Einführung

Unter Werkzeugstählen versteht man eine Reihe von ultraharten Stählen, die für die Herstellung von Schneid-, Press- und Formwerkzeugen optimiert sind. Sie behalten ihre Härte und Form bei hohen Temperaturen, sind verschleißfest und widerstehen den Schlagbeanspruchungen, die bei Fertigungsprozessen auftreten. Es gibt Hunderte einzigartiger Werkzeugstähle, die durch sorgfältiges Legieren so abgestimmt werden, dass sie sich für bestimmte Anwendungen besonders gut eignen.

Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über Werkzeugstahl. Wir geben einen Überblick über die kritischen Eigenschaften, stellen dann die Hauptkategorien gegenüber und zeigen Beispiele für weit verbreitete Sorten. Ein umfassenderes Verständnis der Fähigkeiten der verschiedenen Werkzeugstahltypen unterstützt Sie bei der Auswahl der optimalen Sorte für Ihre Werkzeugherausforderung.

Die wesentlichen Qualitäten von Werkzeugstähle

Alle Werkzeugstähle Kombinationen der folgenden Merkmale zu nutzen:

• Extreme Härte, um Verformungen zu widerstehen
• Widerstandsfähigkeit gegen Betriebslasten
• Zähigkeit, um Abplatzungen und Brüchen zu widerstehen
• Verschleißfestigkeit zur Bekämpfung von Abrieb und Adhäsion
• Formbeständigkeit bei Temperaturschwankungen
• Härtbarkeit für die Wärmebehandlung großer Querschnitte

Die Abstimmung der relativen Werte dieser Eigenschaften ermöglicht es den Werkzeugherstellern, Stahlsorten zu entwickeln, die in der Lage sind, spezifische Verschleißmechanismen und schwierige Umgebungsbedingungen in der Fertigung und Metallbearbeitung zu bewältigen.

Die erstklassige Leistung ergibt sich aus der sorgfältigen Abstimmung von Primärelementen wie Wolfram, Molybdän, Vanadium und Kobalt mit Kohlenstoff und Eisen - aber keine zwei Formeln sind gleich.

Die wichtigsten Werkzeugstahlkategorien im Vergleich

Werkzeugstähle werden in mehrere Hauptkategorien eingeteilt:

Wasserhärtung - Eine frühe Sorte, die in erster Linie auf einem hohen Kohlenstoffgehalt beruht, um die Durchhärtung zu erleichtern. Wird heute nur noch begrenzt verwendet.

Schockresistent - Durch Erhöhung des Mangan- und Siliziumgehalts besonders zäh. Wird für hochschlagfeste Kaltarbeitswerkzeuge wie Meißel und Stempel verwendet.

Kalte Arbeit - Sehr vielseitiger Allzweck-Werkzeugstahl, der dank seines mittleren Legierungsgehalts Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit vereint. Häufig in Stanz- und Umformwerkzeugen verwendet.

Heiße Arbeit - Stärker legiert für Festigkeit bei höheren Temperaturen und thermische Stabilität. Wird häufig für Warmstrangpresswerkzeuge und Schmiedewerkzeuge verwendet.

Hochgeschwindigkeitsstahl - Legiert mit großen Mengen an Wolfram, Molybdän und Vanadium für außergewöhnliche Härte und Zerspanbarkeit bis zur Rotglut. Dominiert Schneidwerkzeuge.

Besonderer Zweck - Umfasst herstellereigene Sorten, die für Nischenanwendungen wie hervorragende Polierbarkeit oder Bearbeitbarkeit entwickelt wurden. Auch neuere pulvermetallurgische Werkzeugstähle gehören hierher.

Eine Zusammenfassung der wichtigsten Unterschiede hilft bei der Eingrenzung geeigneter Kandidaten, aber eine detaillierte Analyse der Legierungszusammensetzung und der Behandlungsspezifika führt letztendlich zum richtigen Werkzeugstahlbereich.

Übersicht über weit verbreitete Werkzeugstahlsorten

Es gibt buchstäblich Tausende von Untersorten von Werkzeugstahl, aber einige beliebte Beispiele in jeder Kategorie sind:

Schockstähle

• S7 - außergewöhnliche Schlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit für Kaltstauchwerkzeuge
• S5 - hohe Zähigkeit und ausgewogene Härte für Stempel/Matrizensätze

Kaltarbeitsstähle

• A2 - vielseitiger Allzweck-Kaltarbeitsstahl, der Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit vereint
• D2 - hoher Kohlenstoff- und Chromgehalt für schwere Stanz- und Schneideanwendungen
• O1 - eine ölhärtende Sorte, die für gleichmäßige Härte und Bearbeitbarkeit geschätzt wird

Warmarbeitsstähle

• H13 - der beliebteste Warmarbeitsstahl der Branche mit den besten Allround-Eigenschaften
• H11 - ähnliche Legierung wie H13, aber mit besserer Bearbeitbarkeit und Polierbarkeit

Hochgeschwindigkeitsstähle

• M2 - gilt weithin als die Referenz unter den Schnellarbeitsstählen
• M35 - kobalthaltiger Schnellarbeitsstahl für Hochtemperaturanwendungen
• M42 - pulvermetallurgisch hergestellter Schnellarbeitsstahl mit feiner Korngrößensteuerung

Diese Stichprobe enthält eine Reihe von bewährten Werkzeugstahlsorten sowie neuere pulvermetallurgische und exotische Sorten. Im Zuge der Weiterentwicklung der Werkzeugstahltechnologie kommen ständig neue Kandidaten auf den Markt, die weitere Leistungssteigerungen versprechen.

Schlüsselanwendungen für Werkzeugstahl

Werkzeugstähle ermöglichen praktisch alle subtraktiven, additiven und formgebenden Fertigungsverfahren. Einige prominente Beispiele sind:

• Schneiden - Bohrer, Gewindebohrer, Reibahlen, Fräser, Sägeblätter
• Metallentfernung - Stanz-, Schneid-, Beschneide- und Schlitzwerkzeuge; Nibbelschneider
• Formen & Gestalten - Biegewerkzeuge, Stanz-/Presswerkzeuge, Kopfstücke, Stempel, Ziehwerkzeuge
• Gießen und Formen - Spritzgussformen, Extrusionswerkzeuge, Blasformwerkzeuge

Verschiedene Werkzeugstahlsorten glänzen bei bestimmten Prozessen, die auf Belastungen und Temperaturen beruhen. Eine umfassende Prüfung der Betriebsbedingungen von Werkzeugen liefert daher wichtige Informationen für die Auswahl der idealen Sorten.

Das Richtige auswählen Werkzeugstahl Typ

Die Wahl der optimalen Werkzeugstahlsorte scheint eine schwierige Aufgabe zu sein, aber sie ist ganz einfach:

1. Dokumentation der Entwurfsparameter:
   • Betriebstemperaturen
   • Länge des Produktionslaufs
   • Toleranzen
   • Zielhärte
2. Identifizierung der zu vermeidenden Fehlerarten:
   • Abnutzung, Abrieb
   • Ermüdung und Rissbildung
   • Plastische Verformung
   • Korrosionslochfraß
3. Legierungsvergleiche zwischen verschiedenen Werkzeugstahlsorten, um die 2-3 am besten geeigneten Kandidaten zu ermitteln
4. Validierung der endgültigen Sorte mit Wärmebehandlungsversuchen

Ultrahochleistungsstähle sind zwar verlockend, aber das Verhältnis zwischen Leistung und Kosten sollte so weit wie möglich durch den Einsatz bewährter Legierungen ausgeglichen werden. Eine Partnerschaft mit einem erfahrenen Werkzeugstahllieferanten vereinfacht die Navigation in diesem Entscheidungsprozess.

Die Zukunft der Werkzeugstahlentwicklung

Kontinuierliche Innovationen versprechen spannende Verbesserungen bei Werkzeugstahl am Horizont:

• Neuartige Zusammensetzungen für extreme Umgebungen wie Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
• Pulverstähle mit Nanopartikelmischungen, um die Grenzen der Eigenschaften zu erweitern
• Ausgefeilte Modellierung zur Vorhersage der Leistung während des Betriebs
• Hybride additive/konventionelle Fertigungsansätze
• Automatisierte Optimierung der Wärmebehandlung

Dank der kontinuierlichen Forschung und des Fortschritts bei Werkzeugstählen können Sie davon ausgehen, dass sich die Bearbeitungsproduktivität, die Qualität der Teile und die Langlebigkeit der Werkzeuge in der gesamten Fertigung weiter verbessern werden.

Schlussfolgerung und Zusammenfassung

Von den allgegenwärtigen Kaltbearbeitungssorten bis hin zu hochspezialisierten Pulvermetallgüten erstreckt sich die Auswahl von Werkzeugstahl über eine komplexe Landschaft voller attraktiver Optionen. Die Vereinfachung der Analyseanforderungen in Form von quantifizierbaren Leistungskriterien und bekannten Ausfallarten macht die Auswahl überschaubarer. Die Zusammenarbeit mit vertrauenswürdigen Werkzeugstahllieferanten trägt ebenfalls zum Fachwissen bei. Unabhängig von den Methoden bleibt die geeignete Stahlsorten-Spezifikation für Werkzeug- und Formenbauteile, die die nächste Generation fortschrittlicher Werkstoffe formen sollen, absolut unerlässlich - Werkzeugstähle eingeschlossen.

FAQ

Was ist der Hauptvorteil der Verwendung von Werkzeugstählen gegenüber legierten Stählen und Baustählen?

Werkzeugstähle unterscheiden sich von den üblichen Legierungs- und Konstruktionssorten durch ihre überragende Härte, ihre Verschleißeigenschaften und ihre hohe Warmfestigkeit, die speziell darauf ausgerichtet sind, den extremen Drücken, Temperaturen und Beanspruchungen standzuhalten, die bei Metallherstellungsprozessen auftreten.

Weisen Werkzeugstähle eine höhere Zähigkeit auf als nichtrostende Stähle?

Nein. Nichtrostende Stähle weisen im Allgemeinen höhere Grundzähigkeitswerte auf als Werkzeugstähle - insbesondere die Familien der Schock- und Schnellarbeitsstähle. Bestimmte Kalt- und Warmarbeitsstahl-Legierungen schließen diese Lücke jedoch erheblich und bieten dennoch die erforderliche Härte.

Warum gibt es so viele spezielle Werkzeugstahlsorten und nicht nur einige wenige Hochleistungssorten?

Die große Bandbreite ist darauf zurückzuführen, dass es keinen einzigen Werkzeugstahl gibt, der für alle Fertigungsverfahren optimale Leistung bietet. Es entstehen einzigartige Zusammensetzungen, die auf die unterschiedlichen Temperaturen, Belastungen und Verschleißmuster abzielen, die für die verschiedenen Fertigungskategorien charakteristisch sind - Warm- und Kaltumformung sind ein bemerkenswertes Beispiel. Die Entwicklung verbesserter Legierungen wird mit dem Aufkommen neuer Materialien und Methoden fortgesetzt.