Was ist Werkzeugstahl? Eigenschaften, Typen, Verwendungen

Als weltweiter Experte in der Stahlproduktion ist sich die SteelPro Group der entscheidenden Bedeutung von Werkzeugstahl für anspruchsvolle Anwendungen bewusst. In diesem Artikel werden die wesentlichen Eigenschaften, Klassifizierungen und Anwendungen untersucht, um Ihnen bei der Auswahl der idealen Option zu helfen.

Was ist Werkzeugstahl?

Werkzeugstahl ist ein hochwertiger Kohlenstoff- oder legierter Stahl, der für seine Haltbarkeit, Abriebfestigkeit und Fähigkeit, seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen beizubehalten, geschätzt wird. Seine Festigkeit und Zähigkeit verdankt er karbidbildenden Elementen wie Wolfram, Molybdän, Chrom und Vanadium, während Kobalt und Nickel für eine hervorragende Leistung bei erhöhten Temperaturen sorgen. Er ist ideal für Werkzeuge und Werkzeugbau und eignet sich hervorragend für Anwendungen mit hoher Beanspruchung wie Schneiden, Stanzen und Formen.

Eigenschaften von Werkzeugstahl

• Die hohe Härte bleibt auch unter extremen Bedingungen erhalten.
• Hervorragende Verschleißfestigkeit gegen Reibung und Abrieb.
• Hohe Zähigkeit, um Rissbildung oder Brüche unter Belastung zu verhindern.
• Außergewöhnliche Hitzebeständigkeit zur Aufrechterhaltung der Festigkeit bei hohen Temperaturen.
• Gute Korrosionsbeständigkeit zur Verhinderung von Rost und Oxidation.
• Überlegene Dimensionsstabilität bei hoher Beanspruchung.
• Außergewöhnliche Tragfähigkeit, um hohem Druck standzuhalten.

Verschiedene Arten von Werkzeugstahl

Werkzeugstahl wird anhand seiner Zusammensetzung, Wärmebehandlung und seines Verwendungszwecks in sechs Haupttypen eingeteilt. 

Wasserhärtender Werkzeugstahl

Wasserhärtende Werkzeugstähle (oft bezeichnet als W-Serie) sind die einfachste und kostengünstigste Art von Werkzeugstahl. Sie werden hauptsächlich durch Abschrecken in Wasser gehärtet, was nach der Wärmebehandlung eine hohe Härte ergibt.

Wesentliche Merkmale:

• Hohe Härte nach dem Abschrecken in Wasser.
• Mäßige Verschleißfestigkeit.
• Geringe Schlagzähigkeit.
• Geeignet für Werkzeuge, die keinen starken Stößen oder Erschütterungen ausgesetzt sind.
• Wird typischerweise für Schneidwerkzeuge, Matrizen und Formen bei Anwendungen mit geringer Beanspruchung verwendet.

Warmarbeitsstahl

Warmarbeitsstähle, oft als H-Serie kategorisiert, sind speziell für Werkzeuge konzipiert, die in Hochtemperaturprozessen wie Druckguss, Extrusion und Schmieden verwendet werden, bei denen das Material extremer Hitze und erheblicher Belastung standhalten muss. Diese Stähle müssen ihre Festigkeit behalten und bei erhöhten Temperaturen verschleißfest sein.

Wesentliche Merkmale:

• Gute Beständigkeit gegen thermische Ermüdung und Wärmerisse.
• Hervorragende Hochtemperaturleistung.
• Wird für Werkzeuge verwendet, die während des Herstellungsprozesses hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
• Zu den gängigen Typen gehören H13, bekannt für seine hervorragenden Warmumformungseigenschaften und Beständigkeit gegen Thermoschock.

Kaltarbeitsstahl

Kaltarbeitsstähle (bezeichnet als O, A, D, und andere) werden für Anwendungen verwendet, bei denen Werkzeuge Raumtemperatur ausgesetzt sind, aber Verschleiß, Verformung und Abrieb standhalten müssen. Diese Stähle sind so konzipiert, dass sie ihre Härte und Form bei niedrigeren Temperaturen behalten.

Wesentliche Merkmale:

• Hervorragende Verschleißfestigkeit und Härte.
• Gute Dimensionsstabilität.
• Ideal für Formwerkzeuge, Stempel, Matrizen und andere Komponenten, die bei niedrigen Temperaturen, aber hohem Druck arbeiten.
• Zu den gängigen Typen gehören O1 (Ölhärtung), A2und D2 (Stähle mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt).

Stoßfester Werkzeugstahl

Schlagfeste Werkzeugstähle (bezeichnet als S-Serie) sind für Werkzeuge konzipiert, die starken Stoß- oder Schlagbelastungen ausgesetzt sind, wie Hämmer, Meißel und Stempel. Diese Stähle sind unter harten Bedingungen äußerst bruch- oder splitterfest.

Wesentliche Merkmale:

• Hervorragende Zähigkeit und Schlagfestigkeit.
• Gute Verschleißfestigkeit, allerdings nicht so hoch wie bei Kaltarbeits- oder Schnellarbeitsstählen.
• Ideal für Werkzeuge, die wiederholten Stößen ausgesetzt sind, wie z. B. Handwerkzeuge, Meißel und Matrizen für Stanz- und Prägevorgänge.

Schnellarbeitsstahl

Schnellarbeitsstähle (normalerweise M-Serie, T-Serieund H-Serie) sind für Schneidwerkzeuge konzipiert, die bei hohen Geschwindigkeiten und erhöhten Temperaturen arbeiten. Diese Stähle behalten ihre Härte sogar bei glühenden Temperaturen und sind daher ideal für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsvorgänge.

Wesentliche Merkmale:

• Außergewöhnliche Härte und Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen.
• Behält auch bei erhöhter Geschwindigkeit scharfe Schneidkanten.
• Hervorragende Hitzebeständigkeit, wird typischerweise in Bohrern, Fräsen und Drehmaschinen verwendet.
• Zu den Typen gehören M2 (am häufigsten verwendeter Schnellarbeitsstahl), T1, und M42.

Spezialwerkzeugstahl

Spezialwerkzeugstähle sind für hochspezifische Anwendungen konzipiert und erfüllen einzigartige Leistungsanforderungen, die von Standardwerkzeugstählen nicht erfüllt werden.

P-Typ Werkzeugstahl (Kunststoffformstahl)

P-Typ Werkzeugstähle sind speziell für Kunststoff-Spritzguss und Zinkdruckguss Anwendungen. Diese Stähle bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Verschleiß, Korrosion und thermische Belastung und sind daher ideal für Formen, die Umgebungen mit hohem Druck und hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

L-Typ Werkzeugstahl (niedrig legiert)

L-Typ-Stähle, wie L6, bieten außergewöhnliche Zähigkeit und werden für Werkzeuge verwendet, die eine hohe Schlag- und Stoßfestigkeit erfordern, wie etwa Hämmer, Stempel und Hochleistungsmatrizen.

F-Typ Werkzeugstahl (wassergehärtet)

Werkzeugstähle des Typs F werden durch Wasserabschrecken gehärtet und bieten im Vergleich zu anderen Typen eine höhere Verschleißfestigkeit. Daher eignen sie sich für Werkzeuge, die abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind.

Woraus besteht Werkzeugstahl?

Werkzeugstahl besteht aus Kohlenstoff und Legierungselementen wie Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Nickel. Dieser Gehalt erzeugt Karbide, die Härte, Haltbarkeit und Effizienz bei erhöhten Temperaturen verbessern.

Schlüsselelemente in Werkzeugstahl und ihre Rollen

Kohlenstoff: Normalerweise 0,5% bis 1,5%. Kohlenstoff härtet den Stahl und bildet Carbide, die die Verschleißfestigkeit und Festigkeit verbessern. Ein höherer Kohlenstoffanteil erhöht die Härte, kann aber die Haltbarkeit verringern.

Wolfram: Bildet Wolframkarbid, verbessert die Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit und ermöglicht es dem Werkzeugstahl, seine Härte auch bei hohen Temperaturen zu behalten.

Chrom: Verbessert die Härte, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, und ist daher unverzichtbar für hitzebeständige Werkzeugstähle.

Vanadium: Verfeinert Karbide, erhöht die Zähigkeit und Verschleißfestigkeit und verbessert gleichzeitig die Schlagfestigkeit und Haltbarkeit unter Belastung.

Molybdän: Erhöht die Härtbarkeit, Festigkeit und Hochtemperaturstabilität und verringert die Verformung während der Wärmebehandlung.

Nickel: Verbessert die Zähigkeit und die Beständigkeit gegen Erweichung bei hohen Temperaturen und erhält die Leistung des Stahls unter Belastung.

Kobalt: Verbessert die Hochtemperaturfestigkeit und Hitzebeständigkeit und trägt zur Aufrechterhaltung der Werkzeugintegrität bei, indem es ein Erweichen bei längerer Hitzeeinwirkung verhindert.

Mangan: Niedrige Konzentrationen tragen zur Verbesserung der Zähigkeit und Desoxidation des Stahls bei, wodurch die Rissgefahr während der Wärmebehandlung verringert wird.

Wofür wird Werkzeugstahl verwendet?

Werkzeugstahl wird zur Herstellung von Werkzeugen und Komponenten verwendet, die hohe Leistung, Haltbarkeit und Präzision in anspruchsvollen Anwendungen erfordern. Zu seinen Anwendungsgebieten gehören:

• Schneidewerkzeuge: Bohrer, Fräser, Sägeblätter
• Umformwerkzeuge: Matrizen, Stempel, Prägewerkzeuge
• Formwerkzeuge: Kunststoff-Spritzgussformen, Druckgussformen
• Hochleistungswerkzeuge: Schleifscheiben, Meißel, Reibahlen
• Werkzeuge für heiße Arbeit: Schmiedegesenke, Strangpressgesenke, Warmscherenmesser
• Kaltarbeitswerkzeuge: Stanzwerkzeuge, Beschnittwerkzeuge, Stanzwerkzeuge

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