«Сталь» для этого подробного руководства по материалам для станков с ЧПУ

В секторах, требующих высокопроизводительных и долговечных деталей, таких как автомобильная, аэрокосмическая и робототехническая промышленность, сталь и алюминий, как правило, являются предпочтительными материалами для многих применений. Однако сталь и алюминий имеют очень разные физические характеристики и цену, поэтому очень важно определить, что лучше подходит для данной детали.

Одним из таких определяющих факторов обычно является метод производства, которым в этих отраслях часто является обработка с ЧПУ. При обработке металлических деталей существует несколько основных причин, по которым сталь может быть более подходящим материалом, чем алюминий. Хотя алюминий невероятно легкий, сталь намного прочнее. Более того, алюминий, как правило, намного дороже.

Однако выбор сводится не только к алюминию и стали. Сталь на самом деле представляет собой семейство материалов, и важно тщательно оценивать различные стали, а также их соответствующие преимущества и ограничения в процессе выбора материала. Вот четыре наиболее часто обрабатываемых типа стали и что нужно знать командам разработчиков о каждом из них.

1. Сталь 4140

Сталь 4140 используется во многих отраслях промышленности из-за ее высокой усталостной прочности, общей прочности и устойчивости к истиранию и ударам. Химический состав 4140 делает его особенно прочным, жестким, пластичным и закаливаемым. Кроме того, хром и молибден способствуют повышению коррозионной стойкости, а содержание марганца и углерода еще больше увеличивает прокаливаемость, способствуя раскислению. Он считается очень универсальным и легко поддается механической обработке, и его можно использовать для изготовления многих стальных деталей общего назначения.

Сталь 4140 намного прочнее обычных углеродистых сталей, поэтому для эффективной формовки требуется большее усилие. Кроме того, при обработке стали 4140 отжиг важнее, чем при обработке простых малоуглеродистых сталей. Несмотря на то, что 4140 часто подвергается закалке, сварка 4140 затруднена, и для предотвращения растрескивания требуется термическая обработка до и после сварки, а также использование совместимого присадочного материала.

4140 требует немного более высокой стоимости материала, чем нелегированная, чистая углеродистая сталь, а также значительно более высокой стоимости обработки. Однако, поскольку он такой прочный и долговечный, он считается очень экономичным.

Механические характеристики:

• Термообработка:закалка в масле, отпуск 540 °C, диаметр 25 мм.
• Предельная прочность на растяжение:1140 МПа
• Удлинение при разрыве:18%
• Модуль упругости:205 ГПа
• Твердость:35 HRC

2. сталь 1018

Сталь 1018 представляет собой углеродистую сталь общего назначения, состоящую из железа, углерода, марганца, фосфора и серы. Сталь 1018 обладает отличной свариваемостью, но не такая твердая, как некоторые другие стали.

Основным преимуществом стали 1018 является ее обрабатываемость. Его очень легко формовать, ковать, сваривать и выполнять горячую обработку, что делает его подходящим для деталей, требующих сильных изгибов или других тонких функций. Таким образом, сталь 1018 часто используется для изготовления валов, шпинделей, штифтов или стержней. Он также считается хорошим выбором для науглероженных деталей.

Хотя сталь 1018 можно сваривать, сварка не рекомендуется, если сталь карбонитрирована и науглерожена. Это ограничение, о котором должны знать производственные бригады при работе со сталью 1018. Из-за относительно мягкой текстуры материала его также может быть трудно отделывать.

Обрабатываемость, прочность и точность стали 1018 имеют высокую цену. Она дороже, чем некоторые сопоставимые стали, но гораздо лучше подходит для обработки на станках с ЧПУ, чем аналогичные стали.

Механические характеристики:

• Холоднотянутые
• Предельная прочность на растяжение:440 МПа
• Удлинение при разрыве:15%
• Модуль упругости:200 ГПа
• Твердость:71 HRB

3. сталь 1045

Сталь 1045 состоит из железа, углерода, силикона, марганца и серы или фосфора. Это среднеуглеродистая сталь, рассчитанная на прочность и твердость. Его точность размеров, прямолинейность и концентричность делают его особенно подходящим для высокоскоростных приложений. Он часто используется для изготовления болтов, шпилек, шестерен, осей и валов.

1045 часто выбирают из-за его относительной прочности и ударопрочности. Сталь 1045 измеряет 54 балла по Изоду. Он также хорошо поддается механической обработке и легче поддается сварке, чем высокоуглеродистая или высоколегированная сталь, как в холоднотянутом, так и в нормализованном состоянии.

Однако, поскольку 1045 является сталью со средней прочностью на растяжение и средней прокаливаемостью, она не подходит для применений, требующих очень высокопрочного материала. Для применений, требующих большей прочности и износостойкости, чем у мягких сталей, но меньшей прочности, чем у самых твердых сталей, 1045 может быть хорошим вариантом.

Сталь 1045 может подвергаться пламенной или индукционной закалке как в прокатанном, так и в нормализованном состоянии. Однако он плохо поддается азотированию, так как в нем отсутствуют необходимые легирующие элементы.

Сталь 1045 дороже и обладает большей прочностью, чем сталь 1018, но во многом обладает такой же свариваемостью и обрабатываемостью, что способствует ее более высокой стоимости.

Механические характеристики: 

• Холоднотянутые
• Предельная прочность на растяжение:625 МПа
• Удлинение при разрыве:12 %
• Модуль упругости:206 ГПа
• Твердость:88 HRB

4. сталь 4130

Сталь 4130, считающаяся низкоуглеродистой сталью, состоит из железа, углерода, хрома, марганца, молибдена, фосфора, кремния и серы. 4130 — это исключительно прочная сталь, которая относительно легко поддается термообработке и хорошо поддается обработке.

Сталь 4130 предлагает модуль упругости, который выше, чем у большинства других сталей с аналогичным пределом прочности, что позволяет ей выдерживать высокие нагрузки. Это качество делает сталь 4130 особенно подходящей в качестве конструкционной стали, используемой для различных строительных применений. По всем этим причинам 4130 часто используется при создании производственного оборудования, машин для дробления камней и изделий для контактной сварки. Сталь 4130 хорошо подходит для различных процессов термообработки.

Хотя сталь 4130 хорошо поддается термообработке, ее сварка может быть сложной задачей. Его высокая прокаливаемость затрудняет выбор совместимого присадочного металла, который будет иметь сравнимую прочность. Для успешной сварки этой стали необходимо понимание свойств стали 4130 и любого присадочного металла.

Сталь 4130 является относительно недорогой сталью, как с точки зрения стоимости сырья, так и стоимости резки. По своим физическим свойствам она во многом сравнима с авиационной нержавеющей сталью, но имеет гораздо более низкую цену, что делает ее желательным вариантом для многих продуктовых групп.

Механические характеристики:

• Закалка в воде 855°C, отпуск 450°C, круглый 25 мм
• Предельная прочность на растяжение:993 МПа
• Удлинение при разрыве:18,5 %
• Модуль упругости:205 ГПа
• Твердость:31 HRC

Получить максимальную отдачу от любой стали с помощью партнера-производителя

Обработка с ЧПУ — это универсальный производственный процесс, который позволяет быстро создавать прочные и функциональные детали из бесчисленных материалов, включая стали. Однако выбор лучшей стали, другого металла или пластика для конкретного проекта может быть сложным и трудоемким, особенно при таком большом количестве вариантов.

Вот где может помочь опытный производственный партнер, такой как Fast Radius. Наша команда дизайнеров, инженеров и менеджеров проектов имеет многолетний опыт, помогая клиентам рационализировать и оптимизировать весь производственный процесс — от проектирования, прототипирования и выбора материалов до производства и реализации. У нас есть все необходимое, чтобы помочь командам разработчиков всех форм и размеров выбрать материал для обработки с ЧПУ, который соответствует их уникальным требованиям и цене. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать работу.

Для получения дополнительной информации об обработке на станках с ЧПУ и советов экспертов по выбору материалов ознакомьтесь с нашими соответствующими статьями в учебном центре Fast Radius.