Werkzeugstahl ist die richtige Wahl, wenn es auf Härte, Verschleißfestigkeit, Maßhaltigkeit und Hitzebeständigkeit ankommt. Für die meisten industriellen Werkzeuganforderungen gibt es eine bestimmte Sorte, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Bearbeitbarkeit bietet, um die Produktionsziele zu erreichen. Kurz gesagt, wählen Sie die am wenigsten legierte Sorte, die Ihren Einsatzbedingungen entspricht, um Kosten zu senken und die Verarbeitbarkeit zu verbessern, und reservieren Sie hochlegierte oder pulvermetallurgische (PM) Sorten für die höchsten Verschleiß- oder Temperaturanforderungen.
Ein kurzes Erklärvideo, das zeigt, was Werkzeugstahl ist und warum er für Werkzeuganwendungen verwendet wird.
Abbildung mit den sechs praktischen Werkzeugstahlgruppen und gemeinsamen Anwendungen
Was ist Werkzeugstahl und warum ist er wichtig?
Werkzeugstähle sind eine Familie von Kohlenstoff- und legierten Stählen, die eine hohe Härte, kontrollierte Zähigkeit und Beständigkeit gegen Verschleiß und Erweichung bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Sie werden für Schneid-, Umform-, Zieh-, Form- und Schlagwerkzeuge verwendet, bei denen vorhersehbare Endeigenschaften und eine lange Lebensdauer wichtig sind. Die Auswahl einer bestimmten Werkzeugstahlsorte wirkt sich direkt auf die Lebensdauer der Werkzeuge, die Ausfallzeiten und die Gesamtbetriebskosten in der Fertigung aus.
Video mit einer Zusammenfassung von sieben praktischen Werkzeugstahlsorten und typischen Anwendungen
Klassifizierung: sechs praktische Gruppen und wann sie zu verwenden sind
In der Praxis werden Werkzeugstähle in sechs große Familien eingeteilt. Das Verständnis der funktionalen Unterschiede ist der schnellste Weg zum richtigen Kauf.
- Wasserhärtung (W): Niedrig legiert, hoher Kohlenstoffgehalt, kostengünstig, wird für Handwerkzeuge in Kleinserien und einige Hobbywerkzeuge verwendet.
- Ölhärtung / Kaltverformung (O und A): O1 ist ölhärtend, wirtschaftlich mit guter Zähigkeit; die A-Serie ist lufthärtend mit hervorragender Dimensionsstabilität.
- Hochchrom-Kaltverformung (D): D2 und verwandte Sorten bieten aufgrund des hohen Karbidanteils eine höhere Verschleißfestigkeit, allerdings auf Kosten einer geringeren Zähigkeit.
- Stoßfest (S): Entwickelt für Stoß- und hohe Schockbelastungen, bei denen die Widerstandsfähigkeit gegen plötzlichen Bruch entscheidend ist.
- Warmarbeit (H): H13 und verwandte Güten werden für die Warmumformung und den Druckguss gewählt, wo thermische Ermüdung und Warmhärte wichtig sind.
- Schnellarbeitsstähle (Serien M und T): behalten ihre Härte auch bei hohen Schnitttemperaturen und werden häufig für Schneidwerkzeuge und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verwendet.
Eindeutiges Klassifizierungsvideo, das jede Werkzeugstahlfamilie ihrem primären Anwendungsfall zuordnet.
Meistverwendete Sorten, chemische Zusammensetzung und Schnellreferenztabelle
Nachfolgend finden Sie eine kompakte Tabelle für Ingenieure und Einkäufer, in der die gängigen Werkssorten verglichen werden. Verwenden Sie sie als Ausgangspunkt für die Erstellung von Spezifikationen. Bei den Zusammensetzungen handelt es sich um typische Bereiche; die Hersteller liefern genaue Datenblätter.
| Klasse | Familie | Typische Merkmale der Zusammensetzung | Typische Anwendungen | Typischer gehärteter HRC-Bereich |
|---|---|---|---|---|
| O1 | Ölhärtende Kaltverformung | C 0,9-1,2% / Cr ~0,5-1,0% / Mn, Si klein | Startmatrizen, Lehren, Stempel | 58-62 HRC |
| A2 | Lufthärtende Kaltverformung | C 0,9-1,1% / Cr 4,5-5,5% / Mo, V Spuren | Stanzwerkzeuge, Umformwerkzeuge | 56-60 HRC |
| D2 | Hoher Kohlenstoffgehalt, hoher Chromgehalt | C 1.4-1.6% / Cr 11-13% / V, Mo | Verschleißteile, Scherenmesser, langlaufende Matrizen | 58-62 HRC |
| H13 | Warmumformung (Chrom-Molybdän) | C 0,32-0,45% / Cr 4,8-5,5% / Mo 1,1-1,3% / V 0,8-1,2% | Warmschmiedegesenke, Strangpressen, Druckgießen | 48-55 HRC (gehärtet; rot-hart) |
| S7 | Schockresistent | C 0,5-0,6% / Cr 1,3-1,6% / Si, Mn | Schwere Stanzen, Meißel, Schlagwerkzeuge | 52-60 HRC |
| M2 | Schnellarbeitsstahl | C 0,85-1,05% / W 6-7% / Mo 4-5% / V 1% / Cr 3,8-4,5% | Schaftfräser, Bohrer, Hochgeschwindigkeitsfräser. | bis zu 64 HRC (nach Anlassen) |
Konzentriertes Video über D2-Werkzeugstahl - nützlich für die Gütetabelle, in der D2 als Beispiel für hochchromhaltige Kaltarbeitsstähle verwendet wird.
Mechanische Eigenschaften, Härte und Leistungsziele
Konstrukteure geben häufig Rockwell-C-Härte und Kernzähigkeit als primäre Leistungskennzahlen an. Typische Muster:
- Kaltarbeits-Feinschneiden, Ziehen und Scheren: hoher HRC-Wert (58-62) mit mittlerer Kernzähigkeit.
- Schlag- und Gesenkschmiedeteile: geringere Härte, aber höhere Charpy-Zähigkeit.
- Warmumformung: niedrigere Nenn-HRC, aber stabile Härte bei erhöhter Temperatur (rote Härte) und gute thermische Ermüdungsfestigkeit.
Härte und Verschleißfestigkeit stehen in direktem Zusammenhang mit der Zähigkeit. Verwenden Sie die Mindesthärte, mit der die erforderliche Verschleißfestigkeit erreicht wird, um spröde Ausfälle zu vermeiden. Quellen aus der Industrie zeigen Zielwerte für die Härte von Werkzeugen für gängige Anwendungen und typische Bereiche für verschiedene Familien.
Kurze Metallurgie-Minute zur Erläuterung der mikrostrukturellen Gründe (Karbide, Matrix) für den Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit - unterstützt die Diskussion über mechanische Eigenschaften.
Grundsätze der Wärmebehandlung, gängige Rezepte und kritische Anmerkungen
Die Wärmebehandlung ist der wichtigste Fertigungsschritt, der geglühten Werkzeugstahl in ein einsatzfähiges Werkzeug verwandelt. Das Wesentliche:
- Austenitisieren bei der sortentypischen Temperatur, um Karbide aufzulösen und Austenit zu bilden.
- Abschrecken unter Verwendung des empfohlenen Mediums: Wasser für W-Serien, Öl für O-Serien, Luft für A-Serien und viele moderne Legierungen sowie spezielle Abschreckstrategien für PM-Stähle.
- Unmittelbar nach dem Abschrecken anlassen, um Eigenspannungen zu reduzieren und die angestrebte Härte zu erreichen; mehrere Anlässe sind üblich.
Praktische Regeln: Das Anlassen dauert oft eine Stunde pro Zoll Dicke, mindestens jedoch zwei Stunden, und ein sofortiges Anlassen nach dem Abschrecken verringert das Risiko der Rissbildung. Befolgen Sie immer die Wärmebehandlungstabelle des Stahlherstellers oder Werkzeugstahlherstellers für genaue Temperaturen und Haltezeiten.
Praktisches Wärmebehandlungsvideo, das Austenitisierung, Abschreckmedien und Anlaßzyklen behandelt - nützlich für Ausführende und Wärmebehandlungsbetriebe, auf die in diesem Abschnitt verwiesen wird.
Auswahl der richtigen Sorte für gängige Anwendungen mit Vergleichstabelle
Die Auswahl eines Werkzeugstahls sollte sich nach der vorherrschenden Fehlerart richten. Nachstehend finden Sie eine praktische Tabelle zur Zuordnung von Anwendung und Güteklasse.
| Anmeldung | Fehlermodus zu verhindern | Empfohlene Familie / Klassen | Begründung |
|---|---|---|---|
| Kaltschneiden, Feinprägen | Abrasiver Verschleiß und Kantenhaltung | D2, A2 | Karbidreiche Sorten widerstehen abrasivem Verschleiß |
| Gewindewalzbacken | Abrieb und Verschleiß | A2, PM-Stähle | Gute Formbeständigkeit und Verschleißfestigkeit |
| Gesenke zum Warmschmieden | Thermische Ermüdung, thermische Erweichung | H13, H11 | Rote Härte und Wärmeleitfähigkeit |
| Schermesser | Absplitterungen und abrasiver Verschleiß durch Stöße | D2 oder S7 je nach Auswirkung | D2 für kontinuierlichen Verschleiß, S7 bei Stößen |
| Schneidwerkzeuge mit hoher Geschwindigkeit | Erweichung unter Schneidhitze | M2, M42 | Beibehaltung der Härte bei hohen Temperaturen |
| Spritzgussformen für Kunststoff | Polieren, Korrosion | P20, rostfreie Formenstähle | Bearbeitbarkeit und Polierbarkeit |
Praktischer Kauftipp: Wählen Sie bei gemischten oder unsicheren Einsatzbedingungen eine Zwischensorte wie A2 für die Kaltumformung oder H13 für die Warmumformung und geben Sie Testzyklen oder Testwerkzeuge an, um die Lebensdauer zu überprüfen.
Überlegungen zur Bearbeitbarkeit, zum Schweißen und zur Herstellung
Werkzeugstähle unterscheiden sich stark in ihrer Bearbeitbarkeit:
- Niedrig legierte Werkzeugstähle wie O1 sind im geglühten Zustand relativ leicht zu bearbeiten.
- Hochchromhaltige und PM-Stähle sind abrasiv und verringern die Standzeit der Schneidwerkzeuge. Hartmetallwerkzeuge und geeignete Drehzahlen sind unerlässlich.
- Die Vorbearbeitung im weichgeglühten Zustand ist Standard. Das Endhärten und Fertigschleifen erfolgt nach der Wärmebehandlung.
Schweißen: Das Schweißen von Werkzeugstählen ist möglich, erfordert aber eine strenge Vorwärmung, Zwischenlagenkontrolle und Wärmebehandlung nach dem Schweißen, um Risse und Zähigkeitsverluste zu vermeiden. Viele Werkzeughersteller bevorzugen das Hartlöten oder die mechanische Befestigung, um Verzug zu vermeiden.
Käufer sollten sich nach dem Lieferzustand (weichgeglüht oder vorgehärtet), den empfohlenen Bearbeitungsmöglichkeiten und danach erkundigen, ob das Material im konventionellen Schmelzverfahren oder im pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wurde. Die pulvermetallurgischen Varianten erfordern oft andere Bearbeitungsmethoden, zeichnen sich aber durch eine höhere Verschleißfestigkeit aus.
Video über praktische Bearbeitungsüberlegungen und typische Lieferbedingungen für Werkzeugstähle - unterstützt die Beschaffungs- und Fertigungsplanung.
Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen, die die Lebensdauer der Werkzeuge verlängern
Die Oberflächentechnik kann die Standzeit der Werkzeuge vervielfachen, und zwar zu geringeren Kosten als die Umstellung auf exotische Basissorten. Gängige Optionen:
- Nitrierung zur Verbesserung der Oberflächenhärte und Ermüdungsfestigkeit.
- PVD-Beschichtungen (Physical Vapor Deposition) wie TiN, TiCN für Schneidwerkzeuge.
- Hartverchromung für Umformwerkzeuge, bei denen es auf Schmierfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit ankommt.
- Kugelstrahlen zur Einführung von Druckeigenspannungen und zur Verringerung der Rissbildung.
Wählen Sie eine Oberflächenbehandlung, die dem Verschleißmechanismus entspricht: Adhäsiver Verschleiß profitiert von reibungsarmer PVD-Beschichtung; Diffusionsnitrierung reduziert den abrasiven Verschleiß und verbessert die Kontaktermüdung.
Pulvermetallurgie und Spezialwerkzeugstähle
Die Pulvermetallurgie (PM) ermöglicht eine nahezu gleichmäßige Karbidverteilung, einen höheren Legierungsgehalt und eine verbesserte Zähigkeit bei hoher Härte. PM-Sorten wie CPM 1V, CPM 10V und verschiedene PM-HSS-Varianten werden häufig für schwere Verschleißbedingungen eingesetzt, bei denen herkömmliche Knetstähle versagen.
PM-Stähle sind zwar teurer, senken aber oft die Gesamtkosten pro Teil, da sie die Lebensdauer erheblich verlängern, insbesondere bei kleinen, verschleißintensiven Werkzeugen, bei denen die Austauschkosten und Ausfallzeiten hoch sind.
Kurzformatige Episoden über PM im Vergleich zu konventionellen Werkzeugstählen - veranschaulicht, warum PM-Varianten mehr kosten, aber bei Anwendungen mit hohem Verschleiß besser abschneiden.
Normen, Zertifizierung und Qualitätskontrollen für Käufer
Bei der Spezifikation von Werkzeugstahl sollten Sie sich auf anerkannte Normen beziehen und Werksprüfberichte anfordern.
- Codes und Bezeichnungen: AISI, ASTM, DIN und JIS sind gängige Bezeichnungssysteme. Bei der internationalen Beschaffung sind Querverweistabellen unerlässlich.
- Mill Test Report (MTR): erfordert chemische Zusammensetzung, Schmelzzahl, Härte und ggf. Wärmebehandlungszustand.
- Rückverfolgbarkeit: Bei kritischen Formen und Werkzeugen für die Luft- und Raumfahrt sind eine vollständige Rückverfolgbarkeit von Wärme zu Wärme und Qualitätszertifikate der Lieferanten erforderlich.
- Oberflächen- und Einschlussqualität: Geben Sie den Reinheitsgrad für Formen mit hohen Toleranzen oder PM-Stähle an.
Fragen Sie beim Importkauf nach einer Zertifizierung, die den gesetzlichen Anforderungen des Käuferlandes entspricht, sowie nach einem eventuellen Abnahmeprüfverfahren.
Ein Video, das die Standardkonventionen für die Benennung und Klassifizierung von Produkten erläutert und zeigt, warum genaue Spezifikationen und MTRs für die Beschaffung wichtig sind.
Wie MWAlloys Werkzeugherstellern und Käufern dient
MWAlloys liefert ein komplettes Sortiment an Werkzeugstählen, Kohlenstoffstählen und Nickellegierungen mit 100%-Werkspreisen und kundenspezifischen Dienstleistungen. Wir bieten:
- Rohstahl, Platten und vorgehärtete Blöcke in Standard- und Sondergrößen.
- Kundenspezifische Chemie und Wärmebehandlung auf Anfrage für Prototypen und Serienwerkzeugbau.
- Technische Unterstützung: Hilfe bei der Auswahl der Sorte, Empfehlungen für die Wärmebehandlung und Musterprüfberichte.
- Globale Versand- und Exportdokumente.
Beschaffungstipps von MWAlloys: Geben Sie den Betriebszustand (weichgeglüht oder vorgehärtet), die maximal zulässige Härte und die erforderliche Toleranz für Ebenheit oder Parallelität an. Fordern Sie bei großen Aufträgen ein Produktionsmuster zur Validierung an.
Hersteller-/Anwendungs-Webinar, in dem gezeigt wird, wie ein Lieferant seine Kunden bei Spezifikation, Druck und Validierung unterstützt.
Häufig gestellte Fragen - Werkzeugstahl
Was ist der Unterschied zwischen A2 und D2?
Wann sollte ich H13 wählen?
Kann ich Werkzeugstähle schweißen?
Ist die Pulvermetallurgie die Kosten wert?
Welche Härte sollte meine Stanzform haben?
Wie wirken sich Beschichtungen auf die Lebensdauer von Werkzeugen aus?
Welche Unterlagen sollte ich von den Lieferanten verlangen?
Gibt es nichtrostende Werkzeugstähle?
Wie viel Zuschlag für das Schleifen nach der Wärmebehandlung?
Wie sollte ich Werkzeugstahl lagern?
Praktische Beschaffungscheckliste für Einkäufer
- Geben Sie die Anwendung und die vorherrschende Fehlerart an.
- Geben Sie die erwartete Zyklusrate und die Umgebung (Temperatur, Korrosion) an.
- Geben Sie die erforderlichen Versorgungsbedingungen und Toleranzen an.
- Beantragen Sie die Rückverfolgbarkeit von MTR und Schmelznummern.
- Fordern Sie vom Lieferanten eine Tabelle mit den empfohlenen Wärmebehandlungsverfahren an.
- Bei Erstbestellungen fordern Sie bitte ein Musterlos mit Laborhärte und ggf. Schliffbild an.
Schlussbemerkungen von MWAlloys
Wenn Sie eine Empfehlung auf Anwendungsebene benötigen, senden Sie uns bitte folgende Angaben: Teilezeichnung oder kritische Abmessungen, voraussichtlicher Werkstoff des Werkstücks, Produktionsvolumen, Stoßbelastung oder Temperaturgrenzen sowie etwaige Platz- oder Oberflächenbeschränkungen. MWAlloys bietet kundenspezifische Chemikalien und interne Wärmebehandlungspartnerschaften an, um die genauen Einsatzbedingungen zu erfüllen.
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