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Werkstoffe

Werkstoffe
 

Werkstoffgruppen

Die Zerspanungsbranche produziert eine riesige Auswahl an Bauteilen, die aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Jedes Material weist einzigartige Merkmale auf, die durch Legierungsbestandteile, Wärmebehandlung, Härte und andere Faktoren beeinflusst werden. Alle zusammen wirken sich in hohem Maße auf die Auswahl der Geometrie, der Sorte und der Schnittdaten des jeweiligen Schneidwerkzeuges aus. Daher wurden die Werkstoffe nach ISO-Norm in sechs Hauptgruppen unterteilt, wobei jede Gruppe spezifische Eigenschaften hinsichtlich der Zerspanbarkeit aufweist.

ISO P – Stahl macht die größte Materialgruppe in der Metallbearbeitung aus, sie umfasst unlegierte und hoch legierte Werkstoffe, einschließlich Stahlguss sowie ferritische und martensitische rostfreie Stähle. Normalerweise ist die Zerspanbarkeit gut, dies hängt allerdings in hohem Maße von der Materialhärte, dem Kohlenstoffgehalt und anderen Merkmalen ab.

ISO M – Rostfreie Stähle sind Werkstückstoffe mit einem Legierungsanteil von min. 12–12% Chrom. Andere Legierungen können Nickel und Molybdän enthalten. Unterschiedliche Ausprägungen, wie z. B. ferritisch, martensitisch, austenitisch und austenitisch-ferritisch (Duplex) bilden so eine große Werkstoffgruppe. Gemeinsam ist all diesen Arten, dass die Schneidkanten in hohem Maße Wärme, Kerbverschleiß und Aufbauschneidenbildung ausgesetzt sind.

ISO K – Gusseisen ist im Gegensatz zu Stahl ein kurz spanender Werkstoff. Grauguss (GG) und Temperguss (GT) sind relativ einfach zu bearbeiten, während Kugelgraphitguss (GGG), Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJS) sowie bainitisches Gusseisen (ADI) höhere Ansprüche stellen. Alle Arten von Gusseisen enthalten Siliziumkarbid (SiC), was sehr abrasiv auf die Schneidkante wirkt.

ISO N – NE-Metalle sind weichere Metalle, wie z. B. Aluminium, Kupfer, Messing usw. Aluminium mit einem Siliziumanteil (Si) von 13 % ist sehr abrasiv. Für Wendeschneidplatten mit scharfen Schneidkanten können generell hohe Schnittgeschwindigkeiten und eine lange Standzeit vorausgesetzt werden.

ISO S – Warmfeste Superlegierungen (HRSA) beinhalten eine Vielzahl an hoch legierten Eisen-, Nickel-, Kobalt sowie Titanbestandteilen. Sie sind adhäsiv, bilden eine Aufbauschneide, erhärten durch die Bearbeitung und erzeugen Wärme. Sie ähneln denen im ISO M-Bereich, sind aber schwieriger zu zerspanen und senken die Standzeit der Wendeschneidplattenkanten.

ISO H – Diese Gruppe umfasst Stähle mit einer Härte zwischen 45-65 HRc sowie Kokillenhartguss von ca. 400-600 HB. Ihre Härte macht sie schwer zerspanbar. Die Werkstoffe erzeugen beim Schneiden Wärme und sind sehr abrasiv für die Schneidkante.

O (Andere): Nicht-ISO. Thermoplast, Duroplast, GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff), CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff), Kohlefaser-Composites, aramidfaserverstärkter Kunststoff, Hartgummi (technisch). Verschiedene Industrien setzen nun vermehrt auf den Einsatz von Verbundwerkstoffen, insbesondere in der Luftfahrtindustrie.

 

Werkstoffklassifizierung mit MC-Codes

Die Werkstoffe in sechs Gruppen aufzuteilen, ist für die Auswahl der richtigen Geometrie, Sorte und Schnittdaten für das Schneidwerkzeug nicht ausreichend. Die Werkstoffgruppen müssen noch in Untergruppen aufgeschlüsselt werden. Sandvik Coromant nutzt dafür seit Jahren das CMC-Codesystem (Coromant Material Classification = Coromant Werkstoffklassifikation), um Werkstoffe von einer Vielzahl von Lieferanten, Standards und Märkten zu bestimmen und zu beschreiben. Mit diesem System werden Werkstoffe aufgrund der Zerspanbarkeit klassifiziert – und Sandvik Coromant liefert dazu auch die passenden Werkzeug- und Bearbeitungsdaten.

Um noch genauer in unseren Empfehlungen für unsere Anwender und deren Produktivität zu sein, haben wir eine neue Werkstoffklassifizierung vorgenommen. Sie verfügt über eine tiefere Struktur, mehr Untergruppen und Detailinformationen zu Typ, Kohlenstoffgehalt, Herstellungsprozess, Wärmebehandlung, Härte, usw.

MC-Code Struktur

Die Struktur des MC-Codes ist so aufgebaut, dass eine Vielzahl an Werkststoffeigenschaften und - beschaffenheiten des Werkstücks mithilfe einer Kombination aus Buchstaben und Zahlen dargestellt werden kann.

Beispiel 1

Die Bezeichnung P1.2.Z.AN
P ist die ISO-Bezeichnung für Stahl
1 steht für die Werkstoffgruppe unlegierter Stahl
2 ist die Werkstoff-Untergruppe mit einem Kohlenstoffgehalt >0.25% ≤ 0.55 % C
Z beschreibt den Herstellungsprozess: geschmiedet/gewalzt/kaltgezogen
AN bezeichnet die Wärmebehandlung, geglüht, versehen mit Härtewerten
 

Beispiel 2

N1.3.C.AG
N ist die ISO-Bezeichnung für NE-Metalle
1 steht für die Werkstoffgruppe Aluminium
3 ist die Untergruppe Aluminium mit einem Si-Gehalt von 1-13%
C beschreibt den Herstellungsprozess: gegossen
AG steht für die Wärmebehandlung: ausgehärtet
 

Da nicht nur die Werkstoffzusammensetzung beschrieben wird, sondern auch der Herstellungsprozess und die Wärmebehandlung, was zweifellos die mechanischen Eigenschaften beeinflusst, steht eine genauere Beschreibung für optimale Schnittdatenempfehlungen zur Verfügung. Diese kann dann zur Empfehlung verbesserter Schnittdaten verwendet werden. .

 

Zerspanbarkeit – Definition

Für die Festlegung der Zerspanbarkeit eines Werkstoffes gibt es drei zu bestimmende Hauptfaktoren.

  1. Klassifizierung des Werkstoffes aus metallurgischer/mechanischer Sicht.
  2. Die eingesetzte Mikro- und Makrogeometrie der Schneidkante.
  3. Der Schneidstoff (die Sorte), z. B. beschichtetes Hartmetall, Keramik, kubisches Bornitrid oder polykristalliner Diamant, usw.

Die obige Auswahl hat einen entscheidenden Einfluss auf die Zerspanbarkeit des vorliegenden Werkstoffs. Andere beteiligte Faktoren sind: Schnittdaten, Schnittkräfte, Wärmebehandlung des Werkstoffes, Oberflächenbeschaffenheit, metallurgische Einschlüsse, Werkzeughalter und allgemeine Bearbeitungsbedingungen usw.

Die Zerspanbarkeit wird nicht durch Sorten oder Zahlen definiert. Im weitesten Sinne schließt sie 1. die Fähigkeit ein, einen Werkstoff zu bearbeiten, 2. den Verschleiß, der an der Schneidkante erzeugt wird und, 3. die zu erzielende Spanbildung ein. In dieser Hinsicht ist ein niedrig legierter Kohlenstoffstahl im Vergleich zu anspruchsvolleren austenitischen rostfreien Stählen einfacher zu zerspanen. Der niedrig legierte Stahl wird also als besser zerspanbar betrachtet als der rostfreie. Das Konzept „gute Zerspanbarkeit“ bedeutet gewöhnlich ungestörter Zerspanvorgang und eine ordentliche Standzeit. Die meisten Berechnungen zur Zerspanbarkeit für ein bestimmtes Material werden anhand von praktischen Tests durchgeführt und die Ergebnisse werden in Bezug auf einen weiteren Test mit einem anderen Werkstoff unter fast denselben Bedingungen untersucht. In diesen Tests werden auch noch andere Faktoren, wie z.B. Mikrostruktur, Adhäsionsneigung, Werkzeugmaschine, Stabilität, Geräusch, Standzeit, berücksichtigt.

 

ISO P Stahl

  • MC-Codes für Stähle
  • Unlegierter Stahl – P 1.1-1.5
  • Niedrig legierter Stahl – P 2.1-2.6
  • Hoch legierter Stahl – P 3.0-3.2

Was ist ISO P Stahl?

  • Stahl ist die größte Werkstoffgruppe im Bereich der Zerspanung
  • Stähle können ungehärtet oder gehärtet und vergütet sein, mit einer gängigen Härte bis zu 400 HB. Stahl mit einer Härte von mehr als 48 HRC und bis zu 62-65 HRC gehören zur ISO H-Gruppe
  • Stahl ist eine Legierung, deren Hauptbestandteil Eisen (Fe) ist
  • Unlegierte Stähle haben einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,8 % und enthalten nur Eisen (Fe), keine anderen Legierungsanteile
  • Legierte Stähle weisen einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1,7 % auf und enthalten Legierungselemente wie Ni, Cr, Mo, V und W
  • Niedrig legierte Stähle verfügen über weniger als 5 % Legierungselemente
  • Hoch legierte Stähle enthalten mehr als 5 % Legierungselemente

Zerspanbarkeit im Allgemeinen

  • ​Die Zerspanbarkeit von Stählen hängt von den Legierungsanteilen, der Wärmebehandlung und dem Herstellungsprozess (geschmiedet, gewalzt, gegossen usw.) ab.
  • Die Spankontrolle ist in der Regel einfach und problemfrei
  • Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt produzieren längere Späne, die zum Aufkleben neigen und scharfe Schneidkanten erfordern
  • Spezifische Schnittkraft kc1: 1400-3100 N/mm²
  • Schnittkräfte und dadurch die zur Bearbeitung erforderliche Maschinenleistung bleiben in einem begrenzten Bereich

Legierungselemente

C beeinflusst die Härte (mehr Gehalt erhöht Abrasionsverschleiß). Niedriger Kohlenstoffgehalt < 0,2 %, verstärkt den Adhäsionsverschleiß, was zu Aufbauschneidenbildung und schlechtem Spanbruch führt.

Cr, Mo, W, V, Ti, Nb (Carbidbildner) – verstärken Abrasionsverschleiß.

O hat einen großen Einfluss auf die Zerspanbarkeit; er bildet nichtmetallische, oxidische und abrasive Einschlüsse.

Al, Ti, V, Nb werden zur feinkörnigen Behandlung von Stahl eingesetzt. Sie machen ihn zäher und schwerer zu bearbeiten.

P, C, N in Ferrit verringert die Duktilität, was den Adhäsionsverschleiß erhöht.

Positive Auswirkungen

Pb in Automatenstahl (mit niedrigem Schmelzpunkt) verringert die Reibung zwischen Span und Wendeschneidplatte, senkt den Verschleiß und verbessert den Spanbruch.

Ca, Mn (+S) bilden weiche, schmierende Sulfide. Ein hoher Schwefelgehalt verbessert die Zerspanbarkeit und den Spanbruch.

Schwefel (S) wirkt sich vorteilhaft auf die Zerspanbarkeit aus. Kleine Unterschiede von 0,01 % bis 0,03 % können beträchtliche Auswirkungen auf die Zerspanbarkeit haben. Dieser Effekt wird bei Automatenstählen ausgenutzt. Typisch ist ein Schwefelgehalt von ca. 0,25 %. Schwefel bildet weiche Mangansulfid (MnS)-Einschlüsse, die eine Schmierschicht zwischen Span und Schneidkante erzeugen. MnS verbessert auch den Spanbruch. Blei (Pb) hat einen ähnlichen Effekt und wird oftmals in Kombination mit Schwefel bei Automatenstählen mit einem Gehalt von ca.0,25 % verwendet.

Vor- und Nachteile

Si, Al, Ca bilden Oxideinschlüsse, die den Verschleiß verstärken. Einschlüsse im Stahl haben einen großen Einfluss auf die Zerspanbarkeit, selbst wenn sie nur einen geringen Teil der Gesamtstruktur ausmachen. Dieser Einfluss kann sowohl negativ als auch positiv sein. So wird z.B. Aluminium (Al) verwendet, um der Eisenschmelze den Sauerstoff zu entziehen. Allerdings bildet Aluminium das harte, abrasive Aluminiumoxid (Al2O3), was eine nachteilige Wirkung auf die Zerspanbarkeit hat (vgl. die Al2O3-Beschichtung auf einer Wendeschneidplatte). Dieser negative Effekt kann jedoch durch die Zugabe von Calcium (Ca), welches eine weiche Schale um die abrasiven Partikel ausbildet, aufgehoben werden.

  • Stahlguss hat eine raue Oberflächenstruktur, die Sand und Schlacke enthalten kann, und stellt hohe Anforderungen an die Zähigkeit auf der Schneidkante
  • Walzstahl weist eine ziemlich große Korngröße auf, wodurch die Struktur uneben wird und Schnittkräfteschwankungen verursacht werden
  • Schmiedestahl verfügt über eine kleinere Korngröße und ist gleichmäßiger in der Struktur, was die Zerspanung erleichtert

MC-Codes für Stähle

Stähle werden aus Sicht der Zerspanbarkeit in unlegierte, niedrig legierte, hoch legierte und gesinterte Stähle unterteilt.

​MC-Code​Werkstoffgruppe​​Werkstoff-Untergruppe​Herstellungsprozess​Wärmebehandlung​​nom​​Spezifische Schnittkraft, kc1 (N/mm2) mc
​P1.1.Z.AN1Unlegiert Mn<1.651​<=0.25% C​​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​AN​Weichgeglüht125 HB​​15000.25​
​P1.1.Z.HT11​Z​HTVergütet​190 HB​1770​0.25
​P1.2.Z.AN12​>0.25... <=0.55% C​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​AN​Weichgeglüht​190 HB​1700​0.25
​P1.2.Z.HT12​Z​HTVergütet​210 HB​1820​0.25
​P1.3.Z.AN13Mit hohem Kohlenstoffgehalt, >0.55% C​​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​AN​Weichgeglüht​190 HB​1750​0.25
​P1.3.Z.HT13​Z​HTVergütet​300 HB​2000​0.25
​P1.4.Z.AN14Automatenstahl​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​AN​Weichgeglüht​220 HB​1180​0.25
​P1.5.C.HT15Gesamter Kohlenstoffgehalt (gegossen)C​​Gegossen​HT​Unbehandelt​150 HB​1400​0.25
​P1.5.C.AN15C​ANVergütet​300 HB​2880​0.25
​P2.1.Z.AN2Niedrig legiert (Legierungsanteile <=5%)1​<=0.25% C​​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenAN​Weichgeglüht175 HB​​17000.25​
​P2.2.Z.AN22​​>0.25... <=0.55% C​ZAN240 HB​​19500.25​
​P2.3.Z.AN23Mit hohem Kohlenstoffgehalt, >0.55% C​​Z​AN260 HB20200.25
​P2.4.Z.AN24Automatenstahl​Z​AN225 HB
​P2.5.Z.HT25Gesamter Kohlenstoffgehalt (gehärtet und vergütet)​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenHTVergütet​330 HB20000.25
​P2.6.Z.UT26Gesamter Kohlenstoffgehalt (gegossen)CGegossen UT​unbehandelt​200 HB16000.25
​P2.6.Z.HT26C​HTvergütet​380 HB 32000.25
​P3.0.Z.AN3Hoch legiert (Legierungselemente > 5%)0HauptgruppeZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenANWeichgeglüht200 HB19500.25
​P3.0.Z.HT30​ZHTVergütet380 HB31000.25
​P3.0.C.UT30CGegossenUTUnbehandelt200 HB19500.25
​P3.0.C.HT30​CHTVergütet340 HB30400.25
​P3.1.Z.AN31HSS​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenANWeichgeglüht250 HB23600.25
​P3.2.C.AQ32Manganstahl​CGegossenAQWeichgeglüht/abgeschreckt oder weichgeglüht300 HB30000.25
​P4.0.S.NS4Gesinterte Stähle0HauptgruppeSGesintertNSNicht angegeben150 HB

Unlegierter Stahl – P 1.1-1.5

​Definition

Bei unlegierten Stählen liegt der Kohlenstoffgehalt normalerweise nur bei 0,8 %, während legierte Stähle über zusätzliche Legierungselemente verfügen. Die Härte variiert von 90 bis 350 HB. Ein höherer Kohlenstoffgehalt (> 0,2 %) ermöglicht das Härten des Werkstoffs.

​Typische Bauteile

Haupteinsatzgebiete: Baustahl, tiefgezogenen und gestanzten Produkten, Druckbehälterstahl sowie eine Vielzahl von Stahlgusserzeugnissen. Typische Anwendungsbeispiele dafür sind: Achsen, Wellen, Rohre, Schmiederohlinge und geschweißte Konstruktionen (C<0.25%).

Zerspanbarkeit

Schwierigkeiten beim Spanbruch und Klebetendenz (Aufbauschneidenbildung) muss bei Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (< 0,25 %) besonders berücksichtigt werden. Hohe Schnittgeschwindigkeiten und scharfe Schneidkanten und/ oder Geometrien, mit einer positiven Spanfläche und dünn beschichteten Sorten verringern die Neigung zum Kleben. Beim Drehen wird empfohlen, die Schnitttiefe so groß wie oder größer als den Eckenradius zu halten, um den Spanbruch zu verbessern. In der Regel ist die Zerspanbarkeit für gehärtete Stähle sehr gut. Allerdings neigen diese dazu, relativ großen Freiflächenverschleiß an den Schneidkanten hervorzurufen.

Niedrig legierter Stahl – P 2.1-2.6

​Definition

Niedrig legierte Stähle sind derzeit die am meisten verwendeten Werkstoffe in der Metallbearbeitung. Die Gruppe umfasst sowohl weiche als auch gehärtete Werkstoffe (bis 50 HRc).

​Typische Bauteile

Mo- und Cr-legierte Druckbehälterstähle werden für höhere Temperaturen eingesetzt. Typische Anwendungsbeispiele dafür sind: Achsen, Wellen, Strukturstähle, Rohre und Schmiederohlinge. Dazu zählen u.a. auch Bauteile für die Automobilindustrie wie: Pleuelstangen, Nockenwellen, Gleichlaufgelenke, Radnaben sowie Lenkritzel.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit niedrig legierter Stähle ist abhängig von der Zusammensetzung der Legierung und der Wärmebehandlung (Härte). Für sämtliche Werkstoffe dieser Gruppe ist der häufigste Verschleißmechanismus Kolk- und Freiflächenverschleiß.

Gehärtete Werkstoffe verursachen mehr Wärme im Zerspanbereich, was zu plastischer Deformation der Schneidkante führen kann.

Hoch legierter Stahl – P 3.0-3.2

​Definition

Hoch legierte Stähle umfassen Kohlenstoffstähle mit einem Gesamtlegierungsanteil von 5%. Die Gruppe umfasst sowohl weiche als auch gehärtete Werkstoffe (bis 50 HRc).

Typische Bauteile

Typische Anwendungsbeispiele dafür sind: Werkzeugmaschinenteile, Gesenke, hydraulische Bauteile, Zylinder und Schneidköpfe (HSS).

​Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit nimmt mit Zunahme des Legierungsanteils und der Härte ab. Beispiel: bei einem Legierungsanteil von 12-15 % und einer Härte bis zu 450 HB benötigt die Schneidkante gute Wärmefestigkeit, um plastischer Deformation zu widerstehen.

 

ISO M Rostfreier Stahl

  • MC-Codes für rostfreien Stahl
  • Ferritischer und martensitischer rostfreier Stahl – P5.0-5.1
  • Austenitischer und super-austenitischer rostfreier Stahl – M1.0-2.0
  • Rostfreier Duplex-Stahl – M 3.41-3.42

Was ist ISO M rostfreier Stahl?

  • Eine Legierungen mit Eisen (Fe) als Hauptbestandteil.
  • Verfügt über einen Chrom-Gehalt von mehr als 12 %
  • Hat generell einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (C ≤ 0,05 %).
  • Verschiedene Zusätze von Nickel (Ni), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Niob (Nb) und Titan (Ti) sorgen für unterschiedliche Eigenschaften, wie z.B. Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen
  • Chrom in Kombination mit Sauerstoff (O) erzeugt auf der Stahloberfläche eine Passivierungsschicht von Cr2O3, wodurch das Material nicht-korrosierende Eigenschaften ausbildet

Zerspanbarkeit im Allgemeinen

​Die Zerspanbarkeit von rostfreien Stählen hängt von den Legierungsanteilen, der Wärmebehandlung und dem Herstellungsprozess (geschmiedet, gegossen usw.) ab. Im Allgemeinen nimmt die Zerspanbarkeit mit einem höheren Legierungsgehalt ab, allerdings stehen in allen Gruppen der rostfreien Stähle frei bearbeitbare oder für die Zerspanbarkeit optimierte Werkstoffe zur Verfügung.

  • Lang spanender Werkstückstoff
  • Spankontrolle ist mittelmäßig in ferritischen/martensitischen Werkstoffen und werden komplizierter bei austenitischen und Duplextypen.
  • Spezifische Schnittkraft: 1800-2850 N/mm²
  • Zerspanung führt zu hohen Schnittkräften, Aufbauschneidenbildung, Wärme und kaltverfestigten Oberflächen
  • Ein höherer Stickstoff (N)-Gehalt der austenitischen Struktur erhöht die Festigkeit und sorgt für Korrosionsbeständigkeit, verringert aber die Zerspanbarkeit, während die Verformungshärtung ansteigt
  • Zusätze von Schwefel (S) werden für die Verbesserung der Zerspanbarkeit eingesetzt
  • Ein hoher C-Gehalt (>0,2 %) sorgt für einen relativ großen Freiflächenverschleiß
  • Mo und N setzen die Zerspanbarkeit herab. Sie bieten jedoch Widerstandsfähigkeit gegenüber Säureattacken und tragen zur hohen Temperaturfestigkeit bei
  • SANMAC (Sandvik-Handelsname) ist ein Werkstoff, bei dem die Zerspanbarkeit durch die Optimierung des Volumenanteils von Sulfiden und Oxiden verbessert wurde, ohne die Korrosionsbeständigkeit zu verlieren

MC-Codes für rostfreien Stahl

​MC-CodeWerkstoffgruppeWerkstoff-UntergruppeHerstellungsprozessWärmebehandlung​nom​Spezifische Schnittkraft,kc1(N/mm2)​mc
​P5.0.Z.AN5Ferritischer/martensitischer rostfreier Stahl0Hauptgruppe​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​AN​Weichgeglüht200 HB​1800​0.21
​P5.0.Z.HT50Z​HTVergütet​330 HB​2300​0.21
​P5.0.Z.PH50Z​PHAusscheidungsgehärtet​330 HB​2800​0.21
​P5.O.C.UT50C​Gegossen​​UT​Unbehandelt​250 HB​1900​0.25
​P5.0.C.HT50C​HTVergütet​330 HB​2100​.025
​P5.1.Z.AN51Automatenstahl​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​AN​Weichgeglüht​200 HB​1650​0.21
​M1.0.Z.AQ1Austenitisch​​0HauptgruppeZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenAQWeichgeglüht/abgeschreckt oder weichgeglüht​200 HB​2000​0.21
​M1.0.Z.PH10Z​PHAusscheidungsgehärtet​300 HB​2400​0.21
​M1.0.C.UT10C​Gegossen​​UT​Unbehandelt​200 HB​1800​0.25
​M1.1.Z.AQ11​Zerspanbarkeit verbessert (mit SANMAC)ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenAQWeichgeglüht/abgeschreckt oder weichgeglüht​200 HB​2000​0.21
​M1.1.Z.AQ12Automatenstahl​ZAQ​200 HB​1800​0.21
​M1.3.Z.AQ13Ti–stabilisiertZAQ​200 HB​1800​0.21
M1.3.C.AQ13C​Gegossen​AQ​200 HB​1800​0.25
​M2.0.Z.AQ2​Super-austenitisch ​Ni>=20%0HauptgruppeZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenAQ​200 HB​2300​0.21
M2.0.C.AQ20C​Gegossen​AQ​200 B​2150​0.25
​M3.1.Z.AQ3Duplex (austenitisch/ferritisch)1Ferrit > 60% (Faustregel: N < 0.10%)Zgeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenAQWeichgeglüht/abgeschreckt oder weichgeglüht​230 HB​2000​0.21
M3.1.C.AQ31C​Gegossen​AQ​230 HB​1800​0.25
​M3.2.Z.AQ32Ferrit > 60% (Faustregel: N < 0.10%)ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogenAQ​260 HB​2400​0.21
M3.2.C.AQ32C​Gegossen​AQ​260 HB​2200​0.25
Bestimmung der Werkstoffgruppe

​Die Mikrostruktur, die ein rostfreier Stahl erhält, hängt vorrangig von seiner chemischen Zusammensetzung ab, bei der Chrom (Cr) und Nickel (Ni) die wichtigsten Legierungselemente sind (siehe Diagramm). In der Praxis kann die Abweichung durch den Einfluss anderer Legierungselemente, die entweder das Austenit oder das Ferrit unterstützen, beträchtlich sein. Die Struktur kann auch durch Wärmebehandlung oder – in einigen Fällen – Kaltumformen verändert werden. Ausscheidungsgehärtete ferritische oder austenitische rostfreie Stähle weisen eine höhere Zugfestigkeit auf..

austenitische Stähle
austenitisch-ferritische Stähle (Duplex)
ferritische Chromstähle
martensitische Chromstähle
 

Ferritischer und martensitischer rostfreier Stahl – P5.0-5.1

Definition

Hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit werden ferritische und martensitische rostfreie Stähle als ISO P klassifiziert. Der normale Cr-Gehalt liegt bei 12-18 %. Daneben gibt es nur kleine Mengen anderer Legierungselemente.

Martensitische rostfreie Stähle haben einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt, weshalb sie gehärtet werden können. Ferritische Stähle sind magnetisch. Die Schweißbarkeit für beide Stahlarten ist gering, die Korrosionsbeständigkeit liegt zwischen mittel und gering, was aber durch Zugabe von Chrom verbessert werden kann.

​Typische Bauteile

Häufig verwendet bei Anwendungen, die geringe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit stellen.. Der ferritische Werkstoff ist relativ kostengünstig, da er wenig Nickel enthält. Anwendungsbeispiele sind: Pumpenwellen, Dampf- und Wasserturbinen, Muttern, Bolzen, Warmwasserboiler; wird auch in der Zellulose- und nahrungsmittelverarbeitenden Industrie wegen niedrigerer Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit eingesetzt.

Martensitische Stähle können gehärtet werden und finden Anwendung für die Schneiden bei Besteckstahl, Rasierklingen, chirurgischen Instrumenten usw.

​Zerspanbarkeit

Im Allgemeinen ist die Zerspanbarkeit gut und sehr ähnlich der von niedrig legierten Stählen, Deshalb klassifiziert als ISO P-Werkstoff. Ein höherer Kohlenstoffgehalt (> 0,2 %) ermöglicht das Härten des Werkstoffs. Die Bearbeitung erzeugt Freiflächen- und Kolkverschleiß mit etwas Aufbauschneidenbildung. Hierfür eignen sich ISO P Sorten und Geometrien.

Austenitischer und super-austenitischer rostfreier Stahl – M1.0-2.0

Definition

Austenitische Stähle machen die Hauptgruppe der rostfreien Stähle aus; die gebräuchlichste Zusammensetzung beträgt 18 % Cr und 8 % Ni (z. B. 18/8-Stähle, Typ 304). Ein korrosionsbeständiger Stahl entsteht durch den Zusatz von 2-3 % Molybdän; er wird dann oftmals als „säurebeständiger Stahl“ (Typ 316) bezeichnet. Die MC-Gruppe umfasst auch super-austenitische rostfreie Stähle mit einem Ni-Gehalt von über 20%. Die austenitischen ausscheidungsgehärteten (PH)-Stähle verfügen über eine austenitische Struktur in lösungsgehärtetem Zustand und einen Cr-Gehalt von >16 % sowie einen Ni-Anteil von >7 % mit ca. 1% Aluminium (Al). Ein typischer Vertreter dieser Art ist 17/7 PH-Stahl.

​Typische Bauteile

In Bauteilen eingesetzt, bei denen gute Korrosionsbeständigkeit gefordert wird. Sehr gute Schweißbarkeit und gute Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Zu den Einsatzbereichen gehören: Chemie-, Zellstoff- und Nahrungsmittel verarbeitende Industrien, aber auch die Luftfahrt (Abgaskrümmer für Flugzeuge. Gute mechanische Eigenschaften werden durch die Kaltumformung noch verbessert.

Zerspanbarkeit

Kaltumformung generiert harte Oberflächen und harte Späne, was wiederum zu Kerbverschleiß führt. Darüber hinaus kommt es zu Klebeffekten und Aufbauschneidenbildung. Er hat eine relative Zerspanbarkeit von 60 %. Der Aushärtungszustand kann Beschichtung und Substratmaterial aus der Schneidkante reißen und somit Absplittern und ungenügende Oberflächengüte verursachen. Austenit produziert zähe, lange, regelmäßige Späne, die schwer zu brechen sind. Durch die Zugabe von Schwefel verbessert sich zwar die Zerspanbarkeit, gleichzeitig wird aber die Korrosionsbeständigkeit herabgesetzt. Scharfe Schneidkanten mit positiver Geometrie verwenden. Unter der kaltverfestigten Schicht schneiden. Schnitttiefe konstant halten. Erzeugt bei der Zerspanung viel Wärme.

Rostfreier Duplex-Stahl – M 3.41-3.42​

Definition

Durch den Zusatz von Ni zu einem ferritischen rostfreien Stahl auf Cr-Basis wird eine gemischte Basisstruktur/Matrix ausgeformt, die sowohl Ferrit als auch Austenit enthält. Das Ergebnis wird Duplexstahl genannt. Duplex-Werkstoffe verfügen über hohe Zugfestigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Bezeichnungen wie Super- Duplex und Hyper-Duplex zeigen einen höheren Anteil von Legierungselementen und sogar noch eine bessere Korrosionsbeständigkeit an. Ein Cr-Gehalt von 18 bis 28 % und ein Ni-Anteil von 4 bis 7 % sind bei Duplexstählen gebräuchlich und erzeugen einen ferritischen Anteil von 25-80 %. Die ferritische und austenitische Phase liegt bei Raumtemperatur gewöhnlich zu gleichen Teilen vor.

​Typische Bauteile

Häufig bei Maschinen in der chemischen, medizinischen und Nahrungsmittelindustrie, im Bauwesen sowie bei der Zellulose- und Papierherstellung anzutreffen, aber auch bei Prozessen, in denen Säuren und Chlor verwendet werden. Oft in Ausrüstungen bei der Off-Shore-Öl- und Gasgewinnung eingesetzt.

​Zerspanbarkeit

Relative Zerspanbarkeit allgemein schlecht (30 %) durch eine hohe Dehngrenze und hohe Zugfestigkeit. Ein Ferritanteil von mehr als 60 % verbessert die Zerspanbarkeit. ei der Bearbeitung fallen feste Späne an, die Spanhämmern verursachen können und zu hohen Schnittkräften führen. Außerdem wird viel Wärme produziert, was die Ursache für plastische Deformation und schweren Kolkverschleiß sein kann.

Zur Vermeidung von Kerbverschleiß und Gratbildung werden kleine Einstellwinkel empfohlen. Stabilität bei der Werkzeugspannung und Werkstückbefestigung ist entscheidend.

 

ISO K Gusseisen

  • MC-Codes für Gusseisen
  • Temperguss (MCI) K 1.1-1.2 und Grauguss (GG) K 2.1-2.3
  • Kugelgraphitguss (NCI) K 3.1-3.5
  • Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) K 4.1-4.2
  • Bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) K 5.1- 5.3

Was ist ISO K Gusseisen?

​Es gibt 5 Hauptarten von Gusseisen:

  • Grauguss (GG)
  • Temperguss (GJMW)
  • Kugelgraphitguss (GJS)
  • Kompaktgraphitguss (GJV)
  • Bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI)

Gusseisen ist eine Fe-C-Verbindung mit einem relativ hohen Prozentsatz an Si (1-3 %). Der Kohlenstoffgehalt liegt über 2 %, der maximalen Löslichkeit von Kohlenstoff in der Austenitphase. Cr (Chrom), Mo (Molybdän) und V (Vanadium) bilden Hartmetalle, wodurch zwar höhere Festigkeit und Härte, aber auch einen schlechtere Zerspanbarkeit erzielt werden.

Zerspanbarkeit im Allgemeinen

  • Er ist ein kurz spanender Werkstoff mit guter Spankontrolle bei den meisten Bedingungen. Spezifische Schnittkraft: 790 – 1350 N/mm²
  • Zerspanung bei höheren Schnittgeschwindigkeiten verursacht insbesondere bei Gusseisen mit Sandeinschlüssen Abrasionsverschleiß
  • GJS, GJV und ADI erfordern durch die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften und das Vorhandensein von Graphit in der Matrix im Gegensatz zum normalen Grauguss besondere Aufmerksamkeit
  • Gusseisen wird häufig mit negativen Schneidplatten bearbeitet, da diese stabile Schneidkanten und sichere Anwendungen bieten
  • Die Hartmetallsubstrate sollten hart und die Beschichtung aus dicken Aluminiumoxidarten sein, für gute Abrasionsverschleißfestigkeit
  • Gusseisen wird traditionell trocken zerspant, kann aber auch unter nassen Bedingungen eingesetzt werden, hauptsächlich, um den Staubanfall aus Kohlenstoff und Eisen auf ein Minimum zu reduzieren. Es gibt auch Sorten, die für Bearbeitungen mit Kühlschmierstoffzufuhr ausgelegt sind

Einfluss der Härte

  • Die Härte beeinflusst die Zerspanbarkeit von Gusseisen in derselben Art wie bei anderen Werkstoffen
  • So weisen z.B. ADI (bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit) und CJV (Gusseisen mit Vermiculargraphit) aber auch GJS (Kugelgraphitguss) Härten
  • von 300-400 HB auf; Temperguss und Grauguss (GJL) im Durchschnitt 200-250 HB
  • Weißes Gusseisen kann bei schneller Abkühlung, bei denen der Kohlenstoff mit dem Eisen zu Carbid Fe3C (Zementit) reagiert, anstatt als freier Kohlenstoff vorzuliegen, eine Härte von mehr als 500 HB erreichen. Es ist sehr abrasiv und schwer zu zerspanen

MC-Codes für Gusseisen

Gusseisen wird aus Sicht der Zerspanbarkeit in Temper-, Grau-, und Kugelgraphitguss, Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) sowie bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) unterteilt. Höhere Härtegrade sind bei Kugelgraphitguss und ADI zu finden.

​MC-Code​Werkstoffgruppe​​Werkstoff-Untergruppe​HerstellungsprozessWärmebehandlungnomSpezifische Schnittkraft, kc1(N/mm2) mc
​K1.1.C.NS​1​Temperguss​​1Geringe Festigkeit​​C​Gegossen​​NS​Nicht angegeben​200 HB780​0.28​
​K1.2.C.NS​1​2​Hohe FestigkeitC​NS​260 HB​1020​0.28
​K2.1.C.UT​2​Grauguss​1Geringe Festigkeit​C​Gegossen​​UT​​Unbehandelt​180 HB​900​0.28
​​K2.2.C.UT​2​2​Hohe Festigkeit​C​UT​245 HB​1100​0.28
​​K2.3.C.UT​2​3​AustenitischC​UT​175 HB​13000.28​
​K3.1.C.UT​3​Kugelgraphitguss​1​Ferritisch​CGegossen​UTUnbehandelt​​155 HB​8700.28​
​​K3.2.C.UT​3​2​Ferritisch/perlitisch​C​UT​215 HB​1200​0.28
​​K3.3.C.UT​3​3​Perlitisch​C​UT​265 HB​1440​0.28
​​K3.4.C.UT3​​4​Martensitisch​C​UT​330 HB​1650​0.28
​​K3.5.C.UT​3​5​Austenitisch​C​UT​190 HB
​K4.1.C.UT4​​CGI​​1​Geringe Festigkeit​ (Perlitgehalt <90%)​C​Gegossen​​UT​Unbehandelt​​160 HB​680​0.43
​K4.2.C.UT4​​2​Hohe Festigkeit (Perlitgehalt >=90%)​C​UT​230 HB​7500.41​
​K5.1.C.NS5​ADI​1Geringe Festigkeit​​C​GegossenNS​Nicht angegeben​300 HB
​K5.2.C.NS5​2​Hohe Festigkeit​CNS​400 HB
​K5.3.C.NS5​​3Sehr hohe Festigkeit​C​NS​460 HB

Die Wärmebehandlung (Austenitisierung) wandelt Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) in bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) um.

Temperguss (MCI) K 1.1-1.2 und Grauguss (GCI) K 2.1-2.3

Definition

Temperguss wird aus einer geschlossenen bis weißen Eisenmatrix hergestellt, die anschließend in zwei Schritten wärmebehandelt wird. Dabei entsteht eine ferritisch-perlitische Struktur mit Temperkohleknöllchen, was zu unregelmäßigen Graphitkörnern führt, wohingegen der Grauguss eine stärker bruchinduzierende Lamellenstruktur aufweist. Das bedeutet, dass der schmiedbare Werkstoff weniger anfällig für Risse ist, und seine Werte für Bruchfestigkeit und -verlängerung höher sind.

Grauguss weist die typische Flockenform des Graphits auf. Haupteigenschaften sind: geringe Schlagfestigkeit (sprödes Verhalten); gute Wärmeleitfähigkeit, geringe Wärmeentwicklung, wenn die Maschine läuft und während des Zerspanens; gute Dämpfungseigenschaften, nimmt die Vibrationen in der Maschine auf.

Typische Bauteile

Aus Temperguss sind u.a. gefertigt: Achslager, Bahnräder, Rohrstücke und hochfeste Getriebe. Aus Grauguss bestehen u.a: Bratpfannen, Motorblöcke, Zylinder für Kompressoren, Getriebe und Getriebegehäuse.

Zerspanbarkeit

Schmiedbares Eisen (Temperguss) hat gegenüber Grauguss eine höhere Zugfestigkeit und ähnelt in seiner Zerspanbarkeit dem Kugelgraphitguss, wobei generell beide ausgezeichnete Zerspaneigenschaften aufweisen. Im Allgemeinen erhöht Gusseisen mit perlitischer Struktur den Abrasionsverschleiß, während ferritische Strukturen den Adhäsionsverschleiß begünstigen.

Grauguss besitzt eine geringe Schlagfestigkeit, erzeugt niedrige Schnittkräfte und die Zerspanbarkeit ist sehr gut. Verschleiß während des Bearbeitungsprozesses wird nur durch Abrasion verursacht; es tritt kein chemischer Verschleiß auf. Grauguss verfügt über eine geringe Stoßfestigkeit, erzeugt niedrige Schnittkräfte und bietet gute Zerspanbarkeit. Die höhere Festigkeit allerdings führt zu herabgesetzter Zerspanbarkeit.

Kugelgraphitguss (NCI) K 3.1-3.5

Definition

Kugelgraphitguss beinhaltet kugelförmiges Graphit. Charakteristisch sind: gute Steifigkeit (Youngscher Modul) gute Stoßfestigkeit = zäher Werkstoff, nicht spröde; gute Zugfestigkeit; schlechte Dämpfungseigenschaften, absorbiert keine Maschinenvibrationen; schlechte Wärmeleitfähigkeit, höhere Temperatur beim Zerspanvorgang. Im Vergleich zu Grauguss liegt das Graphit im Kugelgraphitguss in Form von Knoten vor, was zu besseren Zugeigenschaften und höherer Zähigkeit führt.

Typische Bauteile

Radnaben, Rohre, Rollen, Abgaskrümmer, Kurbelwellen, Ausgleichsgetriebegehäuse, Kanaldeckel, Fundamentplatten, Turboladergehäuse, Kupplungsscheiben und Schwungräder.

Turboladergehäuse und Abgaskrümmer sind oftmals aus SiMo-legiertem Gusseisen, das wärmebeständiger ist.

Zerspanbarkeit

Kugelgraphitguss tendiert stark zu Aufbauschneidenbildung. Sie stellt sich stärker bei den weicheren Kugelgraphitgusswerkstoffen mit einem höheren Ferritgehalt ein. Bei der Zerspanung von solchen Bauteilen mit Schnittunterbrechungen tritt hauptsächlich Adhäsionsverschleiß auf. Das kann zum Abplatzen der Beschichtung führen.

Das Adhäsionsproblem tritt weniger bei härteren Kugelgraphit-Werkstoffen auf, die über einen höheren Perlitanteil verfügen. Hierbei treten verstärkt Abrasionsverschleiß und/oder plastische Deformation auf.

Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) K 4.1-4.2

Definition

GJV ist ein Werkstoff, der sowohl die Anforderungen von Festigkeit als auch Gewichtsreduzierung erfüllt und trotzdem verhältnismäßig gut zerspanbar bleibt. Die Wärme- und Dämpfungseigenschaften liegen zwischen denen von GGG und GG bzw. GJS und GJL. Der Widerstand gegen Metallermüdung ist zweimal höher als bei Grauguss. Die Graphitpartikel im GJV sind – wie im Grauguss – verlängert und wahllos ausgerichtet, allerdings kürzer, dicker und mit abgerundeten Kanten. Die korallenartige Morphologie im GJV bietet zusammen mit den abgerundeten Kanten und unregelmäßigen, welligen Oberflächen der Graphitpartikel starke Haftung zwischen dem Graphit und der Metallmatrix. Dadurch ergeben sich bessere Eigenschaften im Vergleich zum Grauguss. GJV mit einem Perlitgehalt von unter 90 % ist am gebräuchlichste.

Typische Bauteile

Gusseisen mit Vermiculargraphit ist ideal für die Motorenherstellung, bei der leichtere und stabilere Werkstoffe gefordert werden, die mehr Energie aufnehmen können. Das Gewicht des Motorblocks kann allein um ca. gesenkt werden, wenn er statt aus Grauguss aus Gusseisen mit Vermiculargraphit gefertigt wird. Weitere Anwendungsbeispiele sind Zylinderköpfe und Scheibenbremsen.

​Zerspanbarkeit

Aus Sicht der Zerspanbarkeit liegt Gusseisen mit Vermiculargraphit zwischen Grauguss und Kugelgraphitguss. Aufgrund der 2 bis 3 x höheren Zugfestigkeit von Grauguss und geringerer Wärmeleitfähigkeit, erzeugt seine Bearbeitung höhere Schnittkräfte und mehr Wärme im Zerspanbereich. Ein höherer Anteil an Titan im Werkstoff wirkt sich negativ auf die die Standzeit des Werkzeugs aus.

Hauptbearbeitungsarten sind das Planfräsen und das Zylinderaufbohren. Wird anstelle des Zylinderaufbohrens das Zirkularfräsen angewendet, verbessern sich Standzeit und Produktivität.

Bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) K 5.1- 5.3

Definition

Bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit bildet eine ganze Familie von wärmebehandelten Gusseisenarten. Die Austenitisierung wandelt duktiles Gusseisen in bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) um, was sehr gute Festigkeits-, Zähigkeits- und Ermüdungseigenschaften aufweist. GJS ist pro Gewichtseinheit fester als Aluminium und verschleißfester als Stahl. . Festigkeits- und Dehngrenzwerte sind zweimal so hoch wie beim normalen schmiedbaren Gusseisen. Die Dauerfestigkeit ist um 50 % höher und kann durch Kugelstrahlen oder Festwalzen sogar noch gesteigert werden.

Typische Bauteile

GJS-Gussarten ersetzen aufgrund ihrer besseren Eigenschaften zunehmend Schmiederohlinge und Gusswerkstoffe aus Stahl, geschweißte Erzeugnisse, aufgekohlten Stahl sowie Aluminium. Hauptsächlich werden sie in der Automobilindustrie für Aufhängungs- und Getriebeteile u.ä. eingesetzt. Auch auf dem Energiesektor und im Bergwerks- und Baubereich sind sie anzutreffen.

​Zerspanbarkeit

Eine um 40-50% geringere Standzeit im Vergleich zu Kugelgraphitguss kann vorausgesetzt werden. Zugfestigkeit und Duktilität von GJS gleichen fast denen von Stahl, allerdings klassifiziert der Spanbildungsprozess GJS als duktiles Gusseisen (segmentierte Spanbildung). Die Mikrohärte von GJS ist im Vergleich zu Stählen ähnlicher Härte höher. Höhere GJS-Sorten enthalten in der Mikrostruktur feste Teilchen. Hohe thermale und mechanische Belastungen aufgrund von hoher Festigkeit und Duktilität konzentrieren den Verschleiß wegen segmentierter Spanbildung auf den Bereich um die Schneidkante sowie auf der Spanfläche. Aushärten während der Spanbildung führt zu hohen dynamischen Schnittkräften. Die Schneidkantentemperatur ist ein wichtiger Faktor zur Bestimmung des Verschleißes.

 

NE-Werkstoffe - ISO N

Was sind NE-Werkstoffe?

  • NE-Werkstoffe enthalten weiche Metalle mit Härten unter 130 HB, ausgenommen sind hochfeste Bronzelegierungen (>225HB).
  • Aluminiumlegierungen (Al) mit weniger als 12-13% Siliziumanteil (Si), stellen den größten Teil
  • MMC: Verbundwerkstoff mit Metallmatrix: Al + SiC (20-30 %)
  • Magnesiumbasislegierungen
  • Kupfer: Elektrolytkupfer mit 99.95% Cu
  • Bronze: Kupfer mit Tin (Sn) (10-14%) und/oder Aluminium (3-10%)
  • Messing: Kupfer (60-85 %) mit Zink (Zn) (40-15 %)

Zerspanbarkeit von Aluminiumlegierungen

  • Lang spanender Werkstückstoff
  • Relativ einfache Spankontrolle in legiertem Zustand
  • Reines Al ist klebrig und erfordert scharfe Schneidkanten und hohe vc
  • Spezifische Schnittkraft: 350–700 N/mm²
  • Schnittkräfte und zur Bearbeitung notwendige Energie sind niedrig
  • Der Werkstoff kann mit feinkörnigen, unbeschichteten Hartmetallsorten bearbeitet werden, wenn der Si-Gehalt unter 7-8 % liegt, bei Aluminium mit höherem Si-Gehalt wird mit PKD-bestückten Sorten zerspant
  • Übereutektisches Al mit einem höheren Si-Gehalt als 12 % ist sehr abrasiv

Typische Bauteile

Motorblock, Zylinderkopf, Getriebegehäuse, Verkleidungen, Bauteile für Flugzeugrahmentragwerke.

MC-Codes für N-Werkstoffe

MC-Code​Werkstoffgruppe​​Werkstoff-Untergruppe​HerstellungsprozessWärmebehandlung​nom​Spezifische Schnittkraft, kc1 (N/mm2)mc
​N1.1.Z.UT​1Aluminiumbasislegierungen1Technisch rein​Z​Gegossen​​UT​Unbehandelt​30 HB​350​0.25
​​N1.2.Z.UT1​2​AlSi-Legierungen, Si<=1%​Z​UT​60 HB​400​0.25
​​N1.2.Z.AG​12​ZAG​Ausgehärtet​100 HB​650​0.25
​​N1.2.S.UT​12​S​​Gesintert​UT​Unbehandelt​75 HB​410​0.25
​​N1.2.C.NS​12​C​Gegossen​​NS​Nicht angegeben​80 HB​410​0.25
​​N1.3.C.UT​13​AlSi-Gusslegierungen, Si<=1% und <13%​​C​UT​Unbehandelt​75 HB​600​0.25
​N1.3.C.AG​13​CAG​Ausgehärtet​90 HB​700​​0.25
​N1.4.C.NS​14​AlSi-Gusslegierungen, Si>=13%​CNS​Nicht angegeben​130 HB​700​0.25
​N2.0.C.UT2​Magnesiumbasislegierungen0Hauptgruppe​C​Gegossen​UT​Unbehandelt​70 HB
​N3.1.U.UT3​Kupferbasislegierungen1Bleifreie Kupferlegierungen (einschl. elektrolytischer Kupfer)U​​Nicht angegebenUT​Unbehandelt ​​100 HB​13500.25
​N3.2.C.UT3​2Verbleites Messing und Bronzen (Pb = 1%)​C​Gegossen​UT​90 HB​550​0.25
​N3.3.S.UT3​2​S​GesintertUT35 HB
​N3.3.U.UT​33CU-Automatenlegierungen (Pb>1%)​U​Nicht angegebenUT​110 HB​550​0.25
​N3.4.C.UT34Hochfeste Bronze (>225HB)​C​Gegossen​UT​300 HB
​N4.0.C.UT4Zinkbasislegierungen0Hauptgruppe​C​Gegossen​UT​Unbehandelt​70 HB
 

ISO S - Warmfeste Superlegierungen und Titan

  • MC-Codes für S-Werkstoffe
  • HRSA-Werkstoffe – S 1.0-3.0
  • Titan – S 4.1-4.4

Was sind ISO S - Warmfeste Superlegierungen und Titan?

  • Die ISO S-Gruppe kann in warmfeste Superlegierungen (HRSA) und Titan unterteilt werden.
  • Die HRSA-Werkstoffe wiederum spalten sich in drei Gruppen auf Nickelbasis-, Eisenbasis- und Kobaltbasislegierungen
  • Zustand: geglüht, lösungsgeglüht, ausgehärtet, gewalzt, geschmiedet, gegossen
  • Eigenschaften: Ein höherer Legierungsanteil (Co mehr als Ni) führt zu einer besseren Beständigkeit gegenüber Wärme, zu höherer Zugfestigkeit sowie höherer Korrosionsbeständigkeit

Zerspanbarkeit im Allgemeinen


= Rostfreie Stähle
= Wärmebehandelt (ausgehärtet)
= Lösungsbehandelt (geglüht)
  • Die physikalischen Eigenschaften und das Verhalten bei der Bearbeitung des einzelnen Werkstoffes variieren aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Legierung und der konkreten metallurgischen Verarbeitung bei der Herstellung beträchtlich
  • Das Glühen und Aushärten haben besonderen Einfluss auf die späteren Zerspanungseigenschaften
  • Schwierige Spankontrolle (segmentierte Späne)
  • Spezifische Schnittkraft: 2400–3100 N/mm² bei HRSA und 1300–1400 N/mm² bei Titan
  • Schnittkräfte und Leistungsbedarf ziemlich hoch

Aushärtung

Um eine größere Festigkeit zu erreichen, können warmfeste Legierungen „ausscheidungsgehärtet“ werden.

Durch die Behandlung des Werkstoffes bei hohen Temperaturen, z.B. durch Aushärten, werden kleine intermetallische Partikel in die Legierung ausgeschieden. Diese Teilchen behindern die Bewegung in der Kristallstruktur, was dazu führt, dass sich der Werkstoff weniger verformen kann.

MC-Codes für S-Werkstoffe

​Stähle werden - aus Sicht der Zerspanbarkeit - nach Werkstoffen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis klassifiziert. Titan wird in handelsreines Titan, Alpha-Legierungen sowie Quasi-Alpha-Legierungen, Alpha-/Betalegierungen und Beta-Legierungen unterteilt.

​MC-Code​Werkstoffgruppe​​Werkstoff-Untergruppe​HerstellungsprozessWärmebehandlungnom​Spezifische Schnittkraft,kc1 (N/mm2)mc
S1.0.U.AN1Eisenbasislegierungen​1Hauptgruppe​UNicht angegeben​ANWeichgeglüht​200 HB2400​0.25
S1.0.U.AG12​UAG​Ausgehärtet280 HB​25000.25
S2.0.Z.AN2Nickelbasislegierungen​0Hauptgruppe​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​ANWeichgeglüht​250 HB2650​0.25
S2.0.Z.AG20​ZAG​Ausgehärtet350 HB​29000.25
S2.0.Z.UT20​ZUT​unbehandelt275 HB​27500.25
S2.0.C.NS20​CGegossen​NSnicht angegeben​320 HB3000​0.25
S3.0.Z.AN3Kobaltbasislegierungen​0Hauptgruppe​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​ANWeichgeglüht​200 HB2700​0.25
S3.0.Z.AG30​ZAG​Ausgehärtet300 HB​30000.25
S3.0.C.NS30​CGegossen​NSNicht angegeben​320 HB3100​0.25
S4.1.Z.UT4Titanbasislegierungen​1Reintitan (>99.5% Ti)​ZGeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​UTUnbehandelt​200 HB1300​0.23
S4.2.Z.AN42Alpha- und nahe Alpha-LegierungenZ​AN​Weichgeglüht​320 HB1400
S4.3.Z.AN43Alpha/Beta-LegierungenZ​AN330 HB​1400
S4.3.Z.AG43​ZAG​Ausgehärtet375 HB​1400
S4.4.Z.AN44Beta-Legierungen​Z​ANWeichgeglüht​330 HB1400
S4.4.Z.AG44ZAGAusgehärtet​410 HB1400
S5.0.U.NS3​Wolframbasislegierungen​0Hauptgruppe​Unicht angegeben​NSnicht angegeben​120 HB
S6.0.U.NS3Molybdänbasislegierungen​0Hauptgruppe​Unicht angegeben​NSnicht angegeben​200 HB

HRSA-Werkstoffe – S 1.0-3.0

Definition

Stark korrosionsbeständige Werkstoffe, die bei hohen Temperaturen ihre Härte und Festigkeit behalten. Sie werden bei bis zu 1000 °C eingesetzt und in einem Alterungsprozess gehärtet.

  • Die Nickelbasislegierung wird am meisten verwendet und macht z. B. mehr als 50 % des Gewichts von einem Flugzeugmotor aus. Ausscheidungsgehärtete Werkstoffe sind u.a: Inconel 718, 706 Waspalloy, Udimet 720. Lösungsverstärkt (nicht härtbar) ist beispielsweise: Inconel 625
  • Eisenbasislegierungen entstehen aus austenitischem rostfreiem Stahl und verfügen über die schlechtesten Wärmefestigkeitseigenschaften: z. B. Inconel 909 Greek Ascolloy und A286
  • Kobaltbasislegierungen weisen die besten Wärmeeigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aus und werden hauptsächlich in der Medizintechnik eingesetzt: Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10), Stellite 21, 31
  • Hauptlegierungselemente in HRSA-Werkstoffen
    Ni: Für eine stabile Metallstruktur und Werkstoffeigenschaften bei hohen Temperaturen
    Co, Mo, W: Für erhöhten Widerstand gegen Wärme
    Cr, Al, Si: für verbesserte Korrosionsbeständigkeit
    C: für eine optimierte Korngröße
Typische Bauteile

Flugzeugmotor- und Gasturbinen in Verbrennungs- und Turbinenbereichen, Off-Shore-Öl- und Gasanwendungen, medizinische Gelenkimplantate und Anwendungen, bei denen hohe Korrosionsbeständigkeit gefordert wird.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit von HRSA-Werkstoffen nimmt entsprechend der Reihenfolge ab: Nickelbasis-, Eisenbasis- und Kobaltbasislegierungen. Alle Werkstoffe sind hochfest bei hohen Temperaturen und erzeugen während der Zerspanung segmentierte Späne, was zu hohen und dynamischen Schnittkräften führt.

Schlechte Wärmeleitfähigkeit und große Härte generieren bei der Bearbeitung hohe Temperaturen. Die hohe Festigkeit und die Eigenschaften, die durch Kaltverfestigung erworben wurden, erzeugen Kerbverschleiß bei maximaler Schnitttiefe und eine extrem abrasive Arbeitsumgebung für die Schneidkante.

Für eine gute Widerstandsfähigkeit gegen plastische Deformation sollten Hartmetallsorten über gute Schneidkantenzähigkeit und Haftung der Beschichtung auf dem Substrat verfügen. Im Allgemeinen werden Wendeschneidplatten mit einem großen Einstellwinkel (runde Wendeschneidplatten) und einer positiven Schneidengeometrie empfohlen. Beim Drehen und Fräsen können - je nach Anwendung - Keramiksorten eingesetzt werden.

Titan – S 4.1-4.4

Definition

Titanlegierungen können, abhängig von ihren Strukturen und enthaltenen Legierungselementen, in drei Klassen unterteilt werden.

  • unbehandelt, Reintitan
  • Alpha-Legierungen – Zusätze von Al, O und/oder N
  • Beta-Legierungen – Zusätze von Mb, Fe, V, Cr und/oder Mn
  • Gemischte α+β Legierungen, in denen eine Mischung beider Klassen vorhanden ist

Die gemischten a+ß- -Legierungen vom Typ Ti-6Al-4V nehmen den größten Teil der derzeit verwendeten Titanlegierungen ein. Haupteinsatzgebiet ist die Luft- und Raumfahrt, daneben aber auch bei universellen Anwendungen anzutreffen. Titan verfügt über ein sehr gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht mit außergewöhnlicher Korrosionsbeständigkeit bei 60 % der Dichte von Stahl. Das ermöglicht die Ausführung dünnerer Wände.

Typische Bauteile

Titan kann in sehr schwieriger Arbeitsumgebung eingesetzt werden, was bei den meisten anderen Baustoffe beträchtliche Korrosionsschäden hervorrufen würde. Grund dafür ist das Titanoxid TiO2, das sehr widerstandsfähig ist und die Oberfläche mit einer Schicht von ca. 0,01 mm bedeckt. Ist die Oxidschicht beschädigt und Sauerstoff vorhanden, bildet das Titan das Oxid sofort neu. Einsatz findet es bei Wärmetauschern, Entsalzungsanlagen, Flugzeugmotorteilen, Landungsgestellen und Rahmenteilen bei Flugzeugen.

Zerspanbarkeit

Die Zerspanbarkeit ist im Vergleich zu normalem und rostfreiem Stahl recht schwierig und stellt besondere Anforderungen an die Qualität der Zerspanungswerkzeuge. Titan verfügt über eine schwache Wärmeleitfähigkeit; die Festigkeit bleibt bei hohen Temperaturen erhalten, was hohe Schnittkräfte und Wärme an der Schneidkante erzeugt. Stark zerschnittene, dünne Späne mit Abriebneigung produzieren einen schmalen Kontaktbereich an der Spanfläche und erzeugen konzentrierte Schnittkräfte an der Schneidkante. Eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit führt zu einer chemischen Reaktion zwischen Span und Werkzeugmaterial, was plötzliches Ausbrechen der Wendeschneidplatte bzw. Brüche hervorrufen kann. Die Materialien für den Schneidkopf sollten deshalb gute Warmfestigkeit und einen geringen Kobaltgehalt aufweisen und nicht mit dem Titan reagieren. Deshalb wird meist feinkörniges, unbeschichtetes Hartmetall verwendet. Wählen Sie eine positive/offene Geometrie mit guter Schneidkantenzähigkeit.

 

ISO H - Gehärteter Stahl

Was ist gehärteter Stahl?

  • Diese Werkstoffgruppe umfasst vergütete Stähle mit Härten von >45-68 HRC
  • Zu den gängigen Stählen gehören einsatzgehärteter Stahl (~60 HRc), Kugellagerstahl (~60 HRc) sowie Werkzeugstahl (~68 HRc). Harte Gusseisenarten schließen weißes Gusseisen (~50 HRc) und ADI/Kymenit (~40 HRc) ein. Baustahl (40–45 HRc), Mn-Stahl und verschiedene Arten von Hartbeschichtungen, d.h. Stellit, P/M-Stahl sowie Hartmetall gehören ebenfalls zu dieser Gruppe.
  • Das Hartdrehen fällt typischerweise in den Bereich von 55–68 HRC

Zerspanbarkeit

  • Gehärteter Stahl nimmt die kleinste Gruppe im Bereich der Metallzerspanung ein; das Schlichten ist der gebräuchlichste Vorgang. Spezifische Schnittkraft: 2550–4870 N/mm². Dieser Prozess bietet ausreichende Spankontrolle. Schnittkräfte und Leistungsbedarf sind ziemlich hoch.
  • Der Schneidstoff muss über hohe thermische und chemische Stabilität, mechanische Festigkeit sowie Widerstand gegenüber Abrasionsverschleiß und plastische Deformation verfügen. CBN hat diese Eigenschaften und ermöglicht das Drehen anstatt des Schleifens
  • Gemischte oder Whisker-verstärkte Keramik kann beim Drehen ebenfalls eingesetzt werden, wenn das Werkstück eine mittelmäßige Oberflächengüte erfordert und die Härte zu hoch für Hartmetall ist
  • Hartmetall herrscht bei Fräs- und Bohranwendungen vor und wird bis zu einer Härte von ca. 60 HRc eingesetzt. 60 HRc

Typische Bauteile

Häufig eingesetzt bei: Antriebswellen, Getriebegehäusen, Lenkritzeln und Stanzwerkzeugen.

MC-Codes für gehärteten Stahl

​MC-CodeWerkstoffgruppe​Werkstoff-Untergruppe​HerstellungsprozessWärmebehandlung​nom​Spezifische Schnittkraft, kc1 (N/mm2)mc
​H1.1.Z.HA1Stähle (extra hart)​1Härtegrad 50​Zgeschmiedet/gewalzt/kaltgezogen​HAGehärtet (+ angelassen)​50 HRc​3090​0.25
​H1.2.Z.HA1​​2Härtegrad 55​Z​HA​55 HRc​36900.25
​H1.3.Z.HA1​3Härtegrad 60​Z​HA​60 HRc​43300.25​
​H1.4.Z.HA1​4Härtegrad 63​Z​HA​63 HRc​4750​0.25
​H2.0.C.UT2Kokillenhartguss​0HauptgruppeC​​Gegossen​​UT​Unbehandelt​55 HRc​3450​0.28
​​H3.0.C.UT3​Stellite​0HauptgruppeC​​Gegossen​​UT​Nicht angegeben​40 HRc
​​H4.0.S.AN4​Ferro-TiC​0Hauptgruppe​S​Gesintert​AN​Weichgeglüht​67 HRc
 

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