Die richtigen Werkzeugstahl-Güten für optimale Leistung wählen

Stahlwerkzeuge befähigen die Menschheit, Holz, Kunststoff und Metall in Milliarden von Produkten zu formen, die die Lebensqualität steigern. Beim Werkzeugstahl sind zwei Begriffe zentral: Schneide und Schlagfestigkeit. Stahllegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt lassen sich leichter auf eine feine Schneide schleifen, und diese Schärfe hält den Produktionsbelastungen stand. Umgekehrt ist niedrigkohlenstoffhaltiger Stahl schwer auf eine feine Schneide zu bringen, widersteht aber wiederholten Stößen. Um den richtigen Werkzeugstahltyp für ein Projekt zu wählen, hilft das Verständnis der Güten und ihrer Rolle im Fertigungsprozess.

Werkzeugstahl-Typen

Wie alle Stähle enthält Werkzeugstahl Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor und Schwefel. Ab diesem Ausgangspunkt kombinieren Legierungsmetalle und diverse Fertigungsprozesse zu sechs buchstabencodierten Güteklassen:

• W-Güte: Wasserhärtend
• O-Güte: Ölhärtend
• A-Güte: Lufthärtend
• D-Güte: D-Typ
• S-Güte: Schlagzäh
• H-Güte: Warmarbeitsstahl

Jede Buchstabengüte enthält mehrere Legierungstypen, bezeichnet durch Ziffern, z. B. A2 und O1.

Werkzeugstahl-Güten im Detail

Abhängig von Projektbudget und Anwendungsfall kann jede dieser vielen Güten die beste Wahl sein.

Wasserhärtend: W-Güte

Die älteste und kostengünstigste Werkzeugstahlgüte verdankt ihren Namen dem Wasserabschreck-Schritt im Fertigungsprozess. Abschrecken ist die essenzielle schnelle Abkühlphase, die Legierung und Eisenmoleküle im gehärteten Stahl vereint. W-Güten enthalten keine der Legierungselemente anderer Güten, wodurch der Wasserhärtungsprozess Stahl mit weichem Kern und hoher Härte erzeugt. Mit sorgfältigem Glühen weist W-Güte-Stahl die höchste Zerspanbarkeit aller Werkzeugstähle auf. Dank hohem Kohlenstoffgehalt benötigen einige W-Typen keine weitere Wärmebehandlung. W-Güten erweichen über 150 °C (300 °F) und eignen sich schlecht für Hochtemperaturanwendungen.

Anwendungen von W-Güte-Werkzeugstahl:

• Schneidwaren
• Prägewerkzeuge
• Gravurstempel
• Bohrer
• Kreisschneider
• Rasierklingen
• Drehmeißel für Holz

Ölhärtend: O-Güte

Ähnlich wie W-Güten sind O-Güten relativ kostengünstige hochkohlenstoffhaltige Stähle. O-Güten enthalten typischerweise Spuren von Chrom und Mangan zur Härtungsunterstützung. Im Vergleich zum Wasserabschrecken erlaubt Ölabschrecken langsameres Abkühlen in der Produktionsphase. Diese graduellere Abkühlung erzeugt einen Werkzeugstahl, der im Wärmebehandlungsprozess deutlich weniger verzugsanfällig ist. Die resultierende Legierung ist auch weniger spröde.

Typ O1, die beliebteste O-Legierung, ist ein Universal-Werkzeugstahl, der beim Schärfen die Schneide hält. In der Fertigung beliebt für Lehren, Führungen, Stempel und Trimmschneiden. O1-Stahl ist schweißbar, erfordert aber sorgfältiges Erhitzen zur Rissvermeidung.

Typ O6 enthält Silicium und höheren Chromgehalt. Diese hoch zerspanbare Legierung zeigt außergewöhnliche Metall-auf-Metall-Verschleißleistung. O6 hält Öl bei Schmierung, was es ideal für Gewindeschneiden macht. O6 eignet sich für Nocken, Buchsen, Schermesser und Granulatorplatten.

Lufthärtend: A-Güte

Lufthärtende Werkzeugstähle bieten eine bewundernswerte Balance aus Preis, Festigkeit, Zähigkeit und Zerspanbarkeit. Mit Durchmessern bis 100 mm ermöglicht 5 % Chromgehalt das Härten an Luft oder Druckgas. Lufthärtende Typen weisen geringen Verzug in der Wärmebehandlungsphase auf. Das resultiert in Stahl mit besserer Verschleißfestigkeit als O-Güten bei niedrigeren Kosten als hochchromhaltige D-Güten.

A2 ist der meistgenutzte A-Güte-Werkzeugstahl – typische Anwendungen: Holzbearbeitungsschneiden, mittlere Stempel und Hämmer. A2 dient auch im Kunststoff-Spritzgießen für weniger komplexe Formen. A7 nutzt Chrom und Vanadium für 50 % bessere Verschleißfestigkeit als A2. Beständig gegen Sand-, Kies- und Schlammverschleiß – ideal für Pulververdichtungswerkzeuge, Keramikextrusionswerkzeuge und Ziegelformen.

Weitere A-Güte-Anwendungen:

• Drehmeißel
• Industrielle Biegeformen
• Lehren
• Industriemesser
• Stanzwerkzeuge
• Dorne

D-Typen: D-Güte

Mit 1 % mehr Kohlenstoff und fast dreifachem Chromgehalt gegenüber A-Güte überzeugen D-Güten in Hochtemperaturanwendungen. Einige D-Legierungen enthalten Molybdän, Kobalt oder Vanadium für noch höhere thermische Leistung. Härteerhalt bei Temperaturen nahe 427 °C (800 °F) – ideal für Druckguss, Biege- und Schmiedewerkzeuge. Neben Hitzebeständigkeit widerstehen D-Typen Verschleiß durch Gleitkontakt mit anderen Metallen. Diese Abriebfestigkeit befähigt D-Güte-Stahl als Ziehwerkzeuge für Stäbe, Rohre und Drähte. Stahlhersteller nutzen sowohl Luft- als auch Ölabschrecken für D-Güten.

Weitere D-Güte-Anwendungen:

• Schmiedewerkzeuge
• Automobil-Motorventile
• Laminierwerkzeuge
• Rändelwerkzeuge
• Lebensmittelverarbeitungsmesser

Schlagzäh: S-Güte

Ein niedrigkohlenstoffhaltiger Stahl für konstante hohe Stöße – S-Güte ist Material der Wahl für Presslufthammer-Meißel und schwere Stempel. Silicium, Chrom und Wolfram verleihen Schlagzähigkeit, auf Kosten geringer Abriebfestigkeit. Stahlhersteller nutzen Ölhärtung für S-Güte bis 60 mm Durchmesser, Wasserhärtung für größere Teile. Neben Schlagzähigkeit überzeugen S-Güten über breiten Temperaturbereich und bieten überdurchschnittliche Zerspanbarkeit.

S7 eignet sich für Kaltarbeitswerkzeuge: Schermesser, Meißel, Stempel. Auch für Werkzeuganwendungen unter 538 °C (1000 °F). S5 mit höchster Schlagzähigkeit unter S-Güten – erste Wahl für Druckluftwerkzeug-Kupplungen und Stanzwerkzeuge. Weitere S-Güte-Anwendungen:

• Geschirrmatritzen
• Nagelpistolen-Hämmer
• Holzhackermesser
• Bohrfutterbacken
• Prägewerkzeuge
• Steinbruchwerkzeuge

Warmarbeitsstahl: H-Güte

H-Güten sind niedrigkohlenstoffhaltige Werkzeugstähle für extreme Temperaturanforderungen. Diese Qualität resultiert aus dem einzigartigen Produktionsschritt: Warmumformung erhitzt Stahl über die Rekristallisationstemperatur. Die dadurch induzierten molekularen Änderungen erzeugen Werkzeugstähle mit außergewöhnlicher Homogenität. Zwar verbessert Warmumformung nicht die inhärente Zugfestigkeit, aber die Homogenität reduziert Rissrisiko bei H-Güte-Stahl erheblich.

Unter Werkzeugstählen sind H-Güten die Meister der Rotglühhärte – der Eigenschaft, Härte bei Erhitzen auf dunkelrotes Glühen zu behalten. Drei Legierungsmetalle feinjustieren H-Güten für verschiedene Fertigungsmissionen:

• Chrom: Typen H1–H19 mit 5 % Chrom – Legierung für schnelle Heiz-/Kühlzyklen. Diese Thermische Ermüdungsbeständigkeit macht Chrom-H-Güten zur Wahl für Warmschmiedewerkzeuge. Im Druckguss als Einsätze, Kerne und Kavitäten. Im Kunststoff-Spritzgießen für Kavitätenformen.
• Wolfram: Typen H20–H39 mit bis zu 18 % Wolfram – widersteht langem Kontakt mit heißen Metallen, ermöglicht Extrusionswerkzeuge für Messing, Nickel und Stahl. Wolfram-H-Güten glänzen bei Dornenproduktion.
• Molybdän: Typen H40–H59 mit 5 % Molybdän – Legierung für extreme Temperaturen. Hohe Korrosions- und Abriebfestigkeit – ideal für Formwerkzeuge und Stempel.

Fazit

Die Wahl der richtigen Werkzeugstahlgüten ist entscheidend für den Projekterfolg. Die Wahl des Werkzeugherstellers ist ebenso wichtig. Special Tool & Engineerings Inhouse-Fähigkeiten ermöglichen seit über zwei Jahrzehnten die Erfüllung der Werkzeugbedürfnisse der anspruchsvollsten Hersteller weltweit.