CNC-Bearbeitung und -Fräsen ist eine der beliebtesten Methoden zur Herstellung von kundenspezifischen Teilen und Prototypen. Das Verfahren der numerischen Computersteuerung weist einen hohen Automatisierungsgrad auf und übertrifft andere traditionelle Fertigungsverfahren in Bezug auf Produktionsgeschwindigkeit, Effizienz und Präzision. Die Auswahl des richtigen Materials für ein CNC-Bearbeitungsprojekt kann eine Herausforderung sein, da viele Faktoren zu berücksichtigen sind, darunter mechanische Eigenschaften, Kosten, Festigkeit, Gewicht, Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oberflächengüte. Die Bearbeitung ist mit Hunderten von Metallwerkstoffen kompatibel, wobei Edelstahl und Aluminium die beliebtesten Materialien für kundenspezifische Teile und Prototypen sind. Wie unterscheidet sich die Bearbeitung von Aluminium von der Bearbeitung von Stahl? Welche mechanischen Eigenschaften haben die beiden Produkte? Wie hoch ist der Härtegrad des Materials? CNC-gefräst? Über all dies schreiben wir weiter unten.
Aluminium und Stahl – ein Überblick
Aluminium und Edelstahl ähneln sich in ihrem Aussehen und ihrer Vielseitigkeit, und Produkte aus diesen beiden Werkstoffen sind überall zu finden. Edelstahl wird in allen Bereichen verwendet, von Kochgeschirr und Konsumgütern bis hin zum Bauwesen und sogar in medizinischen Geräten, Schiffen und vielem mehr. Aluminium ist leicht und wird häufig in der Sport-, Fahrrad-, Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet. Wie unterscheidet man nun zwischen diesen beiden beliebtesten Metallen? Was ist besser für Ihr CNC-Bearbeitungsprojekt: Fräsen von Edelstahl oder Aluminium? Heute werden wir den Unterschied zwischen diesen beiden Metallen aus verschiedenen Blickwinkeln analysieren, um Ihnen bei der Wahl eines geeigneten Materials zu helfen.
Funktion der Materialien
Aluminium wird aufgrund seiner feinen Struktur und Vielseitigkeit gerne für Projekte der Unterhaltungselektronik verwendet. Die Herstellerländer sind dabei, Stahl und Kunststoffe durch dieses Material zu ersetzen. Beide Materialien werden zur Herstellung von Produkten verwendet. Wenn Sie ein Produkt für den langfristigen Gebrauch kaufen, z. B. Schmuck, müssen Sie irgendwann den Unterschied zwischen diesen Materialien verstehen. Wenn Sie noch nie einen Gegenstand aus gefrästem Aluminium oder Stahl gekauft haben, werden Sie wahrscheinlich auf den ersten Blick keinen großen Unterschied feststellen.
Nichtrostender Stahl und Aluminium: Elementare Zusammensetzung und Legierungseigenschaften
Die elementare Zusammensetzung von Werkstoffen ist für CNC-Bearbeitungsprojekte von entscheidender Bedeutung, da sie Härte, Korrosionsbeständigkeit, Haltbarkeit und Festigkeit erheblich beeinflussen kann. Nichtrostender Stahl ist eine Eisenlegierung mit einem Chromanteil von mindestens 10,5 % und weiteren Elementen wie Aluminium, Silizium, Schwefel, Nickel, Selen, Molybdän, Stickstoff, Titan, Kupfer, Niob usw. mit einem Anteil von etwa 0,03 % bis 1 %. Das Vorhandensein von Chrom ist ausschlaggebend für die hervorragende Leistung von rostfreiem Stahl in Bezug auf Hitzebeständigkeit und allgemeine Korrosionsbeständigkeit. Die in Aluminium enthaltenen Elemente sind Aluminium, Silizium, Zink, Magnesium, Mangan, Kupfer, Eisen, Titan, Chrom, Zirkonium usw.
Rostfreier Stahl und Aluminium: Korrosionsbeständigkeit
Da nichtrostender Stahl Chrom, Eisen, Nickel und andere Bestandteile enthält, hat er eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Chrom bildet eine passive Schutzschicht auf der Oberfläche, die eine selbstreparierende Funktion hat. Aluminium verfügt über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, da seine Oberfläche mit einer schützenden Oxidschicht überzogen ist, die Rost und andere Formen der Korrosion verhindert.
Edelstahl versus Aluminium: Leitfähigkeit
Kupfer wird als Standard für die Leitfähigkeit verwendet. Das liegt daran, dass es eine Leitfähigkeit von 100 % hat. Nimmt man Kupfer als Referenz für dieses Element, so kann man feststellen, dass Aluminium zu 61 % leitfähig und etwa 30 % leichter als Kupfer ist. Die Leitfähigkeit von rostfreiem Stahl liegt bei 3,5 % derjenigen von Kupfer, was ihn zu einem schlechten Stromleiter macht. Aluminium ist das ideale Material, wenn die elektrische Leitfähigkeit bei Ihrem CNC-Bearbeitungsprojekt eine Priorität ist. Auch für die Fernübertragung von Strom und Hochspannungskabeln ist Aluminium die erste Wahl.
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit ist bei kundenspezifischen Prototypenteilen oder Kühlkörpern ein wichtiger Faktor. Aus diesem Grund ist Aluminium oft ein ideales Material für Klimaanlagen oder Heizkörper. Es hat eine Wärmeleitfähigkeit von 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) und ist damit besser als Edelstahl, hat aber einen niedrigeren Schmelzpunkt und wird oberhalb von 400 Grad Celsius weich. Edelstahl ist außerdem wärmeleitfähig und eignet sich daher besser für Hochtemperaturanwendungen.
Schmelztemperaturen
Die Thermisierung des Materials ist bei CNC-Bearbeitungsprojekten sehr wichtig. Teile arbeiten bei hohen Temperaturen, und wenn sie diese kritische Temperatur erreichen, wechseln sie ihren Zustand von fest zu flüssig und verlieren ihre Funktion. Materialien mit niedrigerem Schmelzpunkt eignen sich besser für Druckguss oder Extrusion. Die Höchsttemperatur von rostfreiem Stahl variiert je nach den Legierungselementen und liegt zwischen 1230°C und 1530°C. Die Aluminiumbearbeitung ist ein Verfahren, bei dem das Produkt einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von etwa 660,37 °C hat. Dies bedeutet, dass nichtrostender Stahl dem Aluminium vorzuziehen ist, wenn die Hitzebeständigkeit bei einem CNC-Bearbeitungsprojekt eine wichtige Rolle spielt.
Härte des Materials
Die Metallhärte bezieht sich auf die Leistung der Metalloberfläche durch die Analyse von Spannungen, Verformungen, Vertiefungen und Kratzern. Die Brinell-Skala wird häufig als Indikator für die Materialhärte verwendet. Die Härte von rostfreiem Stahl variiert je nach den Legierungselementen. Sein Mittelwert auf der Brinell-Skala liegt zwischen 80 und 600, was bedeutet, dass rostfreier Stahl eine hohe Härte aufweist und schwer zu verformen ist. Auf dieser Skala liegt Aluminium bei etwa 15H, was relativ weich ist. Rostfreier Stahl ist die ideale Wahl, wenn die Härte ein wichtiger Faktor in Ihrem CNC-Bearbeitungsprojekt ist.
Edelstahl versus Aluminium: Gewicht
Aluminium hat eine Dichte von etwa 2,7 g/cm3, während Edelstahl eine Dichte von 8,0 g/cm3 aufweist. Das gleiche Volumen an rostfreiem Stahl wiegt etwa dreimal so viel wie Aluminium, so dass Aluminium viel leichter ist als rostfreier Stahl. Leichtes Aluminium wird häufig in Flugzeugen, Schiffen, im Bauwesen und anderen Anwendungen eingesetzt.
Edelstahl vs. Aluminium: Haltbarkeit
Sowohl rostfreier Stahl als auch Aluminium bieten eine hervorragende Haltbarkeit, wobei das erstgenannte Material seinem Konkurrenten deutlich überlegen ist. Aus diesem Grund wird nichtrostender Stahl häufig zur Herstellung von Teilen für Autos und Lastwagen verwendet. Sie ist ideal, wenn Sie bei Ihrem CNC-Bearbeitungsprojekt großen Wert auf Haltbarkeit legen.
Bearbeitbarkeit – rostfreier Stahl oder Aluminium?
Die Bearbeitbarkeit von Materialien bezieht sich auf die Leichtigkeit, mit der kundenspezifische Teile oder Prototypen durch Fräsen, CNC-Drehen oder Stanzen hergestellt werden können. Sowohl rostfreier Stahl als auch Aluminium lassen sich leichter CNC-bearbeiten. Aluminium ist weicher und weniger hart, daher ist die CNC-Bearbeitung von Aluminium auch relativ kostengünstig. Vergleicht man die beiden Werkstoffe, so ist nichtrostender Stahl bei der CNC-Bearbeitung etwa dreimal härter als Aluminium; wenn also bei einem CNC-Bearbeitungsprojekt die Zerspanungsfreundlichkeit ein wichtiger Faktor ist, ist Aluminium besser geeignet.
Edelstahl gegenüber Aluminium in Bezug auf die Duktilität
Aluminium ist weicher, hat einen niedrigeren Schmelzpunkt und ist leichter zu formen als Edelstahl. Stahl ist stabil und verformt sich unter Belastung nicht, aber Aluminium ist immer noch die beste Wahl, wenn die Verformbarkeit bei Ihrem Projekt eine wichtige Rolle spielt.
Nichtrostender Stahl versus Aluminium – der Aspekt der Schweißbarkeit
Sowohl nichtrostender Stahl als auch Aluminium gelten als leicht zu schweißen, aber Aluminium erfordert mehr Wissen und Können, und beim Schweißen ist mehr Sorgfalt geboten, um Risse zu vermeiden.
Rostfreier Stahl und Aluminium – Streckgrenzen
Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der ein Material beginnt, sich dauerhaft zu verformen. Bei nichtrostendem Stahl schwankt er je nach Legierungselementen zwischen 25 MPa und 2500 MPa. Die Streckgrenze von Aluminiumlegierungen schwankt zwischen 7 MPa und 11 MPa. Sie ist daher bei nichtrostendem Stahl wesentlich höher als bei Aluminium.
Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit von rostfreiem Stahl liegt bei 34,5 – 3100 MPa, die von Aluminium bei 90 MPa, und bei einigen wärmebehandelten Aluminiumlegierungen, wie z. B. Aluminium 7075, kann die Zugfestigkeit auf mehr als 690 MPa erhöht werden. Es ist festzustellen, dass die Spanne in dieser Kategorie für nichtrostenden Stahl höher ist als für Aluminium. Das bedeutet, dass das Aluminiumfräsen bei niedrigeren Zugfestigkeiten durchgeführt wird.
Scherfestigkeit
Die Scherfestigkeit bezieht sich auf den Widerstand eines Materials gegenüber Scherbelastungen. Bei nichtrostendem Stahl liegt sie zwischen 74,5 und 597 MPa und bei Aluminium zwischen 85 und 435 MPa, so dass nichtrostender Stahl aufgrund seiner höheren Scherfestigkeit dem Aluminium vorzuziehen ist.
Produktionskosten
Nichtrostender Stahl und Aluminium weisen aufgrund verschiedener Legierungselemente unterschiedliche Eigenschaften auf, darunter viele Arten wie martensitischer nichtrostender Stahl, ferritischer nichtrostender Stahl, Duplexstahl, austenitischer nichtrostender Stahl, Hammerschlaghärtung usw. Im Allgemeinen sind die Kosten für die CNC-Bearbeitung von nichtrostendem Stahl höher als die von Aluminium.
Zusammenfassung
Aluminium und Stahl werden oft miteinander verwechselt. Dies führt dazu, dass die Menschen glauben, dass ein Material besser ist als das andere, obwohl es sich um sehr unterschiedliche Produkte handelt. Behandeltes Aluminium ist eine natürliche Form von Aluminium, die für die Verwendung in Flugzeugen und Raumfahrzeugen entwickelt wurde. Es ist viel stärker und leichter als gewöhnliches Aluminium. Zu den häufigsten Anwendungen für dieses Material gehört die Herstellung von Teilen für die Unterhaltungselektronik, einschließlich Computergehäusen und Teilen für Raumfahrzeuge. Manche betrachten bearbeitetes Aluminium als Fortschritt in der Stahlindustrie, doch die beiden Werkstoffe unterscheiden sich erheblich in ihren Eigenschaften. Rostfreier Stahl ist schwerer und haltbarer, aber schwieriger zu bearbeiten. Beide Produkte sind zwar großartig, aber jedes sollte aufgrund seiner individuellen Eigenschaften für eine bestimmte Aufgabe verwendet werden. Eine gute Spanabfuhr und ein akzeptabel hoher Längenausdehnungskoeffizient sind auch bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl, Kupfer oder Edelstahl wichtig. Unser Unternehmen bietet Fräsdienstleistungen für den Maschinenbau oder die Aluminiumbearbeitung an.