Metalle und Werkstoffkunde für Industrietechniker

Das Metall im Werkstück bestimmt viel mehr, als du denkst. Es entscheidet, welche Schneide du verwenden musst, wie schnell du zerspanen kannst, wie der Span bricht und wie die Oberfläche am Ende wird. Ein Industrietechniker, der die Werkstoffe kennt, kann Probleme voraussehen, bevor sie entstehen — und korrigiert die Schnittdaten, statt zu raten, wenn etwas schiefgeht.

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, und der Kohlenstoffgehalt hat große Bedeutung: je mehr Kohlenstoff, desto härter und spröder wird der Stahl. Gewöhnlicher Baustahl lässt sich verhältnismäßig leicht bearbeiten und wird für alles von Maschinenteilen bis zu Beschlägen verwendet. Legierter Stahl, dem zum Beispiel Chrom, Nickel oder Molybdän zugesetzt wurde, bekommt verbesserte Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit oder Verschleißfestigkeit, erfordert aber oft schärfere Schneiden und vorsichtigere Schnittdaten. Gehärteter Stahl stellt noch größere Anforderungen — hier arbeitet man oft mit Hartmetall- oder Keramikschneiden, weil eine gewöhnliche Stahlschneide schnell stumpf wird.

Aluminium wiegt etwa ein Drittel von Stahl und leitet Wärme gut, was es für Teile naheliegend macht, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt, zum Beispiel im Transportwesen und in der Flugzeugindustrie. Das Material ist im Vergleich zu Stahl weich, und das bedeutet, dass du typischerweise schneller zerspanen kannst, aber Aluminium neigt auch dazu, an der Schneide zu „kleben“, wenn Geometrie und Schnittdaten nicht passen. Deshalb werden Schneiden mit scharfen Schneidwinkeln und oft reichlich Kühlschmierung verwendet, damit der Span leicht abgleitet, statt am Werkzeug eine Kante aufzubauen.

Nach der Norm DS/EN 10088-1 darf ein Stahl erst dann rostfrei genannt werden, wenn er mindestens 10,5 % Chrom und höchstens 1,2 % Kohlenstoff enthält. Das Chrom bildet an der Oberfläche eine unsichtbare, selbstheilende Oxidschicht, die vor Rost schützt. Vielen Güten sind zusätzlich Nickel und Molybdän zulegiert, wobei ein hoher Molybdängehalt die sogenannten säurebeständigen Güten ergibt, die aggressiveren Umgebungen standhalten. Die Kehrseite bei der Bearbeitung ist, dass rostfreier Stahl oft zäh ist und beim Zerspanen an der Oberfläche verfestigt, was stabile Schnittdaten, scharfe Schneiden und gute Kühlung erfordert — sonst entstehen schnell Hitzeschäden und eine schlechte Oberfläche.

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink und dafür bekannt, dass es sich leicht bearbeiten lässt und eine schöne, blanke Oberfläche ergibt — es wird u. a. für Beschläge, Ventile und feinmechanische Teile verwendet. Reines Kupfer leitet Strom und Wärme außergewöhnlich gut und wird deshalb vor allem für elektrische Bauteile und Wärmetauscher eingesetzt, es ist aber weicher und kann anspruchsvoller sauber zu zerspanen sein, weil es leicht am Werkzeug verschmiert, statt in ordentlichen Spänen zu brechen.

Viele Stahllegierungen können ihre Eigenschaften durch Wärmebehandlung deutlich verändern. Das Härten macht den Stahl durch schnelles Abkühlen von hoher Temperatur härter und verschleißfester, während ein anschließendes Anlassen das Verhältnis von Härte und Zähigkeit einstellt, damit das Teil nicht zu spröde wird. Manche Teile werden vor dem Härten fertig bearbeitet, andere erfordern nach dem Härten ein abschließendes, sehr präzises Schleifen oder Feinbearbeiten, weil sich das Teil während des Prozesses ein wenig „verziehen“ kann. Den Zustand des Werkstoffs zu kennen — weichgeglüht, gehärtet oder angelassen — ist entscheidend für die Wahl der richtigen Schnittdaten.

“Dieselbe Drehmaschine, dieselbe Schneide und dieselbe Drehzahl liefern völlig unterschiedliche Ergebnisse, je nachdem, ob das Werkstück aus Aluminium, weichem Stahl oder gehärtetem Edelstahl ist. Der Werkstoff ist der unsichtbare Mitspieler bei jeder Bearbeitung.”