Schneller, präziser, wirtschaftlicher – die Anforderungen an die Metallbearbeitung steigen. Doch selbst modernste Maschinen stoßen an ihre Grenzen, wenn der Werkstoff nicht mitspielt. Dieser Beitrag beleuchtet, inwiefern optimierte Stähle in der Fertigungsindustrie den entscheidenden Unterschied machen und welche Rolle die verschiedenen Legierungselemente dabei spielen.
Warum ist eine hohe Zerspanbarkeit wichtig?
Die Bearbeitung von Edelstahl ist alles andere als einfach – seine Härte und Festigkeit machen ihn widerstandsfähig, aber auch anspruchsvoll in der Zerspanung. Werkzeuge verschleißen schneller, weil der Stahl abrasiv wirkt, und seine Zähigkeit erschwert zusätzlich den Prozess. Problematisch sind auch lange Späne, die nicht nur das Werkzeug beschädigen, sondern sich in der Maschine verfangen können.
Besonders stark legierte Stähle erfordern hohe Schnittkräfte, was wiederum zu einer erheblichen Hitzeentwicklung führt – ein echter Stresstest für die Werkzeugstandzeit. Um Edelstahl effizient und wirtschaftlich zu bearbeiten, sind deshalb optimierte Werkstoffe und spezialisierte Zerspanungstechniken unerlässlich.
Eine gute Zerspanbarkeit ist also entscheidend für eine wirtschaftliche und effiziente Fertigung. Sie ermöglicht:
- höhere Schnittgeschwindigkeiten
- verkürzte Bearbeitungszeiten
- einen geringeren Werkzeugverschleiß
- einen reibungslosen Ablauf der
- Fertigungsprozesse durch eine optimierte Spanbildung
In der Serienproduktion sind kurze Durchlaufzeiten und eine zuverlässige Bearbeitungsqualität von großer Bedeutung, um Kosten zu senken und Maschinenstillstände zu minimieren. Während die Maschinen immer intelligenter und schneller werden, muss sich auch der Werkstoff weiterentwickeln, um mithalten zu können. Investitionen in eine verbesserte Zerspanbarkeit sind daher zukunftsweisend.
Drehen, biegen, fräsen: Anwendungsbereiche für optimierte Stähle
Gut zerspanbare Stähle werden in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt. Doch Stahl ist nicht gleich Stahl. Je nach Anwendung unterscheiden sich die Anforderungen an die Beschaffenheit des Metalls. Dabei kommt es nicht nur auf die Bearbeitbarkeit an, sondern auch auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Die folgenden Branchen profitieren besonders von optimierten Stählen:
- Automobilindustrie: Komponenten wie Kurbelwellen, Getriebeteile und Einspritzsysteme müssen hohe mechanische Belastungen aushalten und dennoch präzise gefertigt sein. Hier sind Härte und Festigkeit entscheidend, um Verschleißfestigkeit zu gewährleisten, während eine verbesserte Zerspanbarkeit die wirtschaftliche Massenproduktion unterstützt.
- Maschinenbau: Hochpräzise Bauteile wie Wellen, Lager und Zahnräder erfordern exakte Maßhaltigkeit und glatte Oberflächen. Eine gute Korrosionsbeständigkeit ist oft ebenso wichtig, insbesondere bei Anwendungen in feuchter oder chemisch anspruchsvoller Umgebung.
- Medizintechnik: Implantate, chirurgische Instrumente und andere medizinische Bauteile müssen höchsten Reinheits- und Qualitätsstandards genügen. Hier stehen Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität im Vordergrund, da der Stahl direkt mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommt. Dennoch darf die Bearbeitbarkeit nicht vernachlässigt werden, um filigrane und hochpräzise Bauteile effizient fertigen zu können.
Durch gezielte Anpassungen der chemischen Zusammensetzung lässt sich Stahl exakt auf die Anforderungen verschiedener Branchen abstimmen. So entsteht die perfekte Balance zwischen einfacher Bearbeitung und den gewünschten Materialmerkmalen.
Die Mischung macht's: Wichtige Legierungselemente und ihr Einfluss
Fest, hart, zäh, korrosionsbeständig – die Eigenschaften eines Stahls werden stark von seinen Legierungselementen bestimmt. Nickel, Chrom, Kohlenstoff, Mangan, Schwefel und Molybdän wirken sich alle unterschiedlich auf das Endprodukt aus. Dabei kann eine gezielte Modifikation dieser Elemente die Verarbeitbarkeit sowohl erleichtern als auch erschweren:
- Eine Schlüsselkomponente für eine verbesserte Zerspanbarkeit ist das Legierungselement Schwefel, das die Bearbeitungseigenschaften erhöht, allerdings die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit reduziert.
- Dem wirkt wiederum Nickel entgegen, das den Werkstoff nicht nur zäher, sondern auch korrosionsbeständiger macht, jedoch die Zerspanbarkeit durch eine gesteigerte Duktilität verschlechtert.
- Auch Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit sowie die Härte, kann jedoch zu einer erschwerten Bearbeitung führen, da harte Stähle schwieriger zu schneiden sind.
- Das Legierungselement Kohlenstoff verbessert die Festigkeit und Härte von Stahl, doch ein zu hoher Anteil kann das Material spröder machen und die Bearbeitung erschweren.
- Mangan verbessert die Zähigkeit und reduziert Sprödigkeit, allerdings kann ein zu hoher Gehalt die Zerspanung erschweren.
- Molybdän erhöht die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, erschwert jedoch aufgrund seiner Abrasivität die Bearbeitung.
| Zerspanbarkeit | Zähigkeit | Härte | Festigkeit | Korrosionsbeständigkeit | |
|---|---|---|---|---|---|
| Schwefel | + | - | |||
| Nickel | - | + | + | ||
| Chrom | - | + | + | ||
| Kohlenstoff | - | + | + | ||
| Mangan | - | + | |||
| Molybdän | - | + | + |
Die richtige Zusammensetzung der einzelnen Elemente ist eine Wissenschaft für sich – schon kleine Änderungen können darüber entscheiden, ob ein Stahl leicht zerspanbar ist oder die Werkzeuge an ihre Grenzen bringt. Durch präzise Abstimmung der Mischung lassen sich Stähle gezielt für bestimmte Anwendungen optimieren, sodass sie genau die Balance aus Bearbeitbarkeit, Festigkeit und Widerstandsfähigkeit bieten, die in der jeweiligen Branche gefragt ist.
Bessere Zerspanbarkeit mit IMCO®: COGNE optimiert Legierung
Dieses Wissen hat sich auch COGNE zunutze gemacht: Durch die Veränderung der chemischen Zusammensetzung hat das Unternehmen die Zerspanbarkeit der besonders gefragten Werkstoffe 1.4301 und 1.4404 noch weiter optimiert.
Die neuen Varianten IMCO® Premium und IMCO® Ultra bieten dadurch entscheidende Vorteile:
- Höhere Schnittgeschwindigkeiten, die eine schnellere und wirtschaftlichere Fertigung ermöglichen.
- Geringerer Werkzeugverschleiß, wodurch Wartungsintervalle reduziert und die Produktionskosten gesenkt werden.
- Optimierte Spanbildung, die Maschinenstandzeiten verlängert und den Bearbeitungsprozess stabiler macht.
- Reduzierter Schmierstoffeinsatz, was nicht nur die Kosten senkt, sondern auch Nachhaltigkeitsaspekte berücksichtigt.
Während die Premium-Variante, der neue, optimierte Standard, eine um 12 % verbesserte Werkzeugstandzeit aufweist, bietet IMCO® Ultra eine Verbesserung von bis zu 25 %. Diese Fortschritte zeigen, wie wissenschaftliche Erkenntnisse über Stahlzusammensetzungen in konkrete, wirtschaftlich relevante Verbesserungen überführt werden können.
Das von COGNE entwickelte Verfahren zur Qualitätsoptimierung ist grundsätzlich auf jeden Stahl anwendbar. Allerdings sind einige spezifische Anpassungen an die jeweiligen Werkstoffanforderungen erforderlich. Um herauszufinden, bei welchen Stählen eine Optimierung besonders sinnvoll ist, setzt der Edelstahl- und Nickelbasiswerkstoffhersteller auf Marktforschung und Kundenfeedback. Mit der Anwendung der verbesserten Zerspanungstechnologie auf weitere Stähle im Portfolio plant COGNE, die Effizienz weiter zu steigern und Kundenwünsche bestmöglich zu erfüllen.
Fazit
Die richtige Zusammensetzung der Legierungselemente hat einen enormen Einfluss auf die Zerspanbarkeit eines Stahls. Durch eine gezielte Anpassung der chemischen Eigenschaften können Hersteller wie COGNE Stähle entwickeln, die sich effizienter bearbeiten lassen und somit Kosten und Ressourcen sparen. Mit IMCO® Premium und Ultra setzt das Unternehmen neue Maßstäbe in der Stahlverarbeitung und bietet Lösungen, die den steigenden Anforderungen der Industrie gerecht werden.
