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Hochleistungsstahl und Werkzeugstahl

Für welche Anwendungsgebiete ist Werkzeugstahl geeignet? Stahl wird nach seiner praktischen Verwendung in Baustahl und in Werkzeugstahl unterteilt. Der Baustahl wird dabei zur Produktion von Maschinen und Geräten verwendet. Der hochwertige Werkzeugstahl dient dagegen der Herstellung von Schneidwerkzeugen, von Umformwerkzeugen, aber auch von Gussformen. Nach ihrer jeweiligen Verwendung werden Werkzeugstähle in unlegierte Werkzeugstähle, in legierte Werkzeugstähle und hochlegierte Werkzeugstähle unterteilt. Alle Werkzeugstähle müssen einen Kohlenstoffgehalt aufweisen, der zwischen 0,5 und 2,2% liegt. Dadurch eignen sie sich zur Herstellung von Werkzeugen zum Trennen, zum Umformen und zum Urformen. Ihre notwendige Gebrauchshärte erhalten alle Werkzeugstähle durch eine abschließende Wärmebehandlung ihrer Oberflächen. Grundsätzlich gelten alle Werkzeugstähle als Edelstähle. Es existieren diverse Einteilungsmöglichkeiten für Werkzeugstähle. So sind Werkzeugstähle beispielsweise nach ihrem jeweiligen Abschreckmittel (Öl, Wasser oder Luft) einteilbar. Nach ihrer Verwendung lassen sich Werkzeugstähle in Kaltarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle und Schnellarbeitsstähle untergliedern. Ferner existiert die Klassifikation in unlegierte, legierte und in hochlegierte Werkzeugstähle. Anwendungsgebiete für Kaltarbeitsstähle Kaltarbeitsstähle dienen grundsätzlich der Bearbeitung von Werkstoffen, die sich im kalten Zustand befinden. Aus Kaltarbeitsstählen werden Werkzeuge hergestellt, die zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, aber auch zum Schneiden und zum Umformen von Werkstücken eingesetzt werden können. Die dabei jeweils auftretende Oberflächentemperatur beim Bearbeitungsprozess darf 200 Grad Celsius als Toleranzgrenze von aus Kaltarbeitsstahl gefertigten Werkzeugen nicht überschreiten. Anwendungsgebiete für Warmarbeitsstähle Warmarbeitsstähle dienen hingegen dem Trennen und Umformen von Stahl, von Schwermetallen oder von Leichtmetallen im warmen Zustand. Die besonderen Eigenschaften der Warmarbeitsstähle bedingen, dass aus ihnen beispielsweise Schmiedegesenke oder auch Druckgussformen hergestellt werden können. Die Toleranzgrenze hinsichtlich der Oberflächentemperatur der mit ihnen zu bearbeitenden Werkstücke liegt bei Warmarbeitsstählen bei 200 bis 400 Grad Celsius. Anwendungsgebiete für Schnellarbeitsstahl Schnellarbeitsstahl ist für spanende Werkzeuge geeignet, an deren Werkzeugschneiden Oberflächentemperaturen von bis zu 600 Grad Celsius auftreten können. Schnellarbeitsstahl wird für schneidende oder spanabhebende Werkzeuge eingesetzt. Beispielsweise für Bohrer (Spiralbohrer und Zentrierbohrer). Aber auch für Gewindeschneidwerkzeuge, für Sägeblätter, für Fräswerkzeuge, für Drehmeißel und für Walzen. Anwendungsgebiete für unlegierten Werkzeugstahl Unlegierter Werkzeugstahl oder Kohlenstoffstahl hat in der Regel einen Kohlenstoffgehalt von 0,5 bis 1,4%. Zu den unlegierten Werkzeugstählen zählt beispielsweise der sogenannte C-Stahl (C75U). Unlegierte Werkzeugstähle verlieren ihre Oberflächenhärte bereits bei Temperaturen von etwa 200 Grad Celsius. Sie eignen sich daher überwiegend zur Herstellung von Handwerkzeugen, beispielsweise für Hammer und Meißel. Konkrete Beispiele der industriellen Verwendung von unlegierten Werkzeugstählen sind die Stahlsorte C70U, die zu Handwerkzeugen aller Art verarbeitet wird und die Stahlsorte C105U, aus der Gewindeschneidwerkzeuge und Tiefziehwerkzeuge hergestellt werden. Anwendungsgebiete für legierten Werkzeugstahl Legierte Werkzeugstähle haben dagegen einen Kohlenstoff-Gehalt, der zwischen 0,2 und 1,5% liegt. Ein Beispiel für diese Sorte des Werkzeugstahls ist 120WV4, der einen Kohlenstoff-Gehalt von 1% aufweist. Legierte Werkzeugstähle besitzen allerdings einen Legierungsanteil von 5% und eignen sich aufgrund dieser beigemengten Metalle besonders für die Herstellung von Schneid- und von Stanzwerkzeugen aller Art. Ebenso werden aus legierten Werkzeugstählen Gesenke und Druckgussformen hergestellt. Legierte Werkzeugstähle ermöglichen den Einsatz auch bei einer höheren Arbeitstemperatur des zu bearbeitenden Werkstückes. Sie zeichnen sich durch eine deutlich höhere Warmfestigkeit, eine größere Härte und eine höhere Anlassbeständigkeit aus als die unlegierten Werkzeugstähle. Diese herausragenden Eigenschaften der legierten Werkzeugstähle sind auf die in ihnen enthaltenen Metalle wie beispielsweise Chrom, Mangan, Vanadium oder auch Wolfram zurückzuführen. Die besonderen Eigenschaften der legierten Werkzeugstähle prädestinieren sie für ihre Weiterverarbeitung zu Bohrern und zu Schneidwerkzeugen. Konkrete Beispiele der praktischen Nutzung legierter Werkzeugstähle sind die Stahlsorte X153CrMoV12, aus der beispielsweise Schnittwerkzeuge und Strangpressmatritzen gefertigt werden und die Stahlsorte X210CrW12. Die Stahlsorte X210CrW12 dient als Ausgangsstoff für die Produktion von diversen Schnittwerkzeugen und Scherenmessern. Aus der Stahlsorte 90MnCrV8 werden hingegen Gewindebohrer gefertigt. Die Stahlsorte 102Cr6 dient als Ausgangsstoff für die Fertigung von Lehren, Dornen und Stempeln. Aus der Stahlsorte 45NiCrMo16 werden Massivprägewerkzeuge hergestellt.

 

 

 

Anwendungsgebiete für hochlegierten Werkzeugstahl Einen weiteren Ausgangsstoff für stark belastungsfähige Werkzeuge bildet der sogenannte hochlegierte Werkzeugstahl. Hierzu zählen unter anderem die HS-Schnellarbeitsstähle, so die Sorte HS6-5-2. Der Kohlenstoffgehalt von hochlegierten Werkzeugstählen kann bis zu 2% betragen. Außerdem enthalten hochlegierte Werkzeugstähle einen charakteristischen hohen Gehalt an Metallbeimengungen (die sogenannten Legierungselemente). Der Anteil der Legierungselemente liegt dabei zwischen 10 und 30%. Alle Schnellarbeitsstähle sind jeweils hochlegierte Werkzeugstähle. Ihr entscheidendes Charakteristikum ist ihre sehr hohe Temperaturbeständigkeit. Selbst bei Temperaturen auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes von 600 Grad Celsius bleiben hochlegierte Werkzeugstähle noch sehr widerstandsfähig. Selbst bei Rotglut des zu bearbeitenden Werkstückes bleiben hochlegierte Werkzeugstähle stets sehr hart. Diese extremen Eigenschaften hochlegierter Werkzeugstähle begründen ihre Vorteile in der Werkzeugherstellung gegenüber sämtlichen anderen bekannten Hartmetallen. Die bedeutendsten dieser Vorteile bestehen in der optimalen Zerspanbarkeit und in der herausragenden Zähigkeit der hochlegierten Werkzeugstähle. Demzufolge eignen sie sich als Bohrer, als Gewindebohrer und als Fräser, ebenso jedoch auch als Sägeblätter, als Meißel und sogar als Walzen. Werkzeuge, die aus hochlegierten Werkzeugstählen hergestellt worden sind, sind stets wärmefest ausgelegt und verfügen über einen gleichzeitig vorhandenen Verschleißschutz. Ebenso sind sie hochgradig resistent gegen statische oder dynamische Verformungen, gegen Zug und gegen Druck, gegen Biegung und gegen Torsion. Hochlegierter Werkzeugstahl eignet sich aufgrund seines hohen Gehaltes an Legierungselementen besonders für Werkzeuge, die über eine hohe Schnittgeschwindigkeit verfügen müssen. Gegenüber niedrig legierten Stählen können hochlegierte Werkzeugstähle daher in Werkzeugmaschinen mit bis zu 10-facher Schnittgeschwindigkeit eingesetzt werden, ohne dabei zu versagen.