5 лучших нержавеющих сталей, поддающихся механической обработке, чтобы вывести вашу продукцию на новый уровень

Нержавеющие стали являются одними из самых популярных материалов для производства металлов и используются в самых разных областях, от посуды до автомобильных компонентов и оборудования для химической обработки. Многие изделия из нержавеющей стали изготавливаются с помощью станков с ЧПУ — универсального производственного метода, использующего точность управляемых компьютером фрезерных станков, сверл, токарных станков и других режущих инструментов для эффективного и экономичного создания точных повторяемых деталей.

Однако термин «нержавеющая сталь» на самом деле относится не только к одному материалу. Нержавеющая сталь — это категория металлов, каждый из которых обладает различными характеристиками. Выбор правильной нержавеющей стали для конкретного применения может значительно улучшить или ухудшить характеристики детали. Вот что нужно знать продуктовым командам.

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющая сталь представляет собой сплав, состоящий в основном из железа, углерода и хрома, хотя многие марки включают несколько более высокий процент углерода для большей прочности и твердости. Включение других металлов, таких как никель для стабилизации кристаллической микроструктуры железа, или молибдена или титана для повышения жаропрочности и коррозионной стойкости сплава, также является обычной практикой. Нержавеющие стали могут быть относительно ковкими и пластичными в зависимости от термической обработки.

Коррозионная стойкость и устойчивость к ржавчине нержавеющих сталей обусловлены поведением сплавов при воздействии кислорода. Как только голый металл подвергается воздействию открытого воздуха, хром в сплаве образует тонкий оксидный слой. Этот оксидный слой препятствует дальнейшему окислению металла, предотвращая коррозию и ржавчину, вызванные влагой и кислородом. Эта устойчивость к коррозии и ржавчине делает многие нержавеющие стали подходящими для деталей, которые будут подвергаться воздействию элементов в течение длительного времени.

Существует пять основных категорий нержавеющих сталей:

• Аустенитная
• Ферритовый
• Мартенсит
• Дуплекс
• Осадки усиливаются

Хотя нержавеющие стали, как правило, трудно поддаются механической обработке, обрабатываемость каждой из этих категорий можно улучшить, следуя ряду передовых методов, включая:использование острых инструментов с правильной геометрией резания и выбор подходящей скорости подачи и глубины резания для каждого конкретного сплава.

Кроме того, включение таких элементов, как сера, медь, свинец и другие сплавы, может изменить обрабатываемость материала. В частности, сера снижает пластичность стружки, позволяя ей легче отрываться.

1. Аустенитные нержавеющие стали

Аустенитные нержавеющие стали, названные в честь аустенитных кристаллических микроструктур в железе, являются наиболее распространенной формой нержавеющей стали. Эти марки стали обеспечивают высокую коррозионную стойкость и прочность, впечатляющую формуемость после механической обработки, хорошую свариваемость и, как правило, имеют гораздо более высокое содержание никеля по сравнению с другими типами сплавов. Аустенитные стали обозначаются номерами в диапазоне 300.

Стали марки 304, широко известные как стандартная нержавеющая сталь 18/8, содержат не менее 18% хрома и 8% никеля и не более 0,07% углерода. Они используются для создания широкого спектра бытовых и промышленных компонентов, включая посуду, винты и оборудование.

Стали марки 316 очень похожи, но содержат более высокие уровни никеля и молибдена, которые обеспечивают большую устойчивость к кислотам и хлоридам. Таким образом, марка 316 хорошо подходит для деталей, используемых в морской и химической промышленности. Однако дополнительные металлы увеличивают стоимость материала.

И 304, и 316 стали доступны в низкоуглеродистых сортах (304L и 316L), которые обеспечивают меньший риск осаждения карбида хрома (явление, которое резко снижает коррозионную стойкость вдоль сварных швов). Они предпочтительны для высококоррозионных сред.

Аустенитные нержавеющие стали труднее всего поддаются механической обработке, в основном из-за того, что они обладают липкостью и быстро твердеют. Охлаждающие и смазочные материалы особенно важны во время механической обработки для предотвращения концентрации тепла.

2. Ферритные нержавеющие стали

Ферритные нержавеющие стали представляют собой магнитные сплавы с высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода, обладающие высокой стойкостью к коррозионному растрескиванию под напряжением (распространенный тип разрушения стали) и окислению при высоких температурах.

Эти сорта часто используются для автомобильных компонентов, кухонной утвари, нефтехимического оборудования и других приложений, которые должны взаимодействовать с потенциально коррозионными материалами. Ферритные нержавеющие стали также обладают превосходными свойствами теплопроводности, что делает их идеальными для таких применений, как теплообменники котлов и печи.

Хотя ферриты не обладают такой же прочностью и коррозионной стойкостью, как аустенитные нержавеющие стали, их низкое содержание углерода обеспечивает превосходную пластичность, что позволяет этим маркам подвергаться экстенсивной деформации без ослабления материала. Они также не отверждаются при термообработке. Из-за отсутствия никеля ферритные нержавеющие стали часто дешевле, чем аустенитные. Эти сорта обозначаются числами в диапазоне 400.

Марка 434 является одной из наиболее часто используемых ферритных нержавеющих сталей. Молибден повышает коррозионную стойкость сплава, в результате чего получается материал с хорошими механическими свойствами, а также высокой стойкостью к нагреванию и окислению.

Марка 444, с другой стороны, имеет низкий уровень содержания углерода и азота, обеспечивая превосходную стойкость к точечной, щелевой коррозии и растрескиванию под воздействием хлоридов, что делает ее идеальной для таких применений, как резервуары для горячей воды и оборудование для пивоварения или виноградников.

Ферритные стали являются одними из самых простых в обработке нержавеющих сталей, хотя сплавы с более высоким содержанием хрома, такие как марка 446, часто вызывают трудности при обработке.

3. Мартенситные нержавеющие стали

Мартенситные нержавеющие стали структурно аналогичны ферритным сталям, но содержат более высокий процент углерода (содержание углерода в ферритных сталях обычно ниже 0,10%, тогда как мартенситные сорта могут содержать до 1% и более). Это создает в материале мартенситные микроструктуры, которые придают этим сплавам более высокую прочность и износостойкость после механической обработки по сравнению с другими нержавеющими сталями, но также могут повышать хрупкость материала.

Кроме того, повышенное содержание углерода позволяет мартенситным сталям подвергаться термообработке и старению для дальнейшего упрочнения и упрочнения металла. Однако это также увеличивает восприимчивость материалов к ржавчине и коррозии. Таким образом, это семейство идеально подходит для приложений, требующих высокой прочности и долговечности, но только средней коррозионной стойкости, таких как компоненты турбин, высококачественные столовые приборы, механические клапаны и насосы.

Мартенситные нержавеющие стали также обозначаются цифрой 400 и, как и ферриты, относительно легко поддаются механической обработке, хотя повышенное содержание углерода снижает обрабатываемость. Марка 440C отличается одними из самых высоких показателей прочности, твердости и износостойкости, возможных для сплавов из нержавеющей стали, но для полной реализации этих характеристик требуется сначала термообработка. В отожженном состоянии стали 440C находятся в состоянии, наиболее легко поддающемся механической обработке, хотя рекомендуется использовать прочную оснастку.

4. Дуплексные нержавеющие стали

Дуплексные нержавеющие стали представляют собой чрезвычайно устойчивые к коррозии сплавы, содержащие как аустенитную, так и ферритную микроструктуры. В результате получается довольно ковкий и свариваемый набор сталей с сочетанием характеристик обеих категорий.

Дуплексные сплавы могут обеспечивать вдвое большую прочность, чем аустенитные или ферритные нержавеющие стали, и демонстрировать стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением, которая намного выше, чем у обычных аустенитных сплавов, таких как марки 304 и 316, хотя и ниже, чем у стандартных ферритных сталей. Однако такое сочетание высокой прочности и коррозионной стойкости делает дуплексные сплавы идеальными для подводного применения, где детали должны выдерживать коррозионную соленую воду в течение длительного времени.

Стойкость к точечной и щелевой коррозии определяется содержанием хрома, молибдена и азота в конкретном сплаве, но дуплексные стали содержат меньше никеля и молибдена, чем аустенитные сплавы, и поэтому обычно дешевле. Кроме того, их высокая прочность также позволяет разработчикам уменьшить толщину сечения некоторых компонентов, что еще больше способствует снижению стоимости и общего веса деталей.

Возможно, наиболее распространенной формой дуплексной нержавеющей стали является 2205 (названная из-за состава, состоящего из 22% хрома и 5% никеля), который обычно используется в оборудовании для химической обработки и хранения, а также в грузовых танках. Дуплексные стали сложнее обрабатывать из-за их высокой прочности после отжига.

5. Дисперсионно-твердые нержавеющие стали

Дисперсионно-твердые нержавеющие стали сочетают в себе преимущества как аустенитных, так и мартенситных сплавов, что позволяет им достигать высоких прочностных и механических свойств за счет термической обработки, сохраняя при этом хорошую коррозионную стойкость.

В дополнение к хорошему окислению, эти дисперсионно-твердые нержавеющие стали в большинстве условий работают так же, как аустенитная сталь марки 304. Наиболее распространенной формой дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали является нержавеющая сталь 17-4 PH, или марка 630, которая получила свое название благодаря своему составу из 17 % хрома и 4 % никеля.

Хотя обрабатываемость дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали варьируется в зависимости от конкретного сплава, одним из существенных преимуществ этих металлов является то, что они легко поддаются механической обработке в состоянии, обработанном на твердый раствор, за которым может следовать процесс дисперсионного твердения для улучшения характеристик стали. сила.

Найдите идеальный сплав нержавеющей стали для каждого проекта

Нержавеющие стали бывают разных форм. Если группы разработчиков ищут сверхпрочные сплавы со средней коррозионной стойкостью, то мартенситные сплавы подойдут как нельзя лучше. Аналогичным образом, командам, которым требуется сталь с высокой прочностью, высокой устойчивостью к точечной коррозии и коррозии, может подойти дуплексный сплав.

Определение подходящего материала для конкретного компонента является важной частью проектирования продукта и производственных процессов, и от команды разработчиков требуется тщательная проверка вариантов материалов. Тем не менее поиск подходящего материала для удовлетворения уникальных требований проекта может быть упрощен с помощью опытного партнера-производителя, такого как Fast Radius.

Fast Radius предоставляет эффективные производственные услуги по запросу. Работая бок о бок с клиентами на каждом этапе проектирования и производства, наша команда опытных инженеров, дизайнеров, консультантов и технологов гарантирует, что детали оптимизированы для технологичности и что наиболее подходящий метод производства или комбинация методов всегда занят. Fast Radius помогает командам всех форм и размеров создавать превосходные детали по конкурентоспособной цене и в кратчайшие сроки. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше.

Посетите учебный центр Fast Radius, чтобы узнать больше о современных высокопрочных сталях, обработке на станках с ЧПУ и полном спектре наших услуг.