Ist Werkzeugstahl magnetisch?

Ja, die meisten Werkzeugstähle sind magnetisch. Werkzeugstähle sind eine Gruppe von Kohlenstoff- und Legierungsmaterialien, die so konstruiert sind, dass sie intensiver Beanspruchung standhalten, ihre Härte auch bei großer Hitze behalten und eine hervorragende Verschleißfestigkeit bieten.

Was macht Werkzeugstahl magnetisch?

Wir wissen, dass die Magnetität von Werkzeugstahl auf die spezielle Zusammensetzung seiner Inhaltsstoffe und die Art seiner Verarbeitung zurückzuführen ist. 

Hoher Eisengehalt

Werkzeugstahl besteht hauptsächlich aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl, die beide einen hohen Eisengehalt aufweisen. Das Eisen selbst ist ein ferromagnetisches Material. Je höher der Eisengehalt im Werkzeugstahl ist, desto stärker sind seine magnetischen Eigenschaften.

Mikrostruktur

Werkzeugstahl weist in den meisten Fällen eine ferritische und martensitische Mikrostruktur auf, die beide magnetisch sind.

Ferritische Struktur: Im geglühten Zustand hat Werkzeugstahl typischerweise eine ferritische Struktur, die magnetisch ist. Diese Anordnung ermöglicht die Ausrichtung magnetischer Domänen, wodurch das Material auf Magnetfelder reagiert.

Austenitische Umwandlung: Wenn Werkzeugstahl auf hohe Temperaturen erhitzt wird (bei Kohlenstoffstählen normalerweise über 723 °C), erfährt er eine Phasenumwandlung zu einer austenitischen Struktur. Dieses Material weist keine magnetischen Eigenschaften auf, da seine Atomkonfiguration die Organisation magnetischer Domänen verhindert.

Martensitische Struktur: Beim Abschrecken (schnelles Abkühlen) verwandelt sich der Stahl wieder in eine martensitische Struktur, die wieder magnetisch ist. Martensit ist eine hochstabile, gehärtete Struktur, die ihre magnetischen Eigenschaften aufgrund der Ausrichtung ihres Kristallgitters beibehält.

Was beeinflusst die magnetischen Eigenschaften von Werkzeugstahl?

Die magnetischen Eigenschaften von Werkzeugstahl werden in erster Linie durch seinen Eisengehalt und seine Mikrostruktur bestimmt. Allerdings beeinflussen auch andere Faktoren wie Legierungselemente und Wärmebehandlung die Stärke des Magnetismus.

Zusammensetzung der Legierung

Chrom: Erhöhte Mengen an Chrom, insbesondere in Werkzeugstählen wie D2 oder M2, neigen dazu, die magnetischen Eigenschaften zu verschlechtern, indem sie die Bildung der nichtmagnetischen Austenitphase unterstützen.

Nickel: Wie Chrom verringert Nickel den Magnetismus, indem es die Entwicklung austenitischer Strukturen fördert, die kein magnetisches Verhalten aufweisen.

Kohlenstoff: Kohlenstoff erhöht die Festigkeit des Stahls, hat aber kaum direkte Auswirkungen auf den Magnetismus. Sein Einfluss ist eher in der Härte und Struktur des Stahls zu erkennen.

Vanadium und Molybdän: Diese Elemente können die Kornstruktur verfeinern, beeinflussen den Magnetismus jedoch nicht direkt. Sie können jedoch zur Stabilisierung der martensitischen Struktur beitragen, die auch nach dem Abschrecken magnetisch bleibt.

Nichtmagnetische Verunreinigungen

Der Stahl sollte möglichst wenige Verunreinigungen aufweisen, die seine magnetischen Eigenschaften beeinträchtigen können. Zu viele nichtmagnetische Elemente können den Magnetismus verringern oder ganz aufheben.

Schwefel und Phosphor: Diese Elemente sind normalerweise in Spuren vorhanden und nicht magnetisch. Sie können die Kristallstruktur des Stahls zerstören und so möglicherweise seine magnetische Gesamtreaktion schwächen.

Silizium und Aluminium: Obwohl diese Elemente selbst nicht magnetisch sind, können sie in bestimmten Mengen die Bildung der Mikrostruktur des Stahls beeinflussen und so seine Fähigkeit beeinträchtigen, den Magnetismus zu behalten.

Werkzeugstahlsorten und magnetische Eigenschaften

Verschiedene Werkzeugstahlsorten weisen aufgrund ihrer einzigartigen Legierungszusammensetzungen und Mikrostrukturen unterschiedliche Magnetismusgrade auf. Hier sind einige klassische Werkzeugstahlsorten:

Stark magnetische Werkzeugstahlsorten

1. W1 (Wasserhärtender Werkzeugstahl)

W1 ist ein kohlenstoffreicher Stahl mit viel Eisen, was ihn stark magnetisch macht. Nach dem Abschrecken bildet er eine martensitische Struktur, die ihn magnetisch hält, was ihn ideal für Werkzeuge macht, die sowohl hart als auch magnetisch sein müssen.

2. O1 (Ölhärtender Werkzeugstahl)

O1 ist ein weiterer kohlenstoffreicher Werkzeugstahl mit guten magnetischen Eigenschaften. Er enthält kleine Mengen an Legierungselementen wie Chrom und Vanadium, die seinen Magnetismus jedoch nicht wesentlich verringern. Nach der Wärmebehandlung bleibt er aufgrund seiner martensitischen Struktur stark magnetisch.

3. D2 (Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt)

D2 ist für seine Verschleißfestigkeit und seinen hohen Chromgehalt bekannt. Während Chrom den Magnetismus leicht reduziert, bleibt D2 mäßig magnetisch, insbesondere wenn es in seine martensitische Form gehärtet wird.

Schwach magnetische Werkzeugstahlsorten

1. M2 (Schnellarbeitsstahl)

M2 ist ein Schnellarbeitsstahl mit mehr Legierungselementen wie Wolfram und Molybdän, was seinen Magnetismus verringert. Obwohl er im gehärteten Zustand noch einige magnetische Eigenschaften besitzt, ist sein Magnetismus im Vergleich zu kohlenstoffarmen Werkzeugstählen viel schwächer.

2. H13 (Warmarbeitsstahl)

H13 wird für Hochtemperaturanwendungen verwendet und enthält viel Chrom und Molybdän. Diese Elemente verringern seinen Magnetismus. Obwohl es nach der Wärmebehandlung schwach magnetisch ist, ist es viel weniger magnetisch als Stähle wie W1 oder O1.

3. A2 (Lufthärtender Werkzeugstahl)

A2 enthält Chrom und Molybdän, die seine magnetischen Eigenschaften verringern. Obwohl es im gehärteten Zustand immer noch magnetisch ist, ist sein Magnetismus schwächer als bei kohlenstoffreichen Stählen wie W1 oder O1.

Warum ist Magnetismus für Werkzeugstahl nicht so wichtig?

1. Härte und Verschleißfestigkeit stehen im Vordergrund. Diese Eigenschaften sind wichtiger für Werkzeuge, die scharf bleiben und unter Belastung gut funktionieren müssen.
2. Bei den meisten Anwendungen von Werkzeugstahl haben die magnetischen Eigenschaften keinen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des Werkzeugs.
3. Die Wärmebehandlung und die Legierungselemente im Werkzeugstahl zielen darauf ab, den Stahl härter, zäher und verschleißfester zu machen. Diese Prozesse sind für die Leistung weitaus wichtiger als die Frage, ob der Stahl magnetisch ist.

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