Der Werkzeugstahl O6 ist eine ölhärtende, graphitische Kaltarbeitslegierung, die ein hohes Durchhärtungspotenzial mit ungewöhnlich guter Bearbeitbarkeit und geringem Verzug bei der Wärmebehandlung verbindet. Mit einem Nennkohlenstoffgehalt von fast 1,45 Prozent sowie kontrolliertem Silizium, Mangan und geringem Molybdän kann O6 über Rockwell C 60 gehärtet werden und behält dabei dank seines dispergierten Graphits seine Beständigkeit gegen Fressen bei Gleitkontakten. Er wird häufig für Präzisionslehren, Umformwerkzeuge, Buchsen und alle Anwendungen gewählt, bei denen Maßgenauigkeit und eine einfachere Bearbeitung im Vergleich zu nicht-graphitischen Werkzeugstählen erforderlich sind.

Was ist O6-Werkzeugstahl und wo gehört er zu den Werkzeugstahlfamilien?

O6 gehört zur ölhärtenden “O”-Serie der Kaltarbeitsstähle. Er ist für Situationen gedacht, in denen hohe Härte und Verschleißfestigkeit mit geringem Verzug während der Wärmebehandlung und verbesserter Bearbeitbarkeit im geglühten Zustand in Einklang gebracht werden müssen. Im Gegensatz zu den nicht-graphitischen, gehärteten Werkzeugstählen, die sich beim Trockengleiten festfressen können, enthält O6 absichtlich freien Graphit, der dem Werkstoff ein leichtes selbstschmierendes Verhalten verleiht. Durch den Graphit ist die Sorte im geglühten Zustand auch wesentlich leichter zu bearbeiten, was die Zeit für die Bearbeitung von Rohlingen und Gesenken reduziert. O6 ist unter UNS T31506 / AISI Typ O6 genormt und wird häufig in den ASTM A681-Spezifikationen für ölhärtende Werkzeugstähle genannt.

Download des technischen Datenblatts und der technischen Anleitung für O6 (PDF)

Wie ist die chemische Zusammensetzung von O6?

Nachstehend finden Sie eine praktische Zusammensetzungstabelle mit den von den wichtigsten Herstellern verwendeten Nennwerten. Individuelle Werkszertifikate sollten immer auf kaufspezifische Zahlen überprüft werden.

Anmerkungen zum Kohlenstoffhaushalt: Im geglühten O6 liegt etwa ein Drittel des Gesamtkohlenstoffs als freie Graphitpartikel vor; der Rest ist in Karbiden gebunden. Dieser Graphitanteil ist gewollt und unterscheidet den O6 von den ölhärtenden Stählen mit vollständig gebundenem Kohlenstoff.

Welche mechanischen Eigenschaften sollten Ingenieure von O6 erwarten?

Die mechanischen Reaktionen variieren je nach Wärmebehandlung, aber typische Bereiche sind:

• Geglühte Härte: ungefähr Brinell 190-220 HBW (ca. HRC in den unteren 20ern nach dem Glühen).

• Härte im gehärteten (vergüteten) Zustand: kann bei ordnungsgemäßem Abschrecken HRC 60 überschreiten. Die praktische Arbeitshärte für viele Werkzeugteile beträgt HRC 58-62.

• Zugfestigkeit und Streckgrenze hängen vom Anlassen ab. Konstrukteure sollten für genaue Berechnungen die aktuellen Daten aus dem Walzwerk verwenden.

Tabelle: Repräsentativer Überblick über die mechanischen Eigenschaften

Da O6 Graphit enthält, können die Charpy-Kerbschlagzähigkeitswerte für viele Kaltverformungen angemessen bleiben, und die Sorte neigt weniger zu katastrophaler Rissbildung beim Abschrecken als einige hochlegierte Werkzeugstähle mit hoher Härte. Verwenden Sie Anwendungstests für sicherheitskritische Komponenten.

Wie reagiert O6 auf eine Wärmebehandlung und welche Prozessparameter sind wichtig?

Die Steuerung der Wärmebehandlung ist von entscheidender Bedeutung, um die gewünschte Härte und Maßhaltigkeit zu erreichen und die Bearbeitungseigenschaften von O6 zu erhalten.

Wichtige Prozessschritte und empfohlene Bereiche (Ingenieure sollten die Daten des Lieferanten für die exakte Werkzeugbestückung überprüfen):

1. Glühen (wenn weich für die Bearbeitung geliefert)

   • Langsam auf ca. 774-788°C (1425-1450°F) erhitzen, zum Ausgleich eintauchen, dann im Ofen auf 538°C (~1000°F) abkühlen, herausnehmen und an der Luft abkühlen. In diesem Zustand ist ein Brinell-Wert von maximal 217 zu erwarten. Dadurch wird die graphitische Glühstruktur erzeugt und die Bearbeitbarkeit maximiert.

2. Vorwärmen zum Härten / Schmieden

   • Auf 704°C (1300°F) vorwärmen und einweichen, dann für Schmiedearbeiten auf maximal 1093°C (~2000°F) erhöhen. Nicht unter ~1700°F (927°C) schmieden. Die Abkühlung von der Schmiedetemperatur sollte langsam erfolgen; O6 sollte nicht in der gleichen Weise normalisiert werden wie einige nicht-graphitische Werkzeugstähle.

3. Austenitisieren / Härten

   • Typischer Austenitisierungsbereich: 1450-1500°F (790-815°C). Ölabschreckung auf Raumtemperatur (oder gedämpftes Öl) zur Minimierung des Verzugs. O6 härtet effektiv bei relativ niedrigen Austenitisierungstemperaturen, was die Größenänderung im Vergleich zu Stählen, die höhere Austenitisierungstemperaturen erfordern, reduziert.

4. Anlassen

   • Der Zeitplan für das Anlassen hängt von der gewünschten Endhärte ab. Viele Werkzeughersteller härten bei Temperaturen zwischen 350-600°F (177-316°C) an, um ein Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Härte zu erreichen. Mehrere Anlaßzyklen sind üblich, um Restaustenit zu entlasten und die Abmessungen zu stabilisieren.

5. Mögliche Nacherwärmungsmaßnahmen

   • Spannungsabbau und Anlassen bei niedriger Temperatur nach dem Schleifen während des Betriebs. Bei Induktions- oder lokaler Erwärmung sind Zwischen- und Vor-/Nacherwärmung sorgfältig zu steuern, um Probleme mit graphitischer Entmischung zu vermeiden.

Achtung: Da ein Teil des Kohlenstoffs als freier Graphit vorliegt, unterscheidet sich die mikrostrukturelle Reaktion auf thermische Zyklen von Stählen mit vollständig kombiniertem Kohlenstoff. Lassen Sie sich von Ihrem Lieferanten beraten und qualifizieren Sie die Abschreck-/Temperierzyklen für kritische Teile.

Welche Gefügeeigenschaften zeichnen O6 aus?

Zwei mikrostrukturelle Aspekte bestimmen die Leistung von O6:

1. Freie Graphitdispersion

   • Im geglühten Zustand scheidet sich etwa ein Drittel des Kohlenstoffs als kleine Graphitknollen oder -flocken aus, die in der Ferrit/Perlit-Matrix verteilt sind. Diese Graphitpartikel verringern die Reibung, reduzieren das Festfressen im Gleitkontakt und erleichtern die Bearbeitung erheblich (Werkzeugstandzeit und Schnittkräfte).

2. Karbidverteilung im gehärteten Zustand

   • Der verbleibende Kohlenstoff bildet Karbide (Zementit und Legierungskarbide), die nach dem Abschrecken und Anlassen für Verschleißfestigkeit sorgen. Kontrollierte kleine Zusätze von Molybdän und Silizium tragen zur Stabilisierung der Karbide und der Härtbarkeit bei.

Aufgrund des gemischten Kohlenstoffzustands verhält sich O6 in trockenen Gleit- und Fressumgebungen oft wie ein selbstschmierender Stahl, was ihm Vorteile bei spezifischen Werkzeugprofilen wie Lochstempeln, Formwerkzeugen und Führungen verschafft.

Welche Anwendungen bevorzugen O6 gegenüber anderen Klassen?

O6 wird gewählt, wenn eine Kombination dieser Anforderungen vorliegt:

• Präzise Maßkontrolle nach der Wärmebehandlung - Verzugsarmes Härten.

• Hohe Härte für Verschleißfestigkeit in Verbindung mit Abriebfestigkeit - gut für Gleitteile und Matrizen.

• Teile, die vor dem endgültigen Härten eine umfangreiche Bearbeitung erfordern - Die geglühte Graphitmatrix sorgt für hervorragende Zerspanungseigenschaften. Typische Beispiele: Lehrringe und Lehrdorne, Perforiermatrizen, Formwalzen, Buchsen, Hülsen, Dorne, Scherenmesser, Stempel, Führungsschienen und andere Kaltarbeitswerkzeuge.

Konstrukteure sollten O6 dort bevorzugen, wo geschmiertes oder mäßiges Trockengleiten auftritt und wo eine Endhärte von etwa 58-62 HRC akzeptabel ist. Bei extrem hoher Kantenfestigkeit oder abrasivem Verschleiß können andere Sorten mit höherem Legierungskarbidgehalt (z. B. D2) die Lebensdauer von O6 übertreffen.

Warum gilt O6 als der beste Werkzeugstahl für die Bearbeitung?

Die Zerspanbarkeit ist bei Werkzeugstahl in der Regel nur eine Randnotiz; bei O6 ist sie das Hauptmerkmal. Die technischen Bewertungen von MWalloys stufen O6 grob ein 25% bis 30% leichter zu bearbeiten als O1 Werkzeugstahl.

Der Mechanismus des leichteren Schneidens

Wenn ein Schneidwerkzeug in O6 eingreift, wirken die dispergierten Graphitpartikel wie mikroskopische Hohlräume. Diese Hohlräume unterbrechen die Kontinuität der Stahlmatrix. Anstatt dass die Späne am Werkzeug haften bleiben oder lange, durchgehende Bänder bilden, die die Maschinen verstopfen, zerbrechen die Späne in kleine, körnige Segmente.

Vorteile für die Maschinenwerkstatt:

• Verlängerte Lebensdauer der Werkzeuge: Geringerer Verschleiß an Hartmetall- oder HSS-Einsätzen.

• Geringerer Stromverbrauch: Es ist weniger Kraft erforderlich, um das Metall abzuscheren.

• Feinere Ausführungen: Der Selbstschmiereffekt kann beim Drehen oder Fräsen zu einer glatteren Oberfläche führen, beim Schleifen ist jedoch Vorsicht geboten.

Wie verhält sich O6 im Vergleich zu gängigen Alternativen wie O1, A2 und D2?

Kurze vergleichende Zusammenfassung

• O6 gegen O1: Beide sind ölhärtend, aber O6 enthält freien Graphit, der die Bearbeitbarkeit und die Beständigkeit gegen Fressen verbessert. Das Härtungspotenzial ist ähnlich, aber O1 wird oft bevorzugt, wenn ein etwas saubereres Gefüge ohne Graphit gewünscht wird.

• O6 gegen A2: A2 bietet aufgrund des höheren Legierungsgehalts eine höhere Dimensionsstabilität und eine bessere Zähigkeit in einigen Zuständen, aber A2 ist nicht graphitisch und lässt sich im geglühten Zustand weniger gut bearbeiten. Wählen Sie A2 für schwere Stoßbelastungen und wenn die Schmierfähigkeit von Graphit nicht benötigt wird.

• O6 gegen D2: D2 ist ein kohlenstoffreicher, hochchromhaltiger Kaltarbeitsstahl mit hervorragender Verschleißfestigkeit aufgrund reichlich vorhandener Karbide. D2 kann die Leistung von O6 in Bezug auf abrasiven Verschleiß übertreffen, ist jedoch schwieriger zu bearbeiten und aufgrund des höheren Legierungsgehalts anfälliger für Risse beim Abschrecken. D2 wird für Stanzwerkzeuge und schwere Abrasionsarbeiten verwendet.

Tabelle: Schneller Funktionsvergleich

Analyse:

• Wählen Sie O6 wenn das Teil gleitenden Kontakt hat (Buchsen) oder wenn schwere Bearbeitungen an komplexen Formen erforderlich sind.

• Wählen Sie A2 wenn die Maßhaltigkeit bei der Wärmebehandlung im Vordergrund steht (Lufthärtung).

• Wählen Sie D2 wenn das Werkzeug abrasive Materialien schneidet (Papier, Pappe, körnige Kunststoffe).

• Wählen Sie O1 für allgemeine, einfache Werkzeuge, bei denen das Budget die engste Grenze darstellt.

Was sind die besten Praktiken für die Bearbeitung, das Schleifen, das Schweißen und die Endbearbeitung von O6?

Bearbeitung

• Wann immer möglich, sollte die Bearbeitung im geglühten Zustand erfolgen. Die Zerspanbarkeit von O6 ist wesentlich höher als die vieler nicht-graphitischer Werkzeugstähle, da der Graphit die Schnittkräfte senkt und die Spankontrolle verbessert. Typische Zerspanbarkeitsindizes von mehreren Fräsern zeigen, dass O6 bei oder über 110-125 liegt, im Vergleich zu 1% Kohlenstoff-Werkzeugstahl mit einem Wert von 100.

• Verwenden Sie scharfe Werkzeuge, moderate Vorschübe und starre Aufspannungen, um Ratterer zu vermeiden. Spanbrecher und Kühlmittel sollten den Standardverfahren für geglühte Werkzeugstähle entsprechen.

Schleifen und Endbearbeitung

• Bei der Endbearbeitung von gehärtetem O6 müssen die Schleiftemperaturen kontrolliert werden, um Anlassen oder Verbrennen zu vermeiden. Verwenden Sie kleinere Schnitttiefen und ausreichend Kühlmittel. Das Endschleifen nach dem Anlassen ist gängige Praxis, um enge Toleranzen zu erreichen.

Schweißen

• Das Schweißen von O6 ist für die Endbearbeitung von Werkzeugen unüblich; durch das Schweißen entstehen Wärmeeinflusszonen, die die Graphitverteilung stören und örtlich begrenzte Härtezonen erzeugen können. Falls für die Reparatur erforderlich, wird ein Anlassen vor und nach dem Schweißen ähnlich wie bei anderen ölhärtenden Stählen empfohlen, und das Schweißen sollte von erfahrenen Schweißern mit geeigneter Auswahl des Schweißzusatzes durchgeführt werden. Für einige Reparaturen sind Hartlöten oder mechanische Befestigungen in Betracht zu ziehen.

Korrosionsschutz und Beschichtung

• O6 hat keinen nennenswerten Legierungsanteil für die Korrosionsbeständigkeit; verwenden Sie Rostschutzmittel, Schutzbeschichtungen oder ölen Sie die Teile, wenn sie nicht in Betrieb sind. Je nach Anwendung kann vernickelt oder verchromt werden, aber prüfen Sie die Haftung und die thermischen Zyklen.

Wo wird O6 in der Industrie am effektivsten eingesetzt?

Die einzigartigen Eigenschaften von O6 bedingen seine spezifischen Anwendungen. Es handelt sich nicht um einen Allzweckklingenstahl, sondern um einen Spezialisten für Gleitverschleiß.

1. Lehren und Präzisionsinstrumente

Lehrdorne, Lehrringe und Gewindelehren profitieren von der Dimensionsstabilität (bei entsprechender Behandlung) und der glatten Oberfläche, die mit O6 erreicht werden kann.

2. Buchsen und Schleißbleche

Dies ist die "Killeranwendung" für O6. In Maschinen, bei denen ein gehärtetes Stahlteil gegen eine andere Metalloberfläche gleiten muss, dient O6 als Lagermaterial. Der Graphit verringert die Reibung und verhindert das Festfressen, das bei A2 oder D2 auftreten würde.

3. Umformwerkzeuge

Bei Werkzeugen, die Metall biegen oder formen (anstatt es zu schneiden), verhindert die Beständigkeit gegen Abrieb eine Ablagerung auf der Werkzeugoberfläche. Dies gewährleistet, dass die geformten Teile kratzerfrei bleiben.

4. Achsen und Spindeln

Für Bauteile, die eine hohe Festigkeit erfordern und gleichzeitig mit hoher Präzision bearbeitet werden müssen, wird häufig O6 verwendet.

5. Stanzen

speziell für dünne oder empfindliche Materialien, bei denen der Stempel an der Abstreifplatte reiben könnte.

Welche Formen, Toleranzen und Liefermöglichkeiten sind typisch für Mühlen und Händler?

Die Lieferanten bieten O6 in der Regel in Form von Rundstäben, Flachstäben, Platten, Blechen, Schmiedestücken und vorbearbeiteten Rohlingen an. Die Standardtoleranzklassen von Großhändlern entsprechen den ASTM- und ISO-Maßtabellen. Typische Lagergrößen sind:

Geben Sie bei der Bestellung an, ob das Material geglüht oder vorgehärtet geliefert werden soll, sowie den gewünschten Härtebereich, den Zertifikatsstand (Werksprüfbericht) und etwaige Geometrietoleranzen. Zu den vertrauenswürdigen Händlern und Werken mit O6-Datenblättern gehören Carpenter (CarTech), Cincinnati Tool Steel, Hudson und wichtige regionale Lieferanten. Fordern Sie immer das Werkszertifikat an und bewahren Sie es zusammen mit der Charge auf.

Wie kann man O6 in Beschaffungsunterlagen angeben, um Missverständnisse zu vermeiden?

Eine solide Kaufspezifikation verhindert kostspielige Nacharbeit. Mindestens enthalten:

• Bezeichnung der Klasse: UNS T31506 oder AISI Typ O6, gegebenenfalls ASTM A681.

• Zustand bei Lieferung: geglüht auf Brinell ≤ X, oder vergütet auf HRC-Bereich Y-Z. Geben Sie an, ob eine Bearbeitungszugabe erforderlich ist.

• Größe/Toleranz: Maßtoleranzen und Anforderungen an die Oberflächengüte.

• Wärmebehandlungsprotokoll: Sie benötigen einen Bericht über die Walzprüfung und ein Wärmebehandlungsdiagramm, wenn der Lieferant das Härten durchführt.

• Rückverfolgbarkeit: Schmelznummer, Chargennummer und Analysenzertifikat.

• Besondere VerarbeitungSchmieden, Normalisieren, Kugelstrahlen, Nitrieren oder Oberflächenbeschichtungen.

• AbnahmetestsHärte, Bestätigung des Mikrogefüges und alle zerstörungsfreien Prüfungen.

Die Aufnahme dieser Punkte in den Bestell- und Prüfplan vermeidet späte Überraschungen und unterstützt die Erstmusterprüfung bei kritischen Werkzeugen.

Technische Tabellen (nützliche Kurzreferenzen)

Tabelle 1. Typische chemische Zusammensetzung (repräsentative Werkswerte)

Quellen: Carpenter-Datenblatt und andere Veröffentlichungen des Werks.

Tabelle 2. Repräsentativer Wärmebehandlungsplan

Tabelle 3. Typische Anwendungen und warum O6 gewählt wurde

Abschließende Empfehlungen für Ingenieure und Beschaffungsspezialisten

Wenn Sie O6 für ein Werkzeugprogramm auswählen, gehen Sie wie folgt vor:

1. Fordern Sie bei der ersten Lieferung das Datenblatt des Herstellers und den Prüfbericht des Werks an.

2. Geben Sie in der Bestellung den Lieferzustand und die Prüfanforderungen an.

3. Führen Sie bei komplexen Geometrien einen kleinen Validierungslauf mit Wärmebehandlung durch, um die Maßänderung und die Endhärte zu bestätigen.

4. Bei Anwendungen mit starkem abrasivem Verschleiß sollten Sie D2 oder andere Legierungen mit hohem Karbidgehalt in Betracht ziehen; verwenden Sie O6, wenn Zerspanbarkeit, Abriebfestigkeit und geringer Verzug im Vordergrund stehen.

MWalloys kann für Kunden, die eine an die Fähigkeiten des Lieferanten angepasste Beschaffungssprache benötigen, Aufstellungen auf Spezifikationsebene und Erstmusterprüfpläne bereitstellen.