Werkzeugstahl
Werkzeugstahl: Eigenschaften, Arten und Anwendungen
Werkzeugstahl ist ein spezieller unlegierter oder legierter Stahl, der gezielt für die Herstellung von Schneid-, Umform-, Stanz- und Formwerkzeugen entwickelt wurde. Er zeichnet sich durch hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Warmfestigkeit und – je nach Typ – ausreichende Zähigkeit aus. Werkzeugstahl ist damit eine zentrale Werkstoffgruppe im Werkzeug-, Formen- und Maschinenbau.
Wichtig: Werkzeugstahl ist kein Standardwerkstoff für Verbindungselemente wie Schrauben, Bolzen oder Stifte. Solche Bauteile werden in der Regel aus Vergütungsstählen gefertigt, da diese ein besseres Verhältnis aus Festigkeit, Zähigkeit und Sicherheit bieten.
Werkzeugstahl – Zusammensetzung und Legierungselemente
Werkzeugstähle enthalten – abhängig vom Einsatzzweck – unterschiedliche Legierungselemente, die gezielt bestimmte Eigenschaften beeinflussen:
| Legierungselement | Wirkung |
|---|---|
| Kohlenstoff (C) | Erhöht Härte und Verschleißfestigkeit |
| Chrom (Cr) | Verbessert Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit (nicht rostfrei) |
| Vanadium (V) | Feinkornbildung, hohe Schneidkantenstabilität |
| Molybdän (Mo) | Erhöht Warmfestigkeit und Anlassbeständigkeit |
| Wolfram (W) | Sehr hohe Warmhärte, typisch für HSS |
Hinweis: Trotz Chromgehalt sind Werkzeugstähle nicht korrosionsbeständig im Sinne rostfreier Stähle. Sie müssen bei Bedarf beschichtet, geölt oder anderweitig geschützt werden.
Arten von Werkzeugstahl
Die Einteilung erfolgt üblicherweise nach der Arbeitstemperatur:
Kaltarbeitsstahl
Für Anwendungen bei Temperaturen unter ca. 200 °C.
- Einsatz: Schneiden, Stanzen, Kaltumformen
- Eigenschaften: sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit
- Typische Werkstoffe: 1.2379 (X153CrMoV12), 1.2842 (90MnCrV8)
Warmarbeitsstahl
Für Werkzeuge mit zyklischer thermischer Belastung über 200 °C.
- Einsatz: Schmiede-, Druckguss- und Extrusionswerkzeuge
- Eigenschaften: hohe Warmfestigkeit, Anlassbeständigkeit
- Typische Werkstoffe: 1.2343 (X38CrMoV5-1), 1.2367
Schnellarbeitsstahl (HSS – High Speed Steel)
Für spanende Werkzeuge mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten.
- Einsatz: Metallbohrer, Fräser, Gewindebohrer, Schneideisen
- Eigenschaften: sehr hohe Warmhärte (bis ca. 600 °C)
- Typische Werkstoffe: HS6-5-2 (1.3343), HS10-4-3-10
Herstellung und Wärmebehandlung
Die Gebrauchseigenschaften von Werkzeugstahl entstehen erst durch eine exakt abgestimmte Wärmebehandlung:
- Härten: Erzeugung hoher Härte durch martensitische Umwandlung
- Anlassen: Einstellung von Zähigkeit und Spannungsabbau
- Umschmelzverfahren (z. B. ESU, PM): homogene, feinkörnige Gefüge
- Oberflächenbehandlung: Nitrieren, PVD-Beschichtungen (z. B. TiN) zur Verschleißreduktion
Typische Anwendungen von Werkzeugstahl
Werkzeugstahl wird überall dort eingesetzt, wo hohe Präzision, Härte und Verschleißfestigkeit erforderlich sind:
- Schneidwerkzeuge: Bohrer, Fräser, Messer
- Stanz- und Umformwerkzeuge
- Formeinsätze im Spritzguss- und Druckgussbereich
- Mess- und Prüflehren
Abgrenzung: Verbindungselemente wie Schrauben, Bolzen oder Stifte bestehen in der Regel aus Vergütungsstählen (z. B. 42CrMo4) – nicht aus klassischem Werkzeugstahl.
Typische Eigenschaften (abhängig vom Werkzeugstahltyp)
| Eigenschaft | Einordnung |
|---|---|
| Härte | typisch 58–65 HRC, abhängig von Werkstoff und Wärmebehandlung |
| Verschleißfestigkeit | sehr hoch, insbesondere bei Kaltarbeits- und HSS-Stählen |
| Zähigkeit | begrenzt, abhängig vom Legierungsgrad |
| Warmhärte | hoch bei Warmarbeitsstahl und HSS |
| Korrosionsbeständigkeit | nicht gegeben, zusätzlicher Schutz erforderlich |
Beispiel: Werkzeugstahl 1.2379 (X153CrMoV12)
Ein hochlegierter Kaltarbeitsstahl mit sehr hoher Verschleißfestigkeit.
- Typische Härte: bis ca. 60–62 HRC
- Sehr gute Schneidkantenstabilität
- Einsatz: Stanzwerkzeuge, Messer, Schneidplatten
Werkzeugstahl einfach erklärt
Werkzeugstahl ist ein speziell entwickelter Stahl für hochbelastete Werkzeuge. Durch Legierung und gezielte Wärmebehandlung erreicht er Eigenschaften, die normale Baustähle oder Vergütungsstähle nicht bieten. Er ist unverzichtbar für präzise Schneid-, Umform- und Formwerkzeuge – jedoch nicht für klassische Verbindungselemente.