihe verschiedener Bearbeitungsverfahren unterzogen werden. Einige dieser Verfahren sind:
Fräsen
Fräsen ist das gängigste primäre Bearbeitungsverfahren für Edelstahl. Dabei werden mit hoher Drehzahl rotierende Schneidwerkzeuge auf ein stationäres Werkstück angewendet. Die Wahl des richtigen Werkzeugs ist beim Fräsen von Edelstahllegierungen entscheidend. Ungeeignete Werkzeuge oder zu hohe Drehzahlen können zu schnellem Werkzeugverschleiß führen. Das Fräsen von Edelstahl zeichnet sich durch hohe Präzision und eine glatte Schneidkante aus.
Drehung
Beim Drehen werden ein stationäres Schneidwerkzeug und ein rotierendes Werkstück benötigt. Das Werkzeug steht in direktem Kontakt mit dem rotierenden Werkstück, um Material abzutragen. Drehen ist ein gängiges Verfahren zur Bearbeitung von austenitischem Edelstahl. Beim Bearbeiten von Edelstählen ist es wichtig, den Werkzeugüberstand so gering wie möglich zu halten.
Bohren
Bohren ist ein sekundäres Bearbeitungsverfahren, das in Verbindung mit anderen Metallbearbeitungstechniken eingesetzt wird. Es dient dazu, Löcher in das Metallwerkstück einzubringen. Edelstahl wird beispielsweise für Schraubenlöcher, die Montage oder aus ästhetischen Gründen gebohrt.
Threading
Gewinde werden an Stahlteilen angebracht, um Schrauben und Befestigungselemente zu montieren. Die Gewinde können sich innerhalb einer Bohrung oder außerhalb des Werkstücks befinden. Gewinde in Edelstahl werden üblicherweise an Rohren und Leitungen angebracht.
Laserschneiden
Beim Laserschneiden wird ein verstärkter Lichtstrahl zum Schmelzen und Abtragen von Edelstahl eingesetzt. Dieses Verfahren eignet sich nur für dünne Edelstahlbleche. Es ist dem Schneiden mit Hartmetallwerkzeugen überlegen, da kein Werkzeugverschleiß auftritt. Allerdings ist es sehr teuer und erfordert hochqualifizierte Fachkräfte.
Schleifen
Schleifen dient der Verbesserung der Oberflächengüte von Edelstahl. Durch den geringen Materialabtrag wird die Präzision des Werkstücks erhöht. Beim Schleifen werden Schleifscheiben an den Edelstahlwerkstücken gerieben. Dieser Prozess entfernt auch Grate, die beim Schweißen entstanden sind. Durch Schleifen lässt sich eine glatte Schneidkante an Edelstahlteilen erzeugen.
EDM (elektrische Entladungsbearbeitung)
Beim Funkenerosionsbearbeiten (EDM) wird das Metall mithilfe von elektrischen Impulsen geschmolzen. Diese Impulse weisen eine sehr hohe Spannung und Frequenz auf. Die Schnittstärke von Edelstahl ist bei diesem Verfahren begrenzt.
Wasserstrahlschneiden
Beim Wasserstrahlschneiden wird die Kraft von Hochdruckwasser zur Materialabtragung und zum Schneiden genutzt. Mit diesem Verfahren lassen sich auch dicke Edelstahlbleche schneiden. Bei Edelstahlsorten mit geringer Korrosionsbeständigkeit kann das Wasserstrahlschneiden jedoch unerwünschte Folgen haben.
Ist Edelstahl schwer zu bearbeiten?
Edelstahl kann bei der Bearbeitung mitunter Schwierigkeiten bereiten. Diese Schwierigkeiten treten häufig bei Bearbeitungsprozessen auf. Mit bestimmten Vorsichtsmaßnahmen lassen sich die Probleme bei der Bearbeitung von Edelstahl jedoch vermeiden.
Das Hauptproblem entsteht durch die Überhitzung der Stahloberfläche. Überhitzung tritt häufig bei Bearbeitungsprozessen auf. Bei Edelstahllegierungen beeinträchtigt Überhitzung die Korrosionsbeständigkeit des Materials. Sie lässt sich jedoch durch Überwachung des Werkstücks vermeiden. Edelstahl weist bei Erwärmung eine Farbveränderung an der Oberfläche auf.
Diese Wärmereaktion wird durch das Beizen fixiert. Beim Beizen wird Edelstahl mit Salzsäure oder Schwefelsäure behandelt. Die Säure löst die Oxidschicht des Stahls auf und stellt so die Korrosionsbeständigkeit der Legierung wieder her.
Probleme bei der Bearbeitung von Edelstahl
Zu den sekundären Schwierigkeiten, die bei der Bearbeitung von Edelstahl auftreten, gehören:
- Edelstahl verursacht hohen Werkzeugverschleiß und verringert die Werkzeugstandzeit.
- Es bedarf einer hohen Kraft, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
- Bei der spanenden Bearbeitung von Edelstahl ist die Spankontrolle mangelhaft.
- Manche Edelstahlsorten weisen eine außergewöhnlich hohe Härte auf.
Welche Edelstahlsorten sind schwer zu bearbeiten?
Jede Stahlsorte kann bei der Bearbeitung gewisse Schwierigkeiten bereiten. Einige Stähle sind diesbezüglich jedoch problematischer als andere. Im Folgenden werden einige schwer zerspanbare Stähle und die damit verbundenen Probleme aufgeführt:
Kohlenstoffstahl
Hochkohlenstoffstähle sind aufgrund ihrer extrem hohen Festigkeit und Härte schwer zu bearbeiten. Zudem enthalten sie Hartmetallanteile. Diese Faktoren führen zu einem schnellen Werkzeugverschleiß.
Kohlenstoffarmen Stahl
Auch kohlenstoffarme Legierungen können sich als schwierig zu bearbeiten erweisen. Dies liegt an der hohen Weichheit dieser Stähle. Durch die Weichheit haften Stahlspäne an den Schneidwerkzeugen, was deren Standzeit verkürzt.
316 rostfreier Stahl
Edelstahl 316 weist eine der schlechtesten Zerspanbarkeitseigenschaften auf. Für die Bearbeitung sind spezielle Schneidwerkzeuge erforderlich. Daher wird Edelstahl 316 nur dann verwendet, wenn keine andere Option in Frage kommt.
304 rostfreier Stahl
Das Problem bei Edelstahl 304 ist die Kaltverfestigung. 304 neigt bei der Bearbeitung zu schneller Kaltverfestigung. Dieses Problem lässt sich durch die Zugabe von Schwefel zum Werkstück beheben.
Welcher Edelstahl lässt sich am einfachsten bearbeiten?
Edelstahl 416 lässt sich am einfachsten bearbeiten. Die Bearbeitung von Edelstahl der 400er-Serie ist in der Praxis recht einfach. Die Bearbeitung von Edelstahl der 300er-Serie hingegen ist schwierig.
Tipps zur Erleichterung der Edelstahlbearbeitung
Die Bearbeitung von Edelstahl kann durch die Beachtung der folgenden Tipps erleichtert werden:
Hochwertige Materialien bevorzugen
Verwenden Sie hochwertige Werkstückmaterialien für reibungslose Arbeitsabläufe. Es gibt viele Edelstahlsorten. Innerhalb jeder Sorte stehen verschiedene Qualitätsstufen zur Verfügung. Eine etwas höhere Investition zu Beginn kann erhebliche Kosten und Werkzeugbruch vermeiden.
Kaltverfestigung
Kaltverfestigung ist das Phänomen, bei dem Edelstahl während der Bearbeitung härter wird. Dies geschieht durch die plastische Verformung des Edelstahls. Kaltverfestigung erschwert die Bearbeitung von Edelstahl erheblich. Sie kann jedoch durch die Zufuhr von Kühlmittel zum Schneidwerkzeug verringert werden.
Starre Werkzeuge
Die Werkzeugverbindungen und die Maschineneinstellung müssen extrem präzise sein. Jegliches Werkzeugflattern wird verstärkt und führt zu schlechter Bearbeitung. Außerdem darf das Maschinenbett nach dem Einspannen des Werkstücks keine übermäßigen Vibrationen aufweisen.
Werkzeugmaterial
Die Wahl des richtigen Werkzeugmaterials ist entscheidend für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis. Zwei gängige Optionen für die Werkzeugherstellung sind Hartmetall und Schnellarbeitsstahl.
Schnellarbeitsstahl wird häufig für Bohrer und Kreissägen verwendet. Diese Werkzeuge sind für hohe Schnittgeschwindigkeiten ausgelegt. Hartmetallwerkzeuge bestehen aus Wolframcarbid, Titancarbid oder Tantalcarbid.
Hartmetallwerkzeuge sind schneller als Schnellarbeitsstähle. Zudem liefern sie eine bessere Oberflächengüte. Dadurch eignen sie sich ideal für die Serienfertigung und hohe Schnittgeschwindigkeiten. Schnellarbeitsstähle sind jedoch deutlich günstiger.
Scharfe Werkzeuge verwenden
Verwenden Sie stets scharfe Werkzeuge für eine gleichmäßige und präzise Bearbeitung. Abgenutzte Werkzeuge sollten Sie austauschen. Stumpfe Werkzeuge können zu Werkzeugbruch und sogar zur Beschädigung des Werkstückmaterials führen. Bei der Bearbeitung von Stahl müssen die Werkzeuge zudem regelmäßig nachgeschärft werden.
Schmierstoffe
Die Verwendung von Schmierstoffen ist bei der Bearbeitung von Edelstahl unerlässlich. Schmierstoffe erfüllen mehrere Funktionen. Erstens verringern sie die Reibung zwischen Schneidwerkzeug und Metall. Dies verlängert die Werkzeugstandzeit, da der Werkzeugverschleiß reduziert wird. Zweitens senken Schmierstoffe die Temperatur während des Bearbeitungsprozesses. Dadurch werden Kaltverfestigung und Überhitzung vermieden. Schließlich entfernen Schmierflüssigkeiten auch Edelstahlrückstände vom Werkstück und den Werkzeugen.
Was sind die Vorteile von Edelstahl?
Die Verwendung von Edelstahl bietet viele Vorteile. Diese Vorteile überwiegen die Schwierigkeiten beim Bearbeitungsprozess deutlich. Hier einige dieser Vorteile:
- Der größte Vorteil von Edelstahl ist seine Korrosionsbeständigkeit. Im Gegensatz zu Eisen rostet Edelstahl nicht, unabhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung.
- Mit den richtigen Werkzeugen lässt sich Edelstahl leicht in jede gewünschte Form bringen, formen, schneiden, verbinden und/oder schweißen.
- Für Edelstahl stehen verschiedene Oberflächenveredelungsoptionen zur Verfügung. Dies ist ein wesentlicher Faktor für die ästhetische Wirkung.
- Edelstahl ist sehr hygienisch. Daher eignet er sich für die Lebensmittelindustrie und für chirurgische Instrumente.
- Die physikalischen Eigenschaften dieses Materials sind außergewöhnlich.
- Es ist sehr strapazierfähig und hält lange Zeit problemlos.
- Es ist vollständig recycelbar.
Gibt es bei der maschinellen Bearbeitung von Edelstahl irgendwelche Nachteile?
Bestimmte Eigenschaften von Edelstahl können für manche Anwender nachteilig sein. Diese Eigenschaften sind:
- Edelstahl ist teuer.
- Es ist leicht zu verbeulen.
- Viele Edelstahlsorten verkratzen leicht.
Welcher Edelstahl ist am günstigsten für die maschinelle Bearbeitung?
Stahl der Sorte 409 ist die günstigste Stahlsorte. Stähle der ferritischen Familie sind im Allgemeinen preiswerter. Dies liegt an ihrem geringeren Chromgehalt. Chrom ist der Hauptkostenfaktor bei Stahl.
Bearbeitungsmöglichkeiten für Edelstahl
Edelstahl findet aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit breite Anwendung in der Präzisionsfertigung. Je nach Konstruktionsanforderungen und Produktionsbedarf kann er mit verschiedenen Fertigungsverfahren verarbeitet werden, darunter CNC-Bearbeitung, Rapid Tooling und Blechprototypenfertigung.
Moderne Fertigungsprozesse ermöglichen die direkte Umsetzung digitaler Konstruktionen in physische Bauteile mithilfe fortschrittlicher Bearbeitungsmaschinen. Dies ermöglicht die effiziente Produktion komplexer Edelstahlteile mit gleichbleibender Qualität und Wiederholgenauigkeit.
Bei Anwendungen, die hohe Präzision und zuverlässige Produktionsergebnisse erfordern, spielt die Edelstahlbearbeitung eine wichtige Rolle, um genaue Toleranzen und eine stabile Oberflächenqualität über verschiedene Bauteiltypen hinweg zu erreichen.
Mithilfe hochpräziser Anlagen und etablierter Bearbeitungsprozesse können Hersteller genaue Ergebnisse erzielen, ohne in eigene Maschinen investieren zu müssen.
Weitere Designtipps finden Sie in unserem CNC-Bearbeitungs-Designleitfaden.
Endnoten
Edelstahlprodukte sind in vielen Branchen die bevorzugte Wahl. Insbesondere Maschinenteile werden aufgrund seiner Robustheit und Korrosionsbeständigkeit aus diesem Material hergestellt.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Hier finden Sie Antworten auf einige häufig gestellte Fragen zur Bearbeitung von Edelstählen:
Ist Edelstahl schwer zu bearbeiten?
Edelstahl lässt sich nicht allzu schwer bearbeiten. Allerdings erfordert dies Fachkenntnisse und die richtige Werkzeugauswahl. Fachkenntnisse tragen dazu bei, korrekte Schnittgeschwindigkeiten und präzise Aufspannungen zu gewährleisten.
Welcher Edelstahl wird am häufigsten maschinell bearbeitet?
Edelstahl der Güteklasse 304 ist der am häufigsten bearbeitete Edelstahl. Dies liegt an der hohen Nachfrage nach diesem Stahl. Edelstahl der Güteklasse 304 zeichnet sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit aus. Darüber hinaus ist er ein sehr duktiles, zähes und gut schweißbares Material. Dadurch ergeben sich unzählige Einsatzmöglichkeiten in verschiedensten Anwendungsbereichen.
