W1 Werkzeugstahl: Eigenschaften, Wärmebehandlung und industrielle Verwendung

W1 Werkzeugstahl ist nach wie vor einer der wirtschaftlichsten Werkzeugstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt auf dem Markt, und wenn die Anwender seine Einschränkungen in Bezug auf Zähigkeit und Verformung beachten, liefert er hervorragende Zerspanungsleistungen, hohe Härte und sehr scharfe Kanten zu einem Bruchteil der Kosten legierter Sorten. In der Praxis bedeutet dies, dass W1 aus einer kontrollierten Quelle wie MWalloys eine ideale Wahl für Handwerkzeuge, einfache Matrizen, Lehren und Kurzzeit-Kaltarbeitswerkzeuge ist, während Ingenieure zu öl- oder lufthärtenden Stählen übergehen sollten, sobald Schlagbeanspruchung, komplexe Geometrie oder enge Maßtoleranzen kritisch werden.

Was ist W1-Werkzeugstahl in der technischen Praxis?

Klassifizierung und Benennung

W1 gehört zur Familie der wasserhärtenden Werkzeugstähle innerhalb der AISI-Werkzeugstahlklassifizierung. Der Buchstabe “W” bezieht sich auf das Wasserhärteverfahren, nicht auf den Wolframgehalt. Wichtigste Punkte:

• Art: Unlegierter Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt.
• AISI / SAE Bezeichnung: W1.
• Typische Normen:
  • ASTM A681 Werkzeugstähle Alloy.
  • SAE J437 / J438.
• Produktformen: Rundmaterial, Flachmaterial, Platten, präzisionsgeschliffenes Material, Bohrstangen, Draht, manchmal geschmiedete Blöcke.

In den meisten modernen Spezifikationen enthält W1 neben Kohlenstoff, Mangan und Silizium nur sehr geringe Legierungsanteile. Damit ähnelt er hochwertigem unlegiertem Kohlenstoffstahl, allerdings mit einer strengeren Kontrolle über Zusammensetzung, Reinheit und Härtbarkeit, um die Anforderungen an die Werkzeugleistung zu erfüllen.

Warum W1 immer noch weit verbreitet ist

Trotz der Verfügbarkeit besserer Qualitäten wird W1 nach wie vor stark genutzt:

• Es erreicht sehr hohe Härtegrade nach der Wasserabschreckung
• Wärmebehandlungsroutinen sind einfach und können mit einfacher Ausrüstung durchgeführt werden
• Kosten pro Kilogramm bleiben niedrig im Vergleich zu öl- oder lufthärtenden Werkzeugstählen
• Schneidkanten können extrem scharf geschliffen und leicht poliert werden
• In vielen älteren Tools und Drucken wird immer noch W1 angegeben.

Zugleich müssen die Ingenieure bedenken, dass W1 hat:

• Begrenzte Zähigkeit im Vergleich zu legierten Kaltarbeitsstählen
• Ausgeprägtes Risiko von Rissbildung und Verformung beim Abschrecken
• Geringe Verschleißfestigkeit im Vergleich zu hochlegierten Sorten wie D2 oder M2
• Sehr niedrige Anlasstemperaturen im Vergleich zu Schnellarbeitsstählen

W1 eignet sich daher für Anwendungen mit geringer bis mittlerer Beanspruchung, bei denen die Anforderungen an die Kantenschärfe, die Kosten und die einfache Wärmebehandlung die Anforderungen an die Schlagzähigkeit und die Maßhaltigkeit überwiegen.

Wenn Ihr Projekt W1-Werkzeugstahl erfordert, kontaktieren Sie MWalloys für ein kostenloses Angebot.

Wie beeinflusst die Zusammensetzung des W1-Werkzeugstahls die Leistung?

Typische chemische Zusammensetzung von W1

Die Werte in der Tabelle stammen aus branchenüblichen Referenzen und MWalloys internen Datenbereichen. Einzelne Hersteller können leicht abweichen.

Nicht jede W1-Chemie enthält Chrom oder Vanadium; reine Kohlenstoffvarianten dominieren immer noch das Angebot. MWalloys kann Wärmezertifikate liefern, die genaue Bereiche und Restgehalte ausweisen, was wichtig ist, wenn die Anwender eine gleichbleibende Reaktion während der Wärmebehandlung benötigen.

Kohlenstoffgehalt und seine Auswirkungen auf Härte und Zähigkeit

Der Kohlenstoffgehalt ist das Herzstück der W1-Leistung:

• Unterhalb von etwa 0,75 Prozent Kohlenstoff
  • Maximale Härte sinkt leicht
  • Zähigkeit verbessert
  • Geeignet für Werkzeuge, die eine Kombination aus Festigkeit und einer gewissen Duktilität erfordern
• Etwa 0,90 Prozent Kohlenstoff
  • Sehr hohes Härtepotenzial nach dem Abschrecken
  • Die Kantenhaltung verbessert sich erheblich
  • Schockresistenz sinkt

In der Praxis liegt der Kohlenstoffgehalt bei den meisten handelsüblichen W1-Produkten bei 0,90 Prozent, was den besten Kompromiss zwischen Kantenhalt und Zähigkeit für Handwerkzeuge und leichte Werkzeuge darstellt.

Die Rolle von Mangan und Silizium

W1 hält die Legierungsanteile absichtlich niedrig. Mangan und Silizium kommen in geringen Anteilen vor:

• Mangan
  • Hilft leicht bei der Durchhärtung des Profils
  • Bindet Schwefel zu Mangansulfid und reduziert so die Kurzatmigkeit
  • Überschüssige Mengen könnten die Zähigkeit verringern, weshalb die W1-Grenzwerte bescheiden bleiben.
• Silizium
  • Stärkt Ferrit
  • Sorgt für Desoxidation bei der Stahlerzeugung
  • Kann die Temperaturbeständigkeit ein wenig erhöhen

Zusammen verleihen sie W1 eine ausreichende Härtbarkeit, um sich während der Wasserabschreckung in kleinen Abschnitten vollständig umzuwandeln und gleichzeitig das Gefüge unterhalb der Sprödhärtegrenze einigermaßen zäh zu halten.

Sauberkeit und Einschlusskontrolle

Werkzeugstähle wie W1 werden häufig für scharfe Schneidkanten und dünne Profile verwendet. Nichtmetallische Einschlüsse, insbesondere große Sulfid- oder Oxidpartikel, wirken unter Belastung als Rissauslöser. Hochwertiger W1:

• Strenge Kontrolle von Schwefel und Phosphor
• Einsatz von Sekundärraffination oder kontrollierter Pfannentechnik
• Zielt auf kleine, fein dispergierte Einschlüsse

Aus Sicht des Beschaffungswesens verringert die Anforderung von Werkszeugnissen und, wo dies kritisch ist, von Ultraschall- oder Makroetch-Prüfungen bei Lieferanten wie MWalloys das Risiko unerwarteter Sprödbrüche im Betrieb.

Welche mechanischen Eigenschaften zeichnen W1 im Betrieb aus?

Typische Härtebereiche

Der Hauptgrund, warum sich Kunden für W1 entscheiden, liegt in den hohen Härtegraden, die durch einfaches Abschrecken des Wassers erreicht werden können.

Die genauen Werte hängen vom Kohlenstoffgehalt, der Profilgröße, der Härte des Abschreckens und der Dauer des Anlassens ab. Dünne Werkzeuge kühlen beim Abschrecken schneller ab und können im Vergleich zu dickeren Profilen eine etwas höhere Härte erreichen.

Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißverhalten

Für Ingenieure sind nicht nur Härtewerte wichtig:

• Streckgrenze und Zugfestigkeit
  • Im vollständig gehärteten und angelassenen Zustand kann die Zugfestigkeit in dünnen Abschnitten 2000 MPa übersteigen.
  • Die Streckgrenze steigt mit der Härte, die Duktilität sinkt.
• Zähigkeit
  • W1 weist eine mäßige Zähigkeit bei einer Härte unter etwa 58 HRC auf.
  • Bei höheren Härtegraden fallen die Charpy-V-Kerbwerte stark ab.
  • Scharfe Ecken, dünne Stege und abrupte Querschnittsänderungen erfordern eine konservative Vorgehensweise beim Abschrecken, um Risse zu vermeiden.
• Abriebfestigkeit
  • Hauptsächlich durch Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt und dispergierte Karbide bestimmt.
  • Geeignet für kurze bis mittlere Produktionsläufe mit leichtem bis mittlerem Abrieb.
  • Nicht vergleichbar mit hochlegierten Kaltarbeitsgüten, bei denen Chrom- und Molybdänkarbide das Verschleißverhalten dominieren.

Einfach ausgedrückt, eignet sich W1 für Werkzeuge, bei denen eine hohe Härte und scharfe Kanten wichtiger sind als eine längere Lebensdauer bei starkem abrasivem Verschleiß oder starker Beanspruchung.

Maßhaltigkeit und Verformung

Die Wasserabschreckung führt in Verbindung mit der großen Volumenzunahme beim Übergang von Austenit zu Martensit zu steilen Temperaturgradienten in den Teilen. Die Auswirkungen umfassen:

• Verzerrung der Länge oder der Ebenheit
• Unrunde Bedingungen bei Stiften oder Schlägen
• Gefahr der Rissbildung an inneren Spannungskonzentratoren

Abschnitte mit einer Dicke von weniger als etwa 20 mm werden in der Regel zuverlässig durchgehärtet. Größere Abschnitte können Härtegradienten von der Oberfläche zum Kern aufweisen. Ingenieure entwerfen W1-Werkzeuge oft mit leichtem Übermaß und schleifen dann nach der Wärmebehandlung die endgültigen Abmessungen.

In den folgenden Abschnitten werden die Techniken zur Verbesserung der Dimensionskontrolle näher erläutert.

Wie sollte W1-Werkzeugstahl in der Industrie wärmebehandelt werden?

Die Praxis der Wärmebehandlung hat enormen Einfluss auf die Leistung. Die folgenden Parameter stellen typische Ausgangswerte dar, keine absoluten Vorschriften. Stimmen Sie die endgültigen Einstellungen immer mit den Daten des Lieferanten und den Werkzeugabmessungen ab.

Zusammenfassung der üblichen Wärmebehandlungszyklen

Jeder Schritt weist Nuancen auf, die das Risiko der Rissbildung und die daraus resultierende Härte beeinflussen.

Praxis des Glühens

Lieferanten wie MWalloys liefern W1 in der Regel im sphäroidisch geglühten oder vollständig geglühten Zustand. Wenn eine zusätzliche Erweichung vor einer schweren Bearbeitung erforderlich ist:

1. Langsam auf 760 - 790 °C erhitzen
2. Lange genug halten, um die Temperatur im gesamten Abschnitt auszugleichen
3. Abkühlung im Ofen mit kontrollierter Geschwindigkeit, in der Regel 10 - 20 °C pro Stunde bis auf etwa 540 °C
4. Dann an der Luft auf Raumtemperatur abkühlen

Dieser Zyklus erzeugt ein feines perlitisches oder kugelförmiges Gefüge mit einer Härte von etwa 180-200 HB, das eine gute Bearbeitbarkeit und ein stabiles Verhalten bei der nachfolgenden Wärmebehandlung gewährleistet.

Austenitisieren und Abschrecken

Die richtige Austenitisierungspraxis stellt ein Gleichgewicht zwischen vollständiger Umwandlung und begrenztem Kornwachstum her:

• Vorheizen
  • Die Temperatur schrittweise auf etwa 400-600 °C erhöhen.
  • Bei großen oder komplexen Teilen kann ein zweistufiges Vorheizen bei 400 °C und anschließend bei 650 °C helfen, den Temperaturschock zu reduzieren.
• Austenitisieren
  • Zielbereich etwa 770-800 °C für die meisten Abschnitte.
  • Dicke und Kohlenstoffgehalt beeinflussen die genaue Wahl.
  • Die Einweichzeit beträgt in der Regel 10-20 Minuten, sobald der Kern die Zieltemperatur in kleinen Werkzeugen erreicht hat.
  • Eine zu lange Zeit oder zu hohe Temperatur fördert die Vergröberung des Korns und eine höhere Sprödigkeit.
• Abschrecken
  • Verwenden Sie aufgewühltes Wasser mit einer Temperatur von etwa 20-30 °C.
  • Direktes Abschrecken vom Austenitisierungsofen in das Abschreckbecken.
  • Bewegen Sie die Teile in einer sanften Auf- und Abwärts- oder Kreisbewegung, um das Verharren der Dampfdecke zu verringern, und vermeiden Sie starkes Schütteln.
  • Herausnehmen, wenn die Temperatur unter etwa 100 °C fällt und sich das Teil handwarm anfühlt.

Manche Werkstätten wenden bei sehr dünnen oder komplizierten W1-Werkzeugen eine milde Ölabschreckung an, um das Risiko der Rissbildung zu verringern. Diese Praxis kann zu einer geringfügigen Verringerung der Härte und der Durchhärtungstiefe führen, so dass eine Prozessvalidierung vor der Serienproduktion unerlässlich ist.

Strategien zur Temperierung

Das Anlassen sollte beginnen, sobald die Teile nach dem Abschrecken den handwarmen Zustand erreichen. Bleibt das vollständig gehärtete W1 ungehärtet, besteht die Gefahr der Rissbildung aufgrund der verbleibenden inneren Spannungen.

Allgemeine Regeln:

• Einmalige Temperierung bei 150-200 °C
  • Wird in Schneidwerkzeugen verwendet, die eine maximale Kantenhärte und hohe Verschleißleistung bei leichter Belastung erfordern.
  • Die verbleibende Härte kann 62 HRC überschreiten.
• Temperieren bei 200-300 °C
  • Übliche Wahl bei Stempeln und Werkzeugen, die einer etwas höheren Belastung ausgesetzt sind.
  • Härte im Bereich 58-62 HRC mit verbesserter Zähigkeit.
• Temperieren bei 350-400 °C
  • Wird selten in W1 verwendet, da andere Qualitäten oft besser für schwere Aufgaben geeignet sind.
  • Die Härte sinkt auf etwa mittlere 50 HRC, wobei die Zähigkeit im Vergleich zu höheren Härtegraden verbessert wird.

Die Haltezeiten liegen in der Regel im Bereich von mindestens einer Stunde bei Temperatur, wobei als Faustregel mindestens eine Stunde pro 25 mm Dicke gilt. Für Abschnitte unter 25 mm ist eine Stunde im Allgemeinen ausreichend.

In kritischen Fällen kann das doppelte Anlassen dazu beitragen, die Eigenspannungen weiter abzubauen, insbesondere nach dem Schleifen.

Wo wird W1-Werkzeugstahl typischerweise in Werkzeugen und Komponenten verwendet?

Anwendungsprofil

W1 besetzt eine Nische, in der die Nutzer Bedarf haben:

• Sehr scharfe Schneidkanten
• Befähigung zur Wärmebehandlung mit einfachen Öfen und Wasserbehältern
• Relativ niedrige Materialkosten pro Stück
• Angemessene Verschleißfestigkeit bei kleinen bis mittleren Produktionsmengen

Übliche Verwendungszwecke in Industrie und Werkstatt sind:

• Handwerkzeuge für die Holzbearbeitung
  • Meißel
  • Hobelmesser
  • Abstreifer
• Handwerkzeuge in der Metallbearbeitung und Instandhaltung
  • Gewindebohrer und Schneideisen zum manuellen Gewindeschneiden von unlegierten Stählen
  • Reibahlen, Handräumnadeln
  • Anreißer, Stanzen, Durchschlagstifte
• Einfache Werkzeuge für die Kaltbearbeitung
  • Stanz- und Umformwerkzeuge für kleine Stückzahlen
  • Scherenmesser für die Bearbeitung leichterer, weicherer Metalle
  • Biegewerkzeuge, bei denen die Reibung und der abrasive Verschleiß bescheiden bleiben
• Mess- und Layoutwerkzeuge
  • Quadrate, Richtscheitel
  • Messgeräte, die eine gute Stabilität und Politur erfordern

Viele dieser Werkzeuge haben relativ kleine Querschnitte, die sich für wasserhärtende Sorten eignen.

Sektoren, in denen W1 noch dominiert

Obwohl hochlegierte Werkzeugstähle häufig W1 bei Matrizen und Stempeln für die Massenproduktion ersetzen, hat W1 in mehreren Bereichen weiterhin seine Berechtigung:

• Handwerkszeug für Holzbearbeitung und Zimmerei
• Modellbau, Instrumentenbau und feinmechanische Werkstätten
• Wartungs- und Reparaturarbeiten, bei denen die Wärmebehandlung vor Ort mit Brennern oder einfachen Öfen üblich ist
• Lehrsituationen zur Demonstration grundlegender Wärmebehandlungsprinzipien

In diesen Umgebungen kann die Möglichkeit, W1 mit einfachen Methoden zu härten und anzulassen, einschließlich der lokalen Erwärmung mit einem Brenner auf kleinen Werkzeugen, attraktiver sein als die erweiterten Kontrollanforderungen von hochlegierten Sorten.

Situationen, in denen W1 möglicherweise nicht ideal ist

Ingenieure sollten W1 unter verschiedenen Umständen vermeiden:

• Stanzwerkzeuge für hohe Produktionsleistungen bei der Verarbeitung von abrasiven Plattenmaterialien
• Werkzeuge, die starken Stoß- oder Schlagbelastungen ausgesetzt sind
• Komplexe Teile mit großen Querschnittsänderungen oder scharfen Innenecken
• Bauteile, die nach der Wärmebehandlung eine hohe Maßhaltigkeit erfordern
• Heißarbeitswerkzeuge oder Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind

In solchen Fällen bringt der Wechsel zu ölgehärteten (O1), luftgehärteten (A2, A6) oder hochlegierten Kaltarbeitsstählen (D2, M2) eine bessere Lebenserwartung, auch wenn die Anschaffungskosten und die Anforderungen an die Wärmebehandlung steigen.

Wie schneidet W1 im Vergleich zu O1, A2 und anderen Kaltarbeitsstählen ab?

Der Vergleich mit alternativen Sorten ist häufig ausschlaggebend für die Wahl des Materials. In der nachstehenden Tabelle sind die typischen Merkmale zusammengefasst.

Vergleichender Überblick

Die wichtigsten Erkenntnisse:

• W1 gewinnt bei den Materialkosten und der Einfachheit der Wärmebehandlung.
• O1 bietet eine bessere Zähigkeit und geringere Verformung bei angemessenen Kosten und ersetzt häufig W1 bei kleinen Matrizen und Stempeln.
• A2 und D2 eignen sich am besten, wenn Produktionsvolumen und Verschleißanforderungen die Kosten und eine komplexere Verarbeitung rechtfertigen.

Praktische Überlegungen zur Auswahl

Wenn in einem Druck einfach “Werkzeugstahl” angegeben ist, haben Ingenieure und Einkäufer oft die freie Wahl. Zu den Entscheidungsfaktoren gehören:

• Größe des Abschnitts und Komplexität der Geometrie
• Erforderliche Lebensdauer in Zyklen oder Schnittmetern
• Verfügbare Wärmebehandlungsanlagen
• Toleranzanforderungen nach der Wärmebehandlung
• Budgetbeschränkungen und Ausschusskosten

In vielen Werkstätten wird weiterhin W1 bevorzugt:

• Die Stücke sind klein und nicht stark beansprucht
• Leichter Verzug kann beim Endschleifen ausgeglichen werden
• Die Produktionsläufe bleiben kurz
• Erfahrene Werkzeugmacher schätzen das “Gefühl” von W1 beim Schleifen und Schärfen

Die technischen Mitarbeiter von MWalloys erörtern solche Abwägungen routinemäßig mit den Kunden und helfen dabei, die Wahl der Sorte auf den Prozess, die Konstruktion und die wirtschaftlichen Ziele abzustimmen.

Welche Bearbeitungs- und Schleifverfahren eignen sich am besten für W1?

Bearbeitbarkeit im geglühten Zustand

Im sphäroidisch geglühten Zustand lässt sich W1 ungefähr so bearbeiten wie ein hochwertiger unlegierter Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,90 %. Bearbeitungseigenschaften:

• Bohren, Drehen, Fräsen und Gewindeschneiden erfolgen reibungslos mit herkömmlichen Werkzeugen aus Schnellstahl oder Hartmetall.
• Das Verhalten der Chips bleibt konsistent, ohne extreme Instabilität.
• Die Schnittgeschwindigkeiten können die für legierte Werkzeugstähle empfohlenen Werte aufgrund des geringeren Legierungsgehalts überschreiten, wobei jedoch Vorsicht geboten ist, um Kaltverfestigung an der Oberfläche zu vermeiden.

Typische Empfehlungen für die Grobplanung:

• Schnittgeschwindigkeit mit Werkzeugen aus Hochgeschwindigkeitsstahl: 18-25 m/min beim Drehen und Plandrehen.
• Schnittgeschwindigkeit mit Hartmetallwerkzeugen: 120-180 m/min je nach Steifigkeit der Aufspannung.
• Die Verwendung geeigneter Kühlschmierstoffe verbessert die Standzeit der Werkzeuge und die Oberflächenintegrität.

In Bezug auf die Beschaffung reduziert diese relativ leichte Bearbeitbarkeit die Herstellungskosten vor der Wärmebehandlung.

Bearbeitung im gehärteten Zustand

Sobald W1 über etwa 58 HRC gehärtet und angelassen ist, lässt es sich nur noch schwer auf herkömmliche Weise bearbeiten. Zu den Optionen gehören:

• Schleifen mit geeigneten Scheiben und Kühlmitteln
• Funkenerosion in bestimmten Geometrien
• Hartdrehen mit modernen Keramik- oder CBN-Werkzeugen auf starren Maschinen

Das Schleifen ist nach wie vor das zuverlässigste Verfahren, insbesondere für die Endabmessungen von Stempeln, Matrizen und Lehren.

Empfehlungen zum Schleifen

Zur Vermeidung von Schleifverbrennungen und Mikrorissen auf hartem W1:

• Wählen Sie eine Scheibenspezifikation, die für Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt geeignet ist, oft weißes oder rosa Aluminiumoxid mit relativ offener Struktur.
• Verwenden Sie einen ausreichenden Kühlmitteldurchfluss mit entsprechender Filterung, um die Aufnahme von Abrieb zu vermeiden.
• Führen Sie mehrere leichte Durchgänge anstelle eines schweren Entfernungsdurchgangs durch, insbesondere in der Nähe von scharfen Ecken oder dünnen Bahnen.
• Lassen Sie die Teile zwischen den Schleifschritten auf Raumtemperatur kommen, wenn ein erheblicher Materialabtrag erfolgt.

Das Spannungsarmglühen nach dem Schleifen ist manchmal hilfreich, wenn die Teile nach der Bearbeitung hohe Eigenspannungen und leichte Bewegungen aufweisen.

Wie stabil ist W1 während des Vergütens, und wie kann der Verzug reduziert werden?

Faktoren, die zu Verformung und Rissbildung führen

Bei wasserhärtenden Stählen ist die Härte der Abschreckung naturgemäß höher als bei öl- oder lufthärtenden Stählen. Verzug entsteht aus mehreren Quellen:

• Thermische Gradienten beim Abschrecken
• Umwandlungsspannungen von Austenit in Martensit
• Ungleichmäßige Querschnittsdicke oder asymmetrische Geometrie
• Eigenspannungen durch vorherige Bearbeitung oder Schleifen

Das Risiko der Rissbildung steigt, wenn:

• Scharfe Ecken oder tiefe Nuten konzentrieren Spannungen
• Querschnitte unterscheiden sich innerhalb eines Teils drastisch
• Die maschinelle Bearbeitung hinterließ hohe Oberflächenspannungen, insbesondere bei gedrehten Profilen

Konstruktionsverfahren, die dazu beitragen, dass W1 die Wärmebehandlung übersteht

Verbesserung der Überlebensraten und der Dimensionskontrolle:

• Verwenden Sie nach Möglichkeit großzügige Radien an den Innenecken.
• Behalten Sie gleichmäßige Querschnitte bei, oder vermeiden Sie zumindest abrupte Übergänge zwischen dünnen und dicken Bereichen.
• Aufmaß für kritische Oberflächen vorsehen, in Erwartung des Endschliffs nach der Wärmebehandlung.
• Vermeiden Sie tiefe Sacklöcher oder scharfe Rillen mit kleinen Wurzelradien.
• Entgraten Sie alle Kanten vor dem Abschrecken, da Grate als Rissauslöser wirken.

Wenn eine Konstruktion nicht geändert werden kann, kann der Wechsel zu O1 oder A2 eine bessere technische Entscheidung sein.

Prozessstrategien zur Kontrolle der Bewegung

Geschäfte können Prozesskontrollschritte implementieren, um das W1-Verhalten zu zähmen:

• Spannungsabbau vor der Fertigbearbeitung
  • Die Erwärmung auf etwa 600-650 °C und die anschließende langsame Abkühlung tragen zur Verringerung der durch die Bearbeitung verursachten Spannungen bei.
• Kontrolliertes Vorwärmen und Austenitisieren
  • Das Vermeiden von Temperaturüberschreitungen und das Halten nur so lange, bis die Abschnitte gesättigt sind, verhindert grobes Kornwachstum, das zur Rissbildung führt.
• Gerichtetes Abschrecken
  • Das Eintauchen der Teile in das Abschreckmedium in gleichmäßiger Ausrichtung kann das Verbiegen oder Verdrehen reduzieren.
  • Platten, Klingen und dünne Rechtecke profitieren vom Eintauchen mit der Kante, nicht mit der Fläche.
• Richten beim Tempern
  • Leichte Biegekorrekturen sind manchmal erfolgreich, wenn sie rechtzeitig durchgeführt werden, während das Teil noch auf Anlasstemperatur ist und bevor es endgültig abkühlt.

Es gibt jedoch Grenzen. Wenn das Verformungsrisiko trotz dieser Strategien inakzeptabel erscheint, sind Konstruktions- oder Sortenänderungen erforderlich.

Worauf müssen Einkäufer achten, wenn sie W1 von Lieferanten beziehen?

Wichtige Spezifikationspositionen in Bestellungen

Um eine gleichbleibende Qualität und eine vorhersehbare Reaktion auf die Wärmebehandlung zu gewährleisten, sollten die Auftraggeber die Anforderungen festlegen:

• Materialbezeichnung
  • AISI W1 oder gleichwertige nationale Normnummer.
• Zustand der Lieferung
  • Geglüht, sphäroidisch geglüht oder gehärtet und angelassen auf eine bestimmte Härte.
• Maßtoleranzen und Verarbeitung
  • Warmgewalzt, präzisionsgeschliffen, kaltgezogen, geschält, spitzenlos geschliffen.
• Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften
  • Maximale Härte im geglühten Zustand.
  • Erforderlicher Härtebereich für gehärtete Stangen oder Bleche, wenn sie in diesem Zustand geliefert werden.
• Prüfung und Zertifizierung
  • Mühlenprüfberichte mit chemischer Zusammensetzung und Härte.
  • Wenn kritisch, Ultraschallprüfung oder andere NDT-Anforderungen.

MWalloys liefert W1 in der Regel mit vollständiger Rückverfolgbarkeit und kann bei Bedarf kundenspezifische Normen oder Unternehmensspezifikationen erfüllen.

Beispiel einer Tabelle mit Materialspezifikationen

Die folgende Tabelle veranschaulicht den Detaillierungsgrad, der häufig in einer technischen Einkaufsbeschreibung enthalten ist.

Klare Definitionen tragen dazu bei, Streitigkeiten zu vermeiden und sicherzustellen, dass sich W1 aus verschiedenen Erhitzungen bei der nachgeschalteten Verarbeitung einheitlich verhält.

Wie liefert MWalloys W1-Werkzeugstahl an die Industrie?

Obwohl sich dieser Artikel auf die technischen Aspekte konzentriert, hat die Zuverlässigkeit der Lieferkette einen direkten Einfluss auf den Projekterfolg.

Bei MWalloys allgemein erhältliche Produktreihen

MWalloys hält in der Regel W1-Lagerbestände in den folgenden Formen vor:

Die Vorlaufzeiten variieren je nach Größe und Oberflächenanforderungen. MWalloys kann auf Anfrage oft das Schneiden, die Grundbearbeitung und das Vorhärten anbieten, um Kunden zu unterstützen, die über keine eigene Ausrüstung verfügen.

Mehrwertdienste für W1-Nutzer

Zur Unterstützung von Ingenieuren und Einkäufern bietet MWalloys häufig an:

• Beratung bei der Auswahl der Sorte entsprechend den Anforderungen der Anwendung
• Empfehlungen für Wärmebehandlungsfenster auf der Grundlage der Profilgröße
• Beratung über vergleichbare Noten, wenn internationale Äquivalente oder zweite Quellen erforderlich sind
• Unterstützung bei der Interpretation von Prüfzertifikaten und der Korrelation von Werten mit der Erfahrung im Betrieb

Dieser partnerschaftliche Ansatz hilft den Kunden, die typischen Fallstricke zu vermeiden, die mit wasserhärtenden Werkzeugen mit einfachem Kohlenstoff verbunden sind, wie z. B. Rissbildung oder ungleichmäßige Härte.

Wie verhält sich W1 in Bezug auf Korrosion, Oberflächenbehandlung und Schweißen?

Korrosionsverhalten

W1 enthält keine absichtlich korrosionsbeständigen Legierungselemente, abgesehen von Spuren von Chrom in einigen Varianten. Eigenschaften:

• In feuchter Umgebung rostet W1 leicht, wenn es nicht geschützt wird.
• Fein geschliffene Oberflächen und polierte Kanten korrodieren schneller, wenn sie ohne Reinigung Feuchtigkeit, Fingerabdrücken und Schneidflüssigkeiten ausgesetzt sind.
• Langfristige Lagerung erfordert Rostschutzöle, VCI-Verpackungen oder kontrollierte Luftfeuchtigkeit.

Bei Werkzeugen, die zeitweise feuchten Bedingungen ausgesetzt sind, können Oberflächenbehandlungen wie Schwarzoxid, Phosphatbeschichtungen oder dünne Hartchromschichten einen praktischen Schutz bieten, obwohl der Grundstahl immer noch rostet, wenn die Beschichtungen beschädigt werden.

Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen

Verschiedene Veredelungsoptionen können die Leistung verbessern:

• Nitrieren oder Nitrocarburieren
  • Erzeugt harte Verbindungsschichten und Diffusionszonen, die die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit erhöhen.
  • Die Behandlungstemperatur bleibt unter dem früher verwendeten Temperierbereich, um eine Erweichung des Schüttguts zu vermeiden.
• Hartverchromung
  • Verbessert die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit auf ausgewählten Oberflächen.
  • Es muss auf Wasserstoffversprödung geachtet werden; das Nachbacken bei 180-200 °C trägt zur Risikominderung bei.
• PVD-Beschichtungen
  • TiN-, TiCN- oder ähnliche Beschichtungen auf den Schneiden von Schneidwerkzeugen erhöhen die Verschleißfestigkeit.
  • Die Oberfläche muss sauber und frei von Schleifverbrennungen oder Mikrorissen sein, um den vollen Nutzen zu erzielen.

MWalloys kann solche Behandlungen oft über Partnereinrichtungen koordinieren, wenn Kunden schlüsselfertige Lösungen wünschen.

Überlegungen zur Schweißbarkeit

Einfache Werkzeugstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt wie W1 lassen sich aufgrund ihrer Eigenschaften nur schlecht schweißen:

• Hohe Rissempfindlichkeit in wärmebeeinflussten Zonen
• Erhebliche Härteunterschiede in der Nähe von Schweißnähten
• Gefahr der Verformung und des Verlusts der Maßkontrolle

Wenn das Schweißen auf W1 unvermeidlich ist, z. B. bei der Reparatur von Werkzeugen:

• Das Vorheizen auf eine moderate Temperatur reduziert thermische Gradienten und Rissbildung
• Schweißzusätze mit niedrigem Wasserstoffgehalt und kontrollierte Wärmezufuhr sind unerlässlich
• Spannungsabbau nach dem Schweißen und lokale Nachwärmebehandlung verbessern das Gefüge in geschweißten Bereichen

Konstruktionsänderungen oder der selektive Austausch von Wendeschneidplatten stellen jedoch langfristig oft bessere Lösungen dar als das Schweißen von stark belasteten Werkzeugen in W1.

Wie wirken sich Kosten- und Lebenszyklusüberlegungen auf die W1-Auswahl aus?

Vergleich der Material- und Verarbeitungskosten

Die Attraktivität von W1 beginnt mit dem niedrigen Legierungsgehalt und der einfachen Härtungspraxis:

• Der Rohmaterialpreis pro Kilogramm liegt am unteren Ende der Werkzeugstahloptionen.
• Die Wärmebehandlung kann in einfachen Öfen und Wasserabschreckbecken durchgeführt werden, was die Kosten für die Ausrüstung reduziert.
• Die Zyklusdauer ist relativ kurz im Vergleich zu hochlegierten Sorten, die höhere Temperaturen und Öfen mit kontrollierter Atmosphäre erfordern.

Dagegen müssen die Ingenieure abwägen:

• Risiko von Ausschuss durch Rissbildung während des Abschreckens bei komplexen Teilen.
• Zusätzliches Material und Schleifen erforderlich, um die Verformung zu korrigieren.
• Kürzere Standzeiten bei hoher Verschleiß- und Schlagbelastung.

Bei vielen Anwendungen mit geringen Stückzahlen sprechen die Gesamtlebenszykluskosten immer noch für W1, insbesondere bei Handwerkzeugen oder Wartungsvorrichtungen, die nur gelegentlich verwendet werden.

Lebensdauer und Wartung der Werkzeuge

Die Standzeit von Werkzeugen in W1-Bauteilen hängt stark von den Betriebsbedingungen ab:

• Bei der leichten Zerspanung von weicheren Materialien können die Werkzeuge über längere Zeiträume ausreichend laufen.
• In abrasiven Umgebungen stumpfen die Kanten schneller ab als bei D2 oder vergleichbarem Schnellarbeitsstahl.
• Die Häufigkeit des Nachschärfens nimmt unter härteren Einsatzbedingungen zu, was jedoch durch die einfache Schärfbarkeit teilweise kompensiert wird.

Wartungspersonal schätzt W1 oft, weil:

• Es schärft schnell auf normalen Schleifscheiben oder Steinen.
• Wenn es sorgfältig geschliffen wird, ergibt es eine scharfe Schneide.
• Es verhält sich vorhersehbar, sobald ein geeignetes Wärmebehandlungsverfahren in einer bestimmten Anlage festgelegt wurde.

Bei der Bewertung der Gesamtbetriebskosten müssen neben dem Materialpreis auch Faktoren wie Ausfallzeiten, Arbeitsaufwand für das Schärfen und Ersatzteile in die Berechnung einbezogen werden.

Häufig gestellte Fragen zum Werkzeugstahl W1