Was ist legierter Werkzeugstahl?
Legierte Werkzeugstahle sind Stahlwerkstoffe, die im Allgemeinen Eigenschaften wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit aufweisen.
Sie werden bei der Herstellung von Werkzeugen und Maschinenteilen verwendet, und ihre Eigenschaften werden im Allgemeinen durch den Zusatz verschiedener metallischer Elemente (Chrom, Vanadium, Molybdän, Wolfram, usw.) zu Kohlenstoff-Werkzeugstahlen verbessert. Die Härte und Festigkeit von legierten Werkzeugstahlen kann durch Wärmebehandlung eingestellt werden. In der Regel werden sie auf hohe Temperaturen erhitzt und in einem als Abschrecken bezeichneten Prozess schnell abgekühlt, was die Härte erhöht und sie gleichzeitig spröde macht, so dass ein kontrolliertes Schmieden, Bearbeiten und eine Wärmebehandlung in angemessenem Umfang erforderlich sind.
Anwendungen von legierten Werkzeugstahlen
1. Schneidewerkzeuge
Es werden legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl (HSS), Bermudostahl und Molybdänstahl verwendet. Dazu gehören Bohrer, Fräser, Gewindebohrer, Matrizen, Handgewindebohrer usw. HSS ist die Abkürzung für High-Speed Steel (Hochgeschwindigkeitsstahl).
2. Formen
Werkzeugstahl und Wolframstahl werden für Formen verwendet. Beispiele sind Formen für die Kunststoffverarbeitung und Formen für den Guss.
3. Werkzeugmaschinen
Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl und Molybdänstahl werden für Werkzeugmaschinen verwendet. Dazu gehören Klingen für Werkzeugmaschinen, Antriebsteile für Werkzeugmaschinen und Lager.
4. Automobilteile
Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl und Chrom-Vanadium-Stahl werden für Kfz-Teile verwendet. Beispiele sind Motorventile, Fahrgestelle und Zahnräder.
5. Teile für Flugzeuge
Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahl, Wolframstahl und Molybdänstahl werden für Flugzeugteile verwendet. Beispiele sind Teile von Düsentriebwerken, Rohre für Kraftstoffsysteme und Komponenten von Steuersystemen.
6. Sonstige
Legierte Werkzeugstahle wie Schnellarbeitsstahle und Chrom-Vanadium-Stahle werden in einer Vielzahl von Branchen verwendet. Beispiele sind Baumaterialien, Präzisionsmaschinen, Elektronik und Sportgeräte.
Arten von legierten Werkzeugstahlen
1. Für Schneidwerkzeugstahle
Legierte Werkzeugstahle für Schneidwerkzeuge zeichnen sich durch ihre hohe Härte und Wärmehärtbarkeit sowie ihre Fähigkeit aus, mit hohen Geschwindigkeiten zu schneiden. Legierte Werkzeugstahle für Zerspanungswerkzeuge sind sehr widerstandsfähig und können einem langen Einsatz standhalten.
2. Für schlagfeste Werkzeugstahle
Legierte Werkzeugstahle für schlagzähe Werkzeugstahle haben eine höhere Schlagzähigkeit als Kohlenstoffstahle und neigen weniger zu Verformung und Bruch, selbst wenn sie Schlägen und Vibrationen ausgesetzt sind.
3. Für Kaltformen
Legierte Werkzeugstahle für kalte Formen haben Eigenschaften, die für Formen geeignet sind, die bei Umgebungstemperaturen verwendet werden.
4. Für Warmformen
Legierte Werkzeugstahle für Warmformen haben Eigenschaften, die für Formen geeignet sind, die bei hohen Temperaturen verwendet werden.
Auswahl eines geeigneten legierten Werkzeugstahls
Die wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl eines legierten Werkzeugstahls sind folgende:
1. Schnittbedingungen
Die erforderliche Härte und Verschleißfestigkeit hängen von den Bearbeitungsbedingungen ab, wie z. B. Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Bearbeitungstiefe, Kühlverfahren usw. Daher müssen die Schnittbedingungen geprüft und der geeignete legierte Werkzeugstahl ausgewählt werden.
2. Erforderliche Leistung
Für legierte Werkzeugstahle gibt es eine Reihe von Leistungsanforderungen, darunter Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Wärmebehandlungsleistung. Je nach geforderter Leistung sollte der geeignete legierte Werkzeugstahl ausgewählt werden.
3. Form und Größe des Werkstoffs
Form und Größe des legierten Werkzeugstahls wirken sich auf seine Bearbeitungs- und Wärmebehandlungseigenschaften aus. So eignen sich zum Beispiel feinkörnige legierte Werkzeugstahle für kleine Klingen und Werkzeuge.
4. Kosten
Bei der Auswahl eines geeigneten legierten Werkzeugstahls sollten auch die Beschaffungskosten berücksichtigt werden. Hochwertige legierte Werkzeugstahle können teuer sein.
Eigenschaften von legierten Werkzeugstahlen
Legierte Werkzeugstahle haben im Einzelnen folgende Eigenschaften:
- Hohe Härte
Sie sind härter als Kohlenstoffstahl und eignen sich daher für Anwendungen wie Zerspanung und Imitationsbearbeitung. - Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß
Widerstandsfähig gegen Abrieb und Reibung und behält seine Leistung über lange Zeiträume bei. - Hitzebeständigkeit
Verformt sich bei hohen Temperaturen nicht und wird nicht weich, so dass er sich für die Hochtemperaturbearbeitung eignet. - Korrosionsbeständigkeit
Hohe Beständigkeit gegen Korrosion und korrosionsbedingte Schäden. - Ermüdungsbeständigkeit
Aufgrund seiner hohen Festigkeit bei wiederholter Beanspruchung kommt es auch nach längerem Gebrauch nicht zu Ermüdungsbrüchen, was ihn sehr langlebig macht.
Weitere Informationen zu legierten Werkzeugstahlen
Allgemeine Legierungselemente
Im Folgenden werden die üblichen Legierungselemente und ihre Auswirkungen beschrieben. Die nachstehend aufgeführten Legierungselemente beeinflussen die Eigenschaften des Stahls je nach dem Anteil, der dem Stahl zugesetzt wird, und je nach den sonstigen Zugabebedingungen. Die Menge der hinzugefügten Legierungselemente hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Stahls, weshalb die optimale Menge festgelegt werden sollte.
1. Chrom (Cr)
Chrom wird zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Durch die Bildung von Oxiden und den Schutz der Oberfläche verbessert es auch die Korrosionsbeständigkeit sowie die Härte und Festigkeit des Stahls.
2. Vanadium (V)
Vanadium wird zugesetzt, um die Festigkeit zu erhöhen. Es zeichnet sich durch die Bildung feiner Partikel aus, die das kristalline Gefüge des Stahls verstärken und so seine Festigkeit erhöhen. Es wird auch verwendet, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
3. Molybdän (Mo)
Molybdän wird den Stahlen zugesetzt, um sie für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet zu machen. Es verbessert die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und erhöht außerdem die Festigkeit und Härte des Stahls.
4. Mangan (Mn)
Mangan ist ein Legierungselement, das zur Erhöhung von Härte und Festigkeit zugesetzt wird. Es oxidiert auch die Stahloberfläche während der Wärmebehandlung und fördert die Oberflächenhärtung des Stahls.
5. Nickel (Ni)
Nickel wird zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Wie Chrom verbessert es die Korrosionsbeständigkeit, indem es Oxide bildet und die Oberfläche schützt. Außerdem trägt es zur Verfestigung des Stahls durch Wärmebehandlung bei.
6. Kobalt (Co)
Kobalt wird den Stahlen zugesetzt, um sie für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet zu machen. Es verbessert die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und erhöht außerdem die Härte und Festigkeit des Stahls.
Darüber hinaus werden verschiedene andere Legierungselemente verwendet, z. B. Wolfram (W), das die Härte und Festigkeit erhöht und die Bearbeitbarkeit verbessert. Silizium (Si) wird verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen und die Verformung während der Wärmebehandlung zu kontrollieren. Kombinationen von Legierungselementen führen zu legierten Werkzeugstahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Legierte Werkzeugstahle mit einer Kombination aus Chrom und Vanadium können zum Beispiel sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Festigkeit verbessern. Legierte Werkzeugstahle mit einer Kombination aus Chrom und Nickel sind auch für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet.