Aluminium, Edelstahl, Stahl, technische Kunststoffe: den richtigen Werkstoff für Ihre Teile wählen

Einen Werkstoff wählt man wegen seiner Funktion, nicht aus Gewohnheit. Fünf Fragen grenzen die Liste schnell ein:

• Welche Beanspruchungen? Festigkeit, Steifigkeit, Härte, Verschleiß, Ermüdung.
• Welche Umgebung? Korrosion, Temperatur, Chemikalien, Lebensmittel- oder Medizinkontakt.
• Welche Masse? Aluminium wiegt etwa ein Drittel von Stahl (2,7 g/cm³ gegenüber 7,85), technische Kunststoffe noch weniger.
• Welche Weiterverarbeitung? Schweißen, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung: Nicht jede Sorte eignet sich dafür.
• Welches Budget? Der Werkstoffpreis, vor allem aber die Zerspanzeit, die er erfordert.

Beschreiben Sie die Funktion in Ihrer Anfrage: Der Betrieb für CNC-Zerspanung kann Ihre Wahl bestätigen oder eine wirtschaftlichere Sorte vorschlagen.

Einige gängige Abwägungen

• Ein leichter, schnell gefräster Halter: eine Aluminiumlegierung statt Stahl.
• Ein Teil, das Gischt ausgesetzt ist: Edelstahl 316L oder ein 5083 statt S235, auch wenn dieser lackiert ist.
• Eine Rolle oder eine geräuscharme Gleitführung: POM oder PA6 statt Metall, wenn Geräusch und Schmierung eine Rolle spielen.

Aluminium lässt sich schnell zerspanen, gut oberflächenbehandeln und macht Teile leichter. Entscheidend ist die Legierung:

• 6082 oder 6061: die Standardwahl. Vielseitig, schweißbar, eloxierbar. Der 6082 ist in Europa verbreiteter, der 6061 in Nordamerika; sie sind oft austauschbar, daher der Nutzen des Vermerks „oder gleichwertig“.
• 2017A: fester und sehr angenehm zu zerspanen, aber weniger korrosionsbeständig und kaum schweißbar. Geeignet für aus dem Vollen gefräste mechanische Teile.
• 5083: für Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in maritimer Umgebung, und zum Schweißen. Er ist vor allem als Platte erhältlich und ergibt beim Zerspanen lange Späne.
• 7075: wenn die Festigkeit Vorrang hat (Luftfahrt, hoch beanspruchte Teile). Er ist nicht schweißbar, kostet mehr und ist weniger korrosionsbeständig: Oft ist ein Oberflächenschutz nötig.

Der metallurgische Zustand (zum Beispiel T6 oder T651) gehört zur Bezeichnung: Geben Sie ihn in der Zeichnung an.

Stähle

• S235: gängiger Baustahl, schweißbar und wirtschaftlich. Seine Festigkeit ist bescheiden, und er ist nicht zum Härten gedacht: Fußplatten, Rahmen, Halterungen.
• C45: unlegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der sich zur Härtesteigerung vergüten lässt. Die klassische Wahl für Wellen, Achsen und mechanische Teile; das Schweißen ist heikel.
• 42CrMo4: Chrom-Molybdän-Stahl, der vergütet für ermüdungsbeanspruchte Teile (Wellen, Zahnräder) verwendet wird. Im behandelten Zustand ist er schwerer zu zerspanen: Man schruppt oft vor, behandelt dann und schlichtet oder schleift anschließend, um trotz Verzug die Maße einzuhalten.

Edelstahl

• 304L: der Standard-Edelstahl, kohlenstoffarm, schweißbar. Er verfestigt sich beim Zerspanen, was die Werkzeuge verschleißt und die Zeiten gegenüber Stahl verlängert.
• 316L: Das Molybdän verbessert die Beständigkeit gegen Lochkorrosion, vor allem bei Chloriden: maritime Umgebung, Chemie, Pharma, Medizintechnik. Er ist teurer als 304L.
• 303: mit Schwefel angereichert, um die Zerspanung zu erleichtern, eignet er sich für Drehteile in Serie. Dafür ist die Korrosionsbeständigkeit geringer und vom Schweißen wird abgeraten.

Automatenmessing (CuZn39Pb3) gehört zu den am leichtesten zerspanbaren Metallen: kurze Späne, schöne Oberfläche, gute Leitfähigkeit. Es ist verbreitet bei Anschlussstücken, Armaturen und Kontakten. Es enthält Blei: Für Trinkwasser oder Lebensmittel prüfen Sie die geltenden Anforderungen, es gibt bleifreie Sorten.

Das Titan (Grade 2 oder Ti-6Al-4V) vereint Leichtigkeit (etwa 4,5 g/cm³), hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität. Es ist schwer zu zerspanen, da es Wärme schlecht abführt und die Werkzeuge verschleißt: Rechnen Sie mit deutlich höheren Werkstoffkosten und Zerspanzeiten.

Reines Kupfer, geschätzt wegen seiner elektrischen und thermischen Leitfähigkeit (Stromschienen, Kühlkörper), ist weich und schmierend: Es lässt sich schlechter zerspanen als Messing.

Technische Kunststoffe werden aus Stangen, Platten oder Rohren zerspant. Sie dehnen sich deutlich stärker aus als Metalle, können unter Last kriechen, und einige nehmen Feuchtigkeit auf: Enge Toleranzen sind bei ihnen schwieriger einzuhalten (siehe den Leitfaden zu den Toleranzen).

• POM: steif, formstabil, geringe Reibung. Der gute Kompromiss für mechanische Präzisionsteile.
• PA6: verschleiß- und schlagfest, quillt aber bei Feuchtigkeitsaufnahme: bei engen Passungen zu vermeiden.
• PEEK: Temperaturbeständigkeit (in der Größenordnung von 250 °C im Dauereinsatz), chemische Beständigkeit, sterilisierbar. Sehr teurer Werkstoff.
• PTFE: sehr geringe Reibung und chemische Inertheit, aber weich und kriechend: wenig geeignet für präzise tragende Teile.
• PMMA: transparent und steif, aber spröde; es reißt unter Spannung oder im Kontakt mit bestimmten Lösungsmitteln.
• PE-HD: wirtschaftlich, leicht, gute chemische Beständigkeit, wenig steif und stark dehnbar.

Qualitative Anhaltspunkte zum Vergleich der Werkstoffe. Die relativen Kosten beziehen sich auf den Rohwerkstoff (€ günstig, €€€€ sehr hoch); sie sagen nichts über die Zerspanzeit aus.

Der Preis eines gefrästen Teils setzt sich aus Werkstoff, Maschinenzeit und Werkzeugen zusammen (siehe die Kalkulation eines Zerspanungsangebots). Der pro Kilo günstigste Werkstoff ist daher nicht immer der günstigste je Teil: Eine schnell zerspanbare Legierung kann einen höheren Kilopreis ausgleichen, während ein schwer zerspanbarer Edelstahl oder ein Titan die Maschinenzeit erhöht.

Zwei weitere Stellschrauben wirken sich auf die Kosten aus. Zunächst die Rohteilabmessung: Ein aus dem Vollen gefrästes Teil verbraucht eine ganze Stange oder Platte, von der ein großer Teil als Späne endet. Ein Querschnitt nahe an den handelsüblichen Abmessungen verringert die Verschwendung. Dann das Materialzeugnis (zum Beispiel Typ 3.1 nach NF EN 10204), nützlich für die Rückverfolgbarkeit, aber nur bei Bedarf anzufordern.

Werkstoffe mit hohen Eigenspannungen (dicke Platten, Kunststoffe) können sich nach der Zerspanung verziehen: Der Betrieb sieht dann Schruppen, Spannungsarmglühen und Schlichten vor, was Zeit kostet.

Bei der Verfügbarkeit sind die gängigen Sorten (6082, S235, C45, 304L, 316L, POM, PA6) beim Händler lagernd. Spezielle Sorten wie Titan, PEEK oder 7075 in bestimmten Abmessungen können Lieferzeiten oder Mindestmengen erfordern.

Verwenden Sie die genormte Bezeichnung statt des gebräuchlichen Namens, mit Zustand oder Behandlung: „EN AW-6082 T6“, „S235JR (1.0038)“, „42CrMo4 +QT (1.7225)“, „X2CrNiMo17-12-2 (1.4404)“ für einen 316L, „POM-C“. Geben Sie an, ob eine gleichwertige Sorte akzeptiert wird und ob ein Zeugnis erforderlich ist. Vermeiden Sie mehrdeutige Angaben wie „Alu“ oder „Edelstahl“ allein: Sie zwingen den Betrieb zur Rückfrage oder dazu, auf einer anderen Annahme als Ihrer zu kalkulieren.

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