Werkzeugstähle

Werkzeugstähle gehören zu den Werkzeugwerkstoffen.

Werkzeugwerkstoffe haben:

·hohe Festigkeit und Zähigkeit;

·hohen Verschleißwiderstand durch größeren Härte- bzw. Warmhärteunterschied zwischen Werkzeugoberfläche und Werkstückstoff im Berührungsbereich. 

Die Härte der Werkzeugwerkstoffe beruht entweder auf Hartstoffen oder Martensit. 

Hartstoffe sind:

·Boride, z.B. B4C;

·Carbide, z.B. TiC;

·Nitride, z.B. Si3N4;

·Oxide, z.B. Al2O3;

Werkzeugstähle werden entsprechend ihrer Tempreraturfestigkeit in Kalt-, Warmarbeitsstähle bzw. inSchnellarbeitsstähle eingeteilt.

Kaltarbeitsstähle:

·Unlegierte Werkzeugstähle-à keine Erwärmung erlaubt;

·legierte Werkzeugstähle-à zulässige OF-Temperatur <200°C; 

Warmarbeitsstähle:

·Legierte Werkzeugstähle-à zulässige OF-Temperatur > 200°C; 

Schnellarbeitstähle:

·Hochlegierte Werkszeugstähle-à zulässige OF-Temperatur bis 200°C; 

Kaltarbeitsstähle dienen zum Trennen von Werkstoffen. Die Härtung erfolgt mit Hilfe der martensitischen Umwandlung.

Unlegierte Kaltarbeitsstähle - C25W bis C105W1 - haben eine Einhärtetiefe von ca. 2,5mm bis 3,5 mm („Schalenhärter“).

Legierte Kaltarbeitsstähle- z.B. 100Cr6, X45NiCrMo4 - enthalten 0,18% bis 2,25% C und sind wechselnden Mengen von Si, Mn, Cr, Mo, Ni, V und W legiert. Verzögerung der a/g -Umwandlung mit größerer Durchhärtbarkeit und verzugsfreie Härtung dickerer Werkzeuge. Die Legierungselemente Cr, Mo und W bilden höhertemperaturbeständige Sondercarbide. 

Warmarbeitsstähle - z.B. 56NiCrMoV7, X40CrMoV5-1 - sind mit Si, Mn, Cr, Mo, Ni und V legierte/hochlegierte Stähle zur Herstellung von Warmarbeitswerkzeugen. Sie können im Dauereinsatz bis 600°C bei guter Zunderbeständigkeit eingesetzt werden und weisen gute Durchhärtbarkeit dank guter Wärmeleitfähigkeit auf.

Schnellarbeitsstähle - z.B. HS6-5-3, HS18-1-2-5 - sind hochlegierte Werkzeugstähle, die in Elektroöfen erschmolzen und meist nach dem ESU-Verfahren umgeschmolzen werden. Die Zahlen in den Normzeichen geben von links nach rechts die Gehalte von W, Mo, V und Co in Masse-% an.

Schnellarbeitsstähle können bis 600°C dauerbelastet werden und erzielen lange Standzeiten auch bei Rotglut. 

Die Leistungsfähigkeit der Schnellarbeitsstähle beruht im wesentlichen auf ihrem hohen Gehalt an harten Doppel/Schnellarbeitscarbiden (=10%) M6C
(M= austauschbare Metalle). Die chemische Zusammensetzung kann zwischen Fe4W2C bis Fe3W3C schwanken. Alle anderen Bestandteile werden bis zu einem bestimmten Grade eingebaut. 

Gesinterter Schnellarbeitsstahl, ASP-Stahl

Eine Schnellarbeitsstahlschmelze lässt man in feinen Strahlen in eine Gaskammer rinnen. In dieser Kammer zerstäuben Gasstrahlen die Schmelze in feine Tröpfchen. Durch schnelles Abkühlen entstehen Pulverteilchen mit sehr kleinen Carbiden, die gleichmäßig verteilt sind.

Bei RT wird mit 4000 bar vorgepresst. Nachpressen bei 1150°C mit 500 bar und Sintern im Vakuum.

Es entstehen porenfreie Schnellarbeitsstahlstücke, die auf übliche Weise durch Schmieden, Walzen oder spanende Bearbeitung in die gewünschte Form gebracht und danach gehärtet werden können. 

Die Einsatzeigenschaften von Werkzeugen aus Schnellarbeitsstählen hängen entscheidend von dem Prozess des Härtens und Anlassens ab. 

Weichglühen: Der weichgeglühte Zustand = Lieferzustand. 

Härten: Das Erhitzen zur Härtung erfolgt im Salzbad. Haltezeit = Tauchzeit.

Vorwärmen: Wegen schlechter Wärmeleitfähigkeit der Schnellarbeitsstähle muß Erwärmung auf Härtetemperatur in mehreren Schritten erfolgen.

Härtetemperaturen: Je nach Stahl von 1190°C bis 1300°C.

Haltezeit: Je nach Größe der Teile; Richtwert etwa 80s.

Abkühlen: Abkühlung in ruhiger oder bewegter Luft, Öl von 50°C bis 100°C oder Warmbad von nicht mehr als 550°C.

Anlassen: Bei 550°C bis 580°C; 1 bis 2 Stunden lang nach vollständiger Abkühlung.

Hartstoffbeschichtungen: PVD bei 200°C bis max. 500°C Substrattemperatur; CVD bei 750°C bis 1050°C Substrattemperatur. CVD beschichtete Werkzeuge können erst nach der Beschichtung vergütet werden!

Hartstoffschichtzusammensetzung: TiC (PVD), TiN (CVD), Ti(C,N) TiN/TiC, TiC Al2O3.

SD zwischen 2µm bis 100µm; Schichthärten zwischen 2000 HV bis 3200 HV. 

Beratung / Werkstofftechnik 

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