Einführung

Kohlenstoff-Werkzeugstahl bezieht sich auf eine Vielzahl von Stahllegierungen, die hohe Mengen an Kohlenstoff enthalten, in der Regel etwa 0,5-1,5%. Der Kohlenstoffgehalt verleiht diesen Stählen eine ausgezeichnete Härte und Verschleißfestigkeit, wodurch sie sich gut für Werkzeug- und Formenbauanwendungen eignen. In diesem umfassenden Leitfaden erfahren Sie alles, was Sie über Kohlenstoff-Werkzeugstähle wissen müssen - von ihren Eigenschaften und ihrer Verarbeitung bis hin zu Anwendungen und Vergleichen mit anderen Werkzeugstahlsorten.

Was setzt Kohlenstoff-Werkzeugstähle Getrennt?

Kohlenstoff-Werkzeugstähle unterscheiden sich von anderen Werkzeugstahlsorten durch ihren hohen Kohlenstoffgehalt. Hier sind einige der wichtigsten Eigenschaften, die ihre Kohlenstofflegierung mit sich bringt:

• Ausgezeichnete Härte (HRC 50-70) und Verschleißfestigkeit
• Gute Zähigkeit und Festigkeit
• Widerstandsfähig gegen Verformung unter Last
• Fähigkeit, eine scharfe Schnittkante zu halten
• Reagieren gut auf Wärmebehandlung
• Formbeständigkeit bei der Wärmebehandlung

Neben Kohlenstoff enthalten Kohlenstoff-Werkzeugstähle häufig weitere Legierungselemente wie Mangan, Chrom, Wolfram und Vanadium. Dadurch lassen sich ihre Eigenschaften auf bestimmte Anwendungen zuschneiden.

Verglichen mit niedrigen KohlenstoffstähleKohlenstoff-Werkzeugstähle sind verschleißfester, bleiben bei hohen Temperaturen formstabil und behalten ihre Härte durch Wärmezyklen wie Abschrecken und Anlassen. Dies macht sie ideal, wenn Festigkeit, Härte und Maßgenauigkeit entscheidend sind.

Verarbeitung Kohlenstoff-Werkzeugstähle

Für die Verarbeitung und Formgebung von Kohlenstoff gibt es mehrere Hauptmethoden Werkzeugstähle:

Gießen - Der Stahl wird geschmolzen und in Formen gegossen, um Barren oder endkonturnahe Gussteile herzustellen. Dadurch können komplexe Werkzeuggeometrien direkt gegossen werden.

Schmieden - Gussblöcke werden erhitzt und durch Stanzen oder Pressen unter Druck geformt. Erzeugt Knetformen wie Stangen, Stäbe und Flachstahl.

Bearbeitung - Geschmiedetes Werkzeugstahlmaterial wird durch Verfahren wie Drehen, Bohren und Schleifen bearbeitet, um Formteile und fertige Werkzeuge herzustellen.

Wärmebehandlung - Kritischer Schritt, bei dem Teile aus Kohlenstoff-Werkzeugstahl erhitzt und abgekühlt werden, um die gewünschten metallurgischen Eigenschaften zu entwickeln. In der Regel wird gehärtet und anschließend angelassen.

Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung ist bei Kohlenstoff-Werkzeugstählen unerlässlich, um optimale Härte, Zähigkeit und Maßhaltigkeit zu erreichen. Diese besteht in der Regel aus:

• Aushärtung - Erhitzt und dann schnell abgekühlt, um die Struktur zu verändern und die Härte zu erhöhen
• Anlassen - Wiedererwärmt, um die Härte zu verringern und die Haltbarkeit zu verbessern

Die geeigneten Temperatur- und Zeitparameter für das Härten und Anlassen hängen von der Legierungszusammensetzung und den Anforderungen der jeweiligen Stahlsorte ab.

Hauptanwendungen von Kohlenstoff-Werkzeugstählen

Dank ihrer herausragenden Härte, ihrer Verschleißeigenschaften und ihrer Fähigkeit, Form und Kanten zu halten, werden Kohlenstoff-Werkzeugstähle in unzähligen anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt:

Metallumformung - Schmiedegesenke, Strangpresswerkzeuge, Dorne

Schneidewerkzeuge - Drehwerkzeuge, Fräser, Sägeblätter, Bohrer

Stanzen/Pressen - Stanzen, Lochen, Biegen von Matrizen und Werkzeugen

Spritzgießen - Hohlraumeinsätze, Kerne, Druckschrauben

Holzbearbeitung - Fräser, Messer, Verbindungswerkzeuge

Nahezu alle Fertigungsverfahren, die mit hohem Druck, hohen Temperaturen, Stößen und komplexer Formgebung verbunden sind, können von der Langlebigkeit von Kohlenstoffwerkzeugstahl profitieren. Sie helfen den Werkzeugen, den harten Bedingungen und schweren mechanischen Belastungen über längere Produktionsläufe hinweg standzuhalten.

Bestimmte Sorten eignen sich besonders gut für bestimmte Anwendungen, sind aber auch in anderen Bereichen weit verbreitet:

• Stempel und Matrizenkomponenten
• Werkzeuge zum Formen und Pressen
• Cutter und Messer
• Messgeräte
• Prüfen von Einrichtungsgegenständen
• Lehren und Vorrichtungen

Kohlenstoff-Werkzeugstähle im Vergleich zu anderen Werkstoffen

Kohlenstoff-Werkzeugstähle haben im Vergleich zu anderen Werkzeugstahlsorten deutliche Vor- und Nachteile:

Im Vergleich zu legierten Stählen - Kohlenstoff-Werkzeugstähle erreichen eine höhere Härte und Verschleißfestigkeit, aber eine geringere Zähigkeit und Stoßfestigkeit als chrom- und wolframlegierte Werkzeugstähle. Sie erfordern mehr Sorgfalt bei der Wärmebehandlung und beim Schweißen.

Im Vergleich zu Schnellarbeitsstählen (HSS) - Kohlenstoff-Werkzeugstähle sind in Bezug auf Härte, Hitzebeständigkeit und Zerspanungsleistung nicht so gut wie HSS. Sie sind jedoch in der Herstellung wesentlich preiswerter als diese exotischen pulvermetallurgischen Stähle. Außerdem sind sie leichter zu bearbeiten.

Versus Matrizenstähle - Kalt- und Warmgesenkstähle bieten die beste Kombination aus Verschleißfestigkeit, Polierbarkeit, Bearbeitbarkeit und thermischen Eigenschaften für Druckguss-, Schmiede- und Strangpressanwendungen. Kohlenstoff-Werkzeugstähle bieten jedoch die höchste reine Härte und sind billiger.

Auch wenn ihnen die besonderen Eigenschaften anderer Werkzeugstähle fehlen, bieten Kohlenstoff-Werkzeugstähle ein unübertroffenes Gleichgewicht von Härte, Festigkeit, Zähigkeit und Erschwinglichkeit.

Ein Überblick über die gemeinsamen Klassenstufen

Es gibt viele Sorten von Kohlenstoff-Werkzeugstahl, die ein breites Spektrum an Härte, Zähigkeit und Anwendungen abdecken. Einige beliebte Sorten sind:

Dies ist nur eine Auswahl, denn es gibt noch viele weitere Sorten wie H13, die jeweils mit leichten Legierungsanpassungen für Eigenschaften wie Härtbarkeit, Polierbarkeit, Zähigkeit, Bearbeitbarkeit usw. optimiert wurden.

Schlussfolgerung und Zusammenfassung

Mit außergewöhnlich hohen Härtegraden sowie guter Zähigkeit und thermomechanischer Stabilität sind Kohlenstoff-Werkzeugstähle in der gesamten Metallherstellung unverzichtbar geworden. Ihre kohlenstoffreichen Legierungen bieten die nötige Verschleißfestigkeit für anspruchsvolle Kaltbearbeitungsanwendungen beim Formen, Pressen, Strangpressen und Schneiden. Sie lassen sich sehr gut wärmebehandeln, so dass ihre Eigenschaften genau auf die vorgesehenen Einsatzbedingungen und Belastungen abgestimmt werden können.

Obwohl sie mehr kosten als Stähle mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt, bieten Kohlenstoff-Werkzeugstähle ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis im Vergleich zu anderen Spezialwerkzeugstählen. Durch die Ausgewogenheit von Härte, Festigkeit und Erschwinglichkeit ist Kohlenstoffstahl für die meisten Werkzeuganforderungen geeignet. Die kontinuierliche Entwicklung neuerer Legierungen sowie Fortschritte in der Stahlschmelze, beim Gießen, in der Pulvermetallurgie und bei der Wärmebehandlung werden dafür sorgen, dass Kohlenstoff-Werkzeugstähle noch über Generationen hinweg in allen Produktionsumgebungen ein Standardmaterial bleiben.

FAQ

Welche Wärmebehandlungsverfahren werden bei Kohlenstoff-Werkzeugstählen angewandt?

Kohlenstoff-Werkzeugstähle werden in der Regel gehärtet und anschließend angelassen. Beim Härten wird der Stahl auf eine hohe Austenitisierungstemperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt oder abgeschreckt, um das Gefüge umzuwandeln. Beim Anlassen wird der Stahl auf eine niedrigere Temperatur erwärmt, um die Härte zu verringern und im Gegenzug die Zähigkeit und Sprödigkeit zu verbessern.

Sind Kohlenstoff-Werkzeugstähle schweißbar?

Die meisten Kohlenstoff-Werkzeugstähle können geschweißt werden, aber es sind spezielle Vor- und Nachwärmverfahren erforderlich, um Risse zu vermeiden. Ihr hoher Kohlenstoffgehalt bedeutet auch, dass sie mit wasserstoffarmen Verfahren geschweißt werden müssen. Nach dem Schweißen sind in der Regel Wärmebehandlungen zum Spannungsarmglühen und Nachhärten erforderlich, um die richtigen metallurgischen Eigenschaften zu erhalten.

Was beeinflusst die Eigenschaften und die Leistung von Kohlenstoff-Werkzeugstählen?

Einige Schlüsselfaktoren beeinflussen die Eigenschaften von Kohlenstoff-Werkzeugstahl, darunter die Legierungszusammensetzung, die Wärmebehandlungsparameter, die Bearbeitungs- und Schleifqualität sowie die Oberflächenbehandlungen/Beschichtungen. Eine genaue Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, des Gefüges, der Wärmebehandlung, der Bearbeitung und der Nachbehandlungen bestimmt die endgültige Leistung des Werkzeugstahls im Einsatz. Sehr kleine Abweichungen können die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich beeinträchtigen.

Wie sollten Kohlenstoff-Werkzeugstähle vor der Wärmebehandlung bearbeitet und geschliffen werden?

Die härteste Bearbeitung und das Schleifen sollten vor der Wärmebehandlung durchgeführt werden, wenn sich der Stahl in einem weicheren, angelassenen Zustand befindet, der weniger leistungsfähige Geräte erfordert. Schruppen, Bohren, Gewindeschneiden und aggressives Oberflächenschleifen können effizient durchgeführt werden, bevor der Stahl durch das Härten und Anlassen extrem schwer zu schneiden und zu bearbeiten ist und Diamantwerkzeuge benötigt werden.