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Werkzeugstahl

Von Johanna Bauer | 19. Januar 2021
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Ob für die Herstellung von Werkzeugen oder Formen, Werkzeugstahl ist ein wesentlicher Bestandteil vieler industrieller Prozesse. In unserem ausführlichen Artikel erfahren Sie alles über die speziellen Eigenschaften, Einsatzmöglichkeiten und Unterschiede zwischen legierten und unlegierten Werkzeugstählen. Lassen Sie sich überraschen, wie komplex die Welt des Stahls sein kann.

Schrauben Werkzeugstahl
Werkzeugstahl wird nicht nur für die Herstellung von Werkzeugen verwendet sondern z.B. auch für Normteile wie Schrauben
AUF EINEN BLICK
Was sind die Eigenschaften von Werkzeugstahl?
Werkzeugstahl zeichnet sich durch hohe Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Härte und Zähigkeit aus. Er wird in unlegierte und legierte Varianten unterteilt, wobei legierte Werkzeugstähle höhere Beanspruchungen aushalten und für höhere Betriebstemperaturen geeignet sind. Typische Legierungselemente sind Chrom, Vanadium, Mangan, Molybdän, Nickel, Wolfram und Kobalt.

Definition von Werkzeugstahl

Um Werkzeugstähle von den Baustählen abzugrenzen, richtet man sich in diesem Fall nach dem Verwendungsbereich. Werkzeugstahl wird nicht nur zur Herstellung von Werkzeugen verwendet, sondern auch für Normteilen und Formen.

Zu Normteilen gehören alle Stahlerzeugnisse, deren Aussehen und Maße genormt sind:

  • Schrauben und Muttern
  • Bolzen und Splinte
  • Lager und Räder
  • bestimmte Armaturen, einige Halbzeuge

Formen sind dagegen Gussteile, die anhand einer Form hergestellt werden, oder selber eine Form bilden (etwa für die Kunststoffherstellung).

Wie man unschwer erkennt, sind die Einsatzmöglichkeiten für Werkzeugstahl also sehr umfangreich – in der Praxis eben alles, was nicht Baustahl ist.

Grundlegende Eigenschaften von Werkzeugstählen

  • hohe Zugfestigkeit
  • hohe Verschleißfestigkeit
  • hohe Härte
  • hohe Zähigkeit

nur für einige Stähle gelten auch die folgenden Eigenschaften:

  • teilweise für hohe Arbeitstemperaturen geeignet
  • teilweise korrosionsbeständig
  • teilweise zerspanbar

Einteilung von Werkzeugstählen

Werkzeugstähle kann man, wie alle anderen Stähle auch, einmal grundlegend in egierte und unlegierte Stähle eingeteilt werden.

Als unlegiert werden Stähle immer dann bezeichnet, wenn Legierungsbestandteile in nur sehr geringem Maß vorhanden sind (bei den meisten Bestandteilen weniger als 0,10 % der Masse, bei bestimmten Elementen auch weniger). Ausgenommen davon sind allerdings die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel.

Unterschiede zwischen legierten und unlegierten Werkzeugstählen

Legierte Werkzeugstähle werden immer dort eingesetzt, wo höhere Beanspruchungen des Stahls zu erwarten sind. Man kann diese Stähle auch durchhärten, was bei unlegierten Werkzeugstählen nicht geht. Legierte Werkzeugstähle sind dabei auch für deutlich höhere Betriebstemperaturen ausgelegt als unlegierte Stahlsorten.

Kohlenstoffanteil unlegierter Werkzeugstähle

Auffällig bei Werkzeugstählen ist der vergleichsweise hohe Kohlenstoffgehalt. Während bei nicht rostenden Stählen die Kohlenstoffanteile meist unter 0,1 % liegen, Bei Werkzeugstählen liegen die Kohlenstoffgehalte jedoch typischerweise zwischen 0,5 und 1,5 %, also deutlich höher.

Legierungsbestandteile bei legierten Werkzeugstählen

Um die Stahleigenschaften (insbesondere Festigkeit, Zähigkeit und Temperaturbeständigkeit) zu verbessern, werden bei Werkzeugstählen bestimmte Legierungselemente zugefügt. Häufig verwendet werden dafür:

  • Chrom
  • Vanadium
  • Mangan
  • Molybdän
  • Nickel
  • Wolfram und
  • Kobalt

Kalt- und Warmarbeitsstähle

Die Unterscheidung in Kalt- und Warmarbeitsstähle gibt es nur bei legierten Werkzeugstählen. Neben einigen anderen Unterschieden unterscheiden sich Kalt- und Warmarbeitsstähle vor allem anhand der Temperaturbeständigkeit.

Kaltarbeitsstähle sind bis zu 200 °C geeignet, Warmarbeitsstähle halten dagegen doppelt so hohe Betriebstemperaturen (bis 400 °C) aus. Für noch höhere Temperaturen kommt dann ausschließlich Schnellarbeitsstahl (bis 600 °C) zum Einsatz.

Tipps & Tricks
Die möglichst optimale Zusammensetzung eines Werkzeugstahls wird heute ausschließlich computertechnisch ermittelt und entwickelt. Dafür kommt Software zum Einsatz, mit der sich die Mengenverhältnisse rechnerisch genau bestimmen und optimieren lassen.
Artikelbild: robcruse/iStockphoto