Werkstoffe II: Titan, Kunststoffe, Stähle
Was ist Werkzeugstahl — und worin unterscheidet er sich von normalem Stahl?
Werkzeugstähle sind kohlenstoffreiche oder hochlegierte Stähle nach DIN EN ISO 4957, die zur Bearbeitung anderer Werkstoffe dienen. Chrom, Molybdän, Vanadium und Wolfram bilden harte Karbide und machen den Stahl verschleißfest, anlassbeständig und warmfest. Gehärtet sind je nach Gruppe 40 bis über 70 HRC erreichbar — weit mehr als bei Bau- oder Vergütungsstahl.
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Was Werkzeugstahl ausmacht
Der Unterschied zu Bau- und Vergütungsstahl liegt nicht in einem einzelnen Element, sondern im Gefüge. Hoher Kohlenstoffgehalt zusammen mit Karbidbildnern wie Chrom, Molybdän, Vanadium und Wolfram führt dazu, dass ein erheblicher Anteil harter Karbide in der Matrix eingebettet ist. Diese Karbide widerstehen dem Abrasivverschleiß, den ein Schneid- oder Umformwerkzeug erfährt.
Zwei weitere Eigenschaften kommen hinzu: Anlassbeständigkeit, also der Erhalt der Härte auch bei erhöhter Temperatur, und Maßbeständigkeit bei der Wärmebehandlung. Beides ist für Werkzeuge wichtiger als eine hohe Zähigkeit — Werkzeugstähle sind bewusst spröder als Konstruktionsstähle.
Die Gruppen im Überblick
| Gruppe | Einsatzbereich | Beispiele |
|---|---|---|
| Kaltarbeitsstahl | Oberflächentemperatur unter etwa 200 °C: Schnitt-, Stanz- und Umformwerkzeuge | X210Cr12 (1.2080), X153CrMoV12 (1.2379), 90MnCrV8 (1.2842) |
| Warmarbeitsstahl | über etwa 200 °C: Druckguss-, Schmiede- und Strangpresswerkzeuge | X40CrMoV5-1 (1.2344), X38CrMoV5-1 (1.2343) |
| Schnellarbeitsstahl | Zerspanungswerkzeuge mit hoher Warmhärte | HS6-5-2 (1.3343) |
| Kunststoffformenstahl | Spritzgieß- und Formenbau, oft vorvergütet geliefert | vorvergütete Formenstähle, teils nichtrostend |
Was das für die Fertigung heißt
Werkzeugstahl wird üblicherweise weichgeglüht angeliefert und in diesem Zustand zerspant. Selbst weichgeglüht wirken die Karbide abrasiv, sodass der Werkzeugverschleiß über dem von Vergütungsstahl liegt und stabile, verschleißfeste Schneidstoffe nötig sind.
Anschließend folgt die Wärmebehandlung bei einer Härterei. Dabei entsteht Verzug, den die Fertigungsplanung berücksichtigen muss: Schlichtbearbeitung mit Aufmaß vorsehen und die Endkontur nach dem Härten durch Schleifen, Erodieren oder Hartfräsen erzeugen. Wer die Endmaße vor dem Härten fertigstellt, kann Abweichungen danach nicht mehr korrigieren.
Für die Anfrage heißt das: Werkstoffsorte, Lieferzustand und der geforderte Härtebereich nach der Wärmebehandlung gehören auf die Zeichnung. Ohne diese Angaben lassen sich weder der Bearbeitungsaufwand noch der Ablauf mit der Härterei planen. Auch die Frage, wer die Wärmebehandlung beauftragt und wer das Teil danach fertig bearbeitet, sollte vorher geklärt sein.
Das Wichtigste in Kürze
- Harte Karbide aus Chrom, Molybdän, Vanadium und Wolfram machen den Werkstoff verschleißfest.
- Kalt-, Warm-, Schnellarbeits- und Kunststoffformenstahl decken unterschiedliche Temperaturbereiche ab.
- Zerspant wird üblicherweise weichgeglüht, gehärtet wird anschließend extern.
- Härteverzug einplanen: Endkontur nach dem Härten schleifen, erodieren oder hartfräsen.
Weitere Fragen dazu
Ist Werkzeugstahl rostfrei?
In der Regel nein. Auch Sorten mit rund zwölf Prozent Chrom gelten nicht als nichtrostend, weil der hohe Kohlenstoffgehalt einen Großteil des Chroms in Karbiden bindet und es damit dem Korrosionsschutz entzieht. Für korrosionsbeanspruchte Werkzeuge gibt es eigene nichtrostende Formenstähle.
Warum wird Werkzeugstahl weichgeglüht geliefert?
Weil er im gehärteten Zustand kaum wirtschaftlich zerspanbar wäre. Weichgeglüht liegt die Härte in einem Bereich, der normale Fräs- und Drehbearbeitung erlaubt. Gehärtet wird erst, wenn die Grundgeometrie steht.
Was sagt die Bezeichnung X153CrMoV12 aus?
Das X kennzeichnet einen hochlegierten Stahl. Die 153 steht für rund 1,53 Prozent Kohlenstoff, also den Zahlenwert geteilt durch hundert. Danach folgen die Legierungselemente in der Reihenfolge ihres Anteils und die 12 als direkter Prozentwert für Chrom.
Verwandte Fragen
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