Wie wird Werkzeugstahl hergestellt: Herstellungsprozess

Werkzeugstahl ist eine hochwertige Legierung, die für ihre Härte, Abriebfestigkeit und Wärmespeicherung bekannt ist und daher für Schneidwerkzeuge, Matrizen und Maschinenkomponenten unverzichtbar ist. Der Herstellungsprozess umfasst Legieren, Schmelzen, Gießen, Schmieden, Wärmebehandlung und Präzisionsbearbeitung.

Als erfahrener Stahlhersteller bieten wir Ihnen detaillierte Einblicke in den detaillierten Produktionsprozess von Werkzeugstahl. Wenn Sie Werkzeugstahlprodukte benötigen, kontaktieren Sie uns bitte.

Woraus besteht Werkzeugstahl?

Werkzeugstahl besteht hauptsächlich aus Eisen und 0,5% bis 1,5% Kohlenstoff. Wichtige Legierungselemente wie Chrom, Vanadium, Molybdän, Wolfram, Mangan und Silizium werden hinzugefügt, um Carbide zu bilden und so die Verschleißfestigkeit und Zähigkeit zu verbessern.

Über die Hälfte des Werkzeugstahls wird aus Altmetall hergestellt, um Kosten zu senken und die Nachhaltigkeit zu fördern. Basierend auf unserer Erfahrung in der Fertigung ist es am besten, Schrott zu verwenden, der frei von Verunreinigungen wie Öl und Farbe ist, um die Langlebigkeit des Werkzeugstahls zu gewährleisten.

Wenn Sie nach Rohstoffen für Ihr Projekt suchen, kann Ihnen die SteelPro Group Werkzeugstähle liefern, die internationalen Standards mit strenger Toleranzkontrolle entsprechen.

Herstellungsprozess von Werkzeugstahl

1. Schmelzen und Raffinieren

Der meiste Werkzeugstahl wird hergestellt aus Lichtbogenofen (EAF) weil es effizient und flexibel ist und eine große Menge an recycelten Materialien verwenden kann. Andere Raffinationsmethoden wie Elektroschlackeschmelzen (ESU) und Pulvermetallurgie (P/M) werden verwendet, wenn bestimmte Werkzeugstahlsorten, gewünschte Eigenschaften oder Anwendungsanforderungen dies erfordern.

• Lichtbogenofen (EAF)

Der Elektrolichtbogenofen (EAF) ist die primäre Methode zum Schmelzen von Werkzeugstahl. Wir empfehlen den Einsatz des EAF-Verfahrens, wenn die Verwendung einer großen Menge recycelter Materialien aus Kostengründen und aus Gründen der Umweltverträglichkeit wichtig ist. Es ist auch ideal für die Herstellung großer Mengen Werkzeugstahl mit gleichbleibender Qualität.

Prozess:

Beim EAF-Verfahren wird Stahlschrott in den Ofen geladen und mithilfe eines starken Lichtbogens geschmolzen. Um die gewünschte chemische Zusammensetzung zu erreichen, werden Legierungselemente hinzugefügt. Der geschmolzene Stahl wird dann raffiniert, um Verunreinigungen zu entfernen und Homogenität sicherzustellen. Nach dem Raffinieren wird der Stahl in Formen gegossen, um Barren zu formen, die anschließend geglüht werden, um innere Spannungen abzubauen.

• Elektroschlackeschmelzen (ESU)

Das Elektroschlackeschmelzen (ESR) ist eine fortschrittliche Veredelungstechnik. Sie ist besonders wertvoll für Werkzeugstähle, die eine hohe Reinheit und hervorragende mechanische Eigenschaften erfordern. Wir empfehlen die Wahl des ESR-Verfahrens, wenn hohe Reinheit und hervorragende Oberflächenqualität für die Anwendung des Werkzeugstahls entscheidend sind.

Prozess:

Die verbrauchbare Stahlelektrode wird in ein geschmolzenes Schlackenbad in einer wassergekühlten Form getaucht. Ein elektrischer Strom wird durch die Elektrode geleitet, wodurch sie schmilzt und in die Schlacke tropft. Während der geschmolzene Stahl durch die Schlacke fließt, werden Verunreinigungen entfernt und der Stahl erstarrt zu einem homogenen Barren mit einer verfeinerten Mikrostruktur.

• Pulvermetallurgie (PM)

Pulvermetallurgie (PM) ist ein fortschrittliches Herstellungsverfahren zur Herstellung hochlegierter Werkzeugstähle mit gleichmäßiger Karbidverteilung. Wir empfehlen die Verwendung der Pulvermetallurgie bei der Herstellung von Werkzeugstählen mit komplexen Legierungszusammensetzungen, die mit herkömmlichen Schmelzverfahren nur schwer zu erreichen sind. Es ist auch ideal für die Herstellung präziser und komplexer Werkzeugformen mit minimalem Materialabfall.

Prozess:

Bei diesem Verfahren werden Metallpulver sorgfältig mit Legierungselementen vermischt und mithilfe von Formen in die gewünschte Form gepresst. Die gepressten Pulver werden dann bei hohen Temperaturen gesintert, wodurch sich die Partikel verbinden und ein festes Stück bilden. Diese Methode gewährleistet eine feine und gleichmäßige Verteilung der Karbide und verbessert so die Bearbeitbarkeit und Härtungsreaktion des Werkzeugstahls.

2. Besetzung

• Strangguss

Beim Stranggießen fließt flüssiger Stahl gleichmäßig in eine gekühlte Form. Dadurch entstehen lange, gleichmäßige Stränge, die schnell erstarren und direkt in die gewünschte Form gewalzt werden können. Diese Methode bietet hohe Effizienz und Konsistenz und ist daher ideal für die Massenproduktion.

• Barrenguss

Dabei wird geschmolzener Stahl in große, stationäre Formen gegossen, um einzelne Blöcke zu formen. Das Barrengießen ist zwar langsamer und arbeitsintensiver, bietet aber eine bessere Kontrolle über die Abkühlungsgeschwindigkeit und ermöglicht spezielle Legierungszusammensetzungen. Diese Technik eignet sich besonders für hochwertige Werkzeugstähle, die eine sorgfältige mikrostrukturelle Verfeinerung erfordern.

3. Warmschmieden und Walzen

Warmschmieden und Walzen sind wichtige Schritte bei der Formgebung von Werkzeugstahl und der Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften. Beim Warmschmieden werden erhitzte Barren mithilfe von Hochdruckformen gepresst, um Knüppel, Stangen oder andere vorläufige Formen zu formen. Beim Walzen werden diese Formen dann weiter verfeinert, indem der Stahl durch mehrere Walzwerke geleitet wird, wodurch präzise Abmessungen und eine gleichmäßige Dicke erreicht werden.

Durch moderne computergesteuerte Maschinen und Echtzeitüberwachung erreichen wir gleichbleibend hohe Qualität und strenge Toleranzen. Unsere strengen Qualitätskontrollen garantieren, dass jede Werkzeugstahlcharge den höchsten Leistungsstandards entspricht.

4. Heiß- und Kaltziehen

Heißziehen Dabei wird Werkzeugstahl bei erhöhten Temperaturen, normalerweise bis zu 540 °C (1000 °F), durch Matrizen gezogen. Dieser Prozess verbessert die Duktilität und ermöglicht erhebliche Querschnittsreduzierungen ohne Bruch. Um die gewünschte Form und Maße zu erhalten, können mehrere Durchgänge erforderlich sein. 

Kaltziehen wird bei Temperaturen nahe der Raumtemperatur durchgeführt, um genaue Abmessungen und eine hervorragende Oberflächenqualität zu erzielen. Angesichts der hohen Festigkeit und eingeschränkten Duktilität von Werkzeugstählen wird das Kaltziehen im Allgemeinen auf einen einzigen, leichten Durchgang beschränkt, um Brüche zu vermeiden. 

Verschiedene Werkzeugstahlarten und verschiedene Verfahren

Werkzeugstähle werden grundsätzlich anhand ihrer Legierungselemente und spezifischen, auf unterschiedliche Anwendungen zugeschnittenen Eigenschaften in sechs unterschiedliche Typen eingeteilt.

• Wasserhärtung (W-Serie)

Für Werkzeugstähle der W-Serie ist das Blockgießen die bevorzugte Methode. Aufgrund seiner einfacheren Zusammensetzung sind keine fortgeschrittenen Gusstechniken wie ESU oder PM erforderlich.

• Kaltumformung (O-, A-, D-Reihe)

Erfordert minimale Entmischung und gleichmäßige Karbidverteilung, was häufig durch ESR oder VAR (Vakuum-Lichtbogenumschmelzen) erreicht wird, um Verunreinigungen zu beseitigen und die Homogenität zu verbessern.

• Stoßfest (S-Serie)

Zur Herstellung dieser Stähle wird häufig das Vakuum-Lichtbogenumschmelzen (VAR) eingesetzt, um minimale Einschlüsse und eine verfeinerte Mikrostruktur sicherzustellen. 

• Heißarbeiten (H-Serie)

Profitieren Sie von kontinuierlichen Gießverfahren, die die Bildung robuster und belastbarer Mikrostrukturen erleichtern, die für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind.

• Hohe Geschwindigkeit (M-, T-Serie)

Erfordern präzise Abkühlungsraten, um harte und verschleißfeste martensitische Strukturen zu bilden. Bevorzugt wird Blockguss mit kontrollierter Abkühlung oder Strangguss mit anschließendem schnellen Abschrecken.

• Pulvermetallurgie (PM-Serie)

Pulvermetallurgie (P/M) ist oft das bevorzugte Gießverfahren für diese Spezialgüten. Darüber hinaus kann das Osprey-Verfahren zur Herstellung feinkörniger, hochgleichmäßiger Werkzeugstähle eingesetzt werden, die auf spezielle industrielle Anforderungen zugeschnitten sind.

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