Werkstück

Eigenschaften: Die Werkstoffgruppe P umfasst sowohl Kohlenstoffstähle als auch legierte Stähle, deren Hauptbestandteil Eisen (Fe) ist. Kohlenstoffstähle bestehen aus Eisen-Kohlenstoff-Legierungen und werden nach ihrem Kohlenstoffgehalt (C) in niedriggekohlte Stähle (10%) eingeteilt werden.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung: Werkstoffe der P-Klasse weisen in der Regel eine gute Zerspanbarkeit auf, wobei Kohlenstoffgehalt, Härte usw. einen großen Einfluss haben. Kohlenstoffarmer Stahl besitzt eine höhere Viskosität, was das Brechen der Spanung erschwert und zu erhöhtem adhäsivem Verschleiß führt, der wiederum Aufbauschneidenbildung begünstigt. Die Zerspanbarkeit von legiertem Stahl hängt vom Gehalt an Legierungselementen und der Härte ab: Je höher der Legierungsgehalt und die Härte, desto geringer die Zerspanbarkeit. Karbide und einige Legierungselemente verstärken den abrasiven Verschleiß, wodurch die Ausfallformen hauptsächlich Flanken- und Kolkverschleiß sind.

Eigenschaften: Die Härte dieses Werkstofftyps liegt zwischen 45 und 65 HRC. Gängige Werkstoffe sind Einsatzstähle, Wälzlagerstähle und Werkzeugstähle. Aufgrund ihrer hohen Härte sind alle Werkstoffe dieser Gruppe schwer zu bearbeiten. Martensitische Gesteine ​​beispielsweise weisen eine dichte Struktur mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, aber geringer Duktilität auf. Ihre Wärmeleitfähigkeit liegt bei nur 15–25 W/mK, wodurch sie während der Bearbeitung anfällig für Thermoschocks sind. Typische Bauteile aus diesem Werkstoff sind Antriebswellen, Zahnräder, Lenkgetriebe und Stanzwerkzeuge.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung: Üblicherweise ist die Hauptbearbeitungsmethode für diese Werkstoffe die Schlichtbearbeitung. Beim Zerspanen entsteht viel Wärme, und die Schneidkante unterliegt einem erheblichen abrasiven Verschleiß. Die hohe Härte führt zu Mikroausbrüchen an der Schneidkante. Um dieses Problem zu vermeiden, ist der Einsatz von ultrafeinkörnigen Hartmetall- (K10–K20) oder CBN-Werkzeugen erforderlich, da diese Werkzeuge eine gute Warmhärte, chemische Stabilität, mechanische Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen. Beim Drehen dieser Werkstoffe werden hauptsächlich CBN-Werkzeuge verwendet, während Hartmetall vorwiegend zum Fräsen und Bohren eingesetzt wird.

Eigenschaften: M-Edelstähle bestehen hauptsächlich aus Eisen (Fe) und enthalten über 12 % Chrom (Cr) sowie weitere Legierungselemente wie Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Titan (Ti) usw. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen aus. Je nach Chrom- und Nickelgehalt (Ni) werden sie in ferritische, martensitische, austenitische und austenitisch-ferritische (Duplex-)Edelstähle unterteilt. Ferritische und martensitische Edelstähle weisen üblicherweise einen Chromgehalt von 12–18 % auf und enthalten nur geringe Mengen anderer Legierungselemente. Sie sind gut zerspanbar und härtbar, weisen jedoch eine geringe Schweißbarkeit und mittlere Korrosionsbeständigkeit auf. Austenitische Edelstähle enthalten üblicherweise 18 % Chrom und 8 % Nickel (z. B. Edelstahl 304). Die Zugabe von 2–3 % Molybdän (Mo) kann die Korrosionsbeständigkeit verbessern (z. B. Edelstahl 316). Der Chromgehalt und der Nickelgehalt von Duplex-Edelstählen liegen üblicherweise bei 18-28 % bzw. 4-7 %. Diese Edelstähle zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit aus.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung: Der Verschleiß von Schneidwerkzeugen bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe äußert sich hauptsächlich in Flankenverschleiß, Kolkverschleiß und Aufbauschneiden. Während des Schneidprozesses entsteht an der Schneidkante eine große Wärmemenge, die zu plastischer Verformung und starkem Kolkverschleiß führen kann. Gleichzeitig neigt die Zerspanung zur Oberflächenhärtung und zur Bildung harter Späne, was wiederum Kerbverschleiß verursacht. Gehärtete Oberflächen können dazu führen, dass sich Beschichtung und Grundwerkstoff von der Schneidkante lösen, was Ausbrüche und eine schlechte Oberflächenqualität zur Folge hat. Die Bearbeitung von Austenit erzeugt lange, durchgehende Späne mit hoher Festigkeit, die schwer zu brechen sind.

Eigenschaften: Gusseisen der Klasse K ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen (Fe), Kohlenstoff (C) und Silizium (Si) besteht, wobei der Kohlenstoffgehalt in der Regel über 2,11 % liegt. Es handelt sich dabei um eine Fe-C-Legierung mit eutektischer Struktur. Der Kohlenstoff im Gusseisen liegt hauptsächlich in Form von Graphit vor. Dadurch weist Gusseisen eine hohe Schwingungsdämpfung, geringe Kerbempfindlichkeit, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und gute Bearbeitbarkeit auf. Es wird in Grauguss (HT250), Temperguss (KTH300-06), Kugelgraphitguss (QT400-18) und Kompaktguss (RuT400) unterteilt. Gusseisen hat einen hohen Kohlenstoffgehalt von 2,5–4,0 %, einen Siliziumgehalt von 1,0–3,0 %, eine Härte von HB 150–300, eine Wärmeleitfähigkeit von 50–80 W/mK und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Diese Eigenschaften machen Gusseisen geeignet für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Aufgrund seiner hervorragenden Gießeigenschaften und des niedrigen Preises findet es Anwendung bei verschiedenen Werkzeugmaschinengestellen, Eisenrohren und Autoteilen.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung: Die Graphitmorphologie in Gusseisen bestimmt die Schneideigenschaften. Lamellengraphit neigt zur Bildung ultrakurzer Späne, während Kugelgraphit den Schnittwiderstand erhöht. Alle Gusseisensorten enthalten eine Siliziumkarbid-Graphitphase (SiC), die die Schneidkante stark abreibt und abrasiven Verschleiß verursacht. Darüber hinaus kann die Sprödigkeit von Gusseisen zu Ausbrüchen an der Schneidkante führen. Grauguss und Temperguss sind sehr gut zerspanbar, während Kugelgraphitguss, Kompaktguss und isotherm abgeschreckter Kugelgraphitguss aufgrund des höheren Kohlenstoff- und Siliziumgehalts schwieriger zu bearbeiten sind.

Eigenschaften: Zu den Werkstoffen der Klasse S gehören Titanlegierungen und viele hochlegierte Werkstoffe mit Eisen (Fe), Kobalt (Co) und Nickel (Ni), die in Eisen-, Nickel- und Kobalt-basierte Hochtemperaturlegierungen unterteilt werden. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und hohe Hitzebeständigkeit aus und können über lange Zeiträume bei Temperaturen über 600 °C und unter bestimmten Belastungen stabil eingesetzt werden. Bei Werkstoffen wie Ti-6Al-4V, TC4 und anderen α+β-Titanlegierungen liegt das Festigkeits-Gewichts-Verhältnis bei bis zu 110 kN·m/kg, bei einer Wärmeleitfähigkeit von nur 7 W/mK und Temperaturen in der Schnittzone von bis zu 1000 °C. Bei einem β-Phasenanteil von über 20 % steigt die Plastizität deutlich an, was zu starker Spanhaftung führt. Hochtemperaturlegierungen wie GH4169 mit γ-Phasenverstärkung weisen eine Hitzebeständigkeit bis 650 °C auf, was die Bearbeitung erschwert. Hochtemperaturlegierungen werden hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, bei Gasturbinen und in der Energieerzeugung eingesetzt. Titanlegierungen finden häufig Verwendung in Elektronikprodukten wie beispielsweise in Gehäusen von Mobiltelefonen.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung: Hochtemperaturlegierungen zählen aufgrund ihrer hohen Bearbeitungsbeständigkeit, ihres relativ hohen Elastizitätsmoduls und ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit zu den schwer zerspanbaren Werkstoffen. Dies führt zu starker Wärmeentwicklung und Aufbauschneidenbildung. Daher stellt die Bearbeitung beschichteter Messer höhere Anforderungen, wodurch das Werkzeug anfällig für abrasiven Verschleiß, Diffusionsverschleiß, Bindungsverschleiß und andere Verschleißarten wird.

Eigenschaften: Nichteisenmetalle der Klasse N sind alle Metalle außer Eisen (Fe), Mangan (Mn) und Chrom (Cr). Beispiele hierfür sind Aluminiumlegierungen (6061, 7075), Kupferlegierungen (H62, C1100) und Magnesiumlegierungen (AZ91D, AM60). Sie weisen eine Härte von HB 50–150 und eine Wärmeleitfähigkeit von über 120 W/mK auf. Nichteisenmetalle sind in der Regel weicher und bieten besondere Vorteile, wie beispielsweise Aluminiumlegierungen mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit sowie Kupferlegierungen mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit. Nichteisenmetalle finden vielfältige Anwendung im Maschinenbau, in der Energiewirtschaft, der Kommunikationstechnik und bei Haushaltsgeräten.

Schwierigkeiten bei der Bearbeitung: Die Bearbeitung von Nichteisenmetallen mit einem Schneidwerkzeug mit relativ scharfer Schneide ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten und längere Standzeiten. Allerdings weisen Nichteisenmetalle einen geringen Elastizitätsmodul, eine geringe plastische Verformbarkeit und eine relativ hohe Viskosität auf. Bei Aluminiumlegierungen mit einem Siliziumgehalt von über 12 % (z. B. AlSi10Mg) führt die Bildung der harten SiC-Phase zu erhöhten Anforderungen an die Verschleißfestigkeit und Zähigkeit der Werkzeuge. Kupferlegierungen neigen beim Schneiden zur Bildung langer Spanrollen, was den Zerspanungsprozess negativ beeinflusst.