Werkzeugstahl entmystifiziert: Zusammensetzung, Herstellung, industrielle Anwendungen

Werkzeugstahl ist ein Kohlenstoff-Legierungsstahl. Wie der Name sagt: Herstellung, Modifikation, Reparatur von Handwerkzeugen oder Matrizen. Härte, Abrieb- und Verformungswiderstand kennzeichnen ihn. Er hält Schneide bei sehr hohen Temperaturen – daher Einsatz beim Formen anderer Materialien durch Schneiden, Pressen, Prägen, Extrudieren. Abriebfestigkeit prädestiniert für Spritzgussformen.

Werkzeugstahl-Gruppen

Werkzeugstähle in sechs Gruppen kategorisiert. Wahl hängt ab von: Festigkeit, Zähigkeit, Oberflächenhärte, Schlagfestigkeit, Arbeitstemperatur, Kosten. Die sechs Gruppen: wassergehärtet, kaltarbeits, schlagzäh, schnellarbeits, warmarbeits, spezielle Zwecke.

Wie wird Werkzeugstahl hergestellt?

Herstellung unter streng kontrollierten Bedingungen für geforderte Qualität. Kohlenstoffgehalt 0,5–1,5 %. Legierungselemente bilden Karbide: Wolfram, Chrom, Vanadium, Molybdän.

Primärschmelzen

Werkzeugstahl oft aus ~75 % Schrott – Mix aus Walzschrott und Zukaufschrott. Kontamination vermeiden, besonders durch nicht oxidierbare Metalle: Nickel, Kobalt, Kupfer. Mehrheitliche Produktion per Elektrolichtbogenofen (EAF).

Zwei Stufen: Schrott schnell im Ofen schmelzen. Heißes Metall in separate Pfanne/Converter überführen zur Raffination – Sekundärraffination für hohe Effizienz und große Volumen.

Raffiniertes Metall in Gießstation überführen, zu Blöcken (Ingots) gießen. Resultierende Blöcke meist geglüht (langsam erhitzen/abkühlen) gegen Rissbildung.

Elektroschlacke-Umschmelzen (ESR)

Progressiver Schmelzprozess für Blöcke mit glatten Oberflächen, ohne Lunker (Löcher) oder Porosität (Unvollkommenheiten). ESR-Blöcke: verbesserte Warmverformbarkeit, bessere Ausbeuten, höhere Reinheit, bessere transversale Zugduktilität und Ermüdungseigenschaften.

Primärverformung (Primary Breakdown)

Verformung per Freiform-Hydraulikpresse oder Rotationsschmiede. Extrem vielseitig, Längen 6–13 m (20–43 ft) in Quadraten, Rechtecken, Hohlprofilen, Stufenquerschnitten. Endprodukt sehr hochwertig, wenige Risse, Grate, Nähte, hoher Geradegrad erreichbar.

Walzen

Moderne Stahlherstellung: bis zu 26 Walzwerke in Reihe. Metall erhitzt via Gas-Schiebeofen, Walking-Beam-Ofen, Hochleistungs-Induktionsofen. Schnelles Erhitzen verhindert Entkarburierung (Kohlenstoffverlust). Computerautomatisierung, Messgeräte überwachen Durchmessertoleranz und Oberflächenqualität. Stahlbandcoil in <12 Minuten produzierbar.