Bezeichnung und Unterscheidung von Schnellarbeitsstahl
Als Schnellarbeitsstahl bezeichnet man hochlegierten Werkzeugstahl, der sich von herkömmlichem Werkzeugstahl durch eine drei- bis vierfach höhere Schnittgeschwindigkeit und von niedrig legiertem Stahl durch eine bis zu zehnfach höhere Schnittgeschwindigkeit unterscheidet. Angelehnt an die englische Bezeichnung „High Speed Steel“ spricht man im Deutschen auch von Hochgeschwindigkeitsstahl, Hochleistungsschnellarbeitsstahl, Hochleistungsschnellschnittstahl, Hochleistungsschnittstahl oder Schnellschnittstahl. Kurzbezeichnungen für Schnellarbeitsstahl sind „HSS“ und „HS“ gemäß DIN EN ISO 4957 oder „S“ gemäß der ehemaligen DIN 17350. Auf diese Kürzel folgen für die einzelnen Werkstoffe jeweils vier Ziffern, die die Höhe der hinzulegierten Anteile von Wolfram, Molybdän, Vanadium und Cobalt in Prozentpunkten darstellen. Die im Rahmen der Ziffernfolge angegebene Reihenfolge ist hierbei stets dieselbe: Wolfram – Molybdän – Vanadium – Cobalt. Gemäß dem Anteil an Wolfram und Molybdän werden vier Gruppen unterschieden: 18 % Wolfram und fast kein Molybdän, beispielsweise HS18-0-1 und HS18-1-2-5; 12 % Wolfram und max. 4 % Molybdän, beispielsweise HS12-1-4-5 und HS10-4-3-10; 6 % Wolfram und 5 % Molybdän, beispielsweise HS6-5-2 bzw. 1.3343, HS6-5-3 und HS6-5-2-5 bzw. 1.3243; max. 2 % Wolfram und 9 % Molybdän, beispielsweise HS2-9-1, HS2-9-2 und HS2-10-1-8. Folgende Zusätze sind geläufig: „HSS-E“ für Legierungen mit Cobalt und „HSS-PM“ für pulvermetallurgisch gefertigten Schnellarbeitsstahl. Trotz ihrer scheinbaren Ähnlichkeit besteht kein direkter Zusammenhang zwischen HSS und AHSS, einem als „Advanced High Strength Steel“ bezeichneten unlegierten Kaltarbeitsstahl.
Lieferumfang der Georg Grimm Edelstahlgroßhandlung
Zum Lieferumfang der Georg Grimm Edelstahlgroßhandlung im Bereich Schnellarbeitsstahl gehören bei der Güte 1.3243 bzw. HS6-5-2-5 Rundstahl sowie bei der Güte 1.3343 bzw. HS6-5-2C Rundstahl, Blech und aus Blech geschnittene oder aus Schmiedeblock gesägte Sondermaße.
Historische Entwicklung von Schnellarbeitsstahl
Die Entstehung von Schnellarbeitsstahl geht zurück auf die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts, als sich im Zuge der industriellen Revolution die Zerspanung von Stahl verbreitete, nachdem vorher weichere Materialien wie Kupfer, Zinn oder Holz dominiert hatten. Der damals übliche Kaltarbeitsstahl führte zu einem schnellen Verschleiß der Werkzeuge, weshalb die Schnittgeschwindigkeiten auf 5 m / min gedrosselt wurden. Folglich bestand ein Bedarf nach einem Werkstoff, der die Schnittgeschwindigkeiten beschleunigte und die Produktion wirtschaftlicher gestaltete. Frederick Winslow Taylor und Maunsel White entwickelten das Wärmebehandlungsverfahren des Ausscheidungshärtens und infolgedessen den Schnellarbeitsstahl, welchen sie 1906 der Öffentlichkeit präsentierten. In den ersten Jahren konnten die zu diesem Zeitpunkt in den Betrieben vorhandenen Maschinen noch nicht das volle Potenzial von Schnellarbeitsstahl, dessen hohe Schnittgeschwindigkeiten das Werkzeug rot zum Glühen brachte, ausschöpfen. Dies gelang erst in den 1920er Jahren, als elektrische Maschinen die mechanischen ersetzten. Trotz der Entwicklung von Hartmetall in den 1930er Jahren mit seinen noch schnelleren Schnittgeschwindigkeiten findet Schnellarbeitsstahl bis heute weite Verbreitung. Ein Grund ist sein verhältnismäßig geringer Preis. Außerdem lässt sich Schnellarbeitsstahl besonders gut schleifen, wodurch neues Werkzeug in komplexen Formen hergestellt und verschlissenes Werkzeug nachbearbeitet werden kann. Weitere Vorzüge von Schnellarbeitsstahl sind eine hohe Festigkeit und Unempfindlichkeit bei Stößen und Schwingungen, die bei härteren Werkstoffen oftmals zu Brüchen führen.
Chemische Zusammensetzung und Gefüge von Schnellarbeitsstahl
Schnellarbeitsstahl gehört zu der Gruppe der legierten Werkzeugstähle. Diese besitzen einen Kohlenstoffanteil bis 2,06 % und einen Gehalt an weiteren Legierungselemente wie Wolfram, Molybdän, Vanadium, Cobalt, Nickel und Titan von insgesamt bis zu 30 %. Einigen Legierungselementen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, um die Eigenschaften von Schnellarbeitsstahl auf spezielle Verwendungszwecke einzustellen. Der in allen Stahlsorten vorhandene Kohlenstoff bildet zusammen mit Eisen das martensitische Grundgefüge, d. h. die Mikrostruktur, welche die mechanischen Eigenschaften wie die Härte maßgeblich beeinflusst. Weitere spezifische Eigenschaften von Schnellarbeitsstahl, beispielsweise seine Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit bis 600 °C, ergeben sich vornehmlich aus den restlichen Legierungselementen. Von herausragender Bedeutung sind Wolfram und Molybdän, die in manchen Fällen durch das jeweils andere Legierungselement ersetzt werden können. Des Weiteren haben die Legierungselemente Vanadium, Chrom und Cobalt einen wichtigen Einfluss auf die Beschaffenheit von Schnellarbeitsstahl. Neben der Auswahl und den prozentualen Anteilen der chemischen Legierungselemente hat die Wärmebehandlung einen erheblichen Einfluss auf das Gefüge im Schnellarbeitsstahl.
Herstellung, Wärmebehandlung und weitere Behandlung von Schnellarbeitsstahl
Schnellarbeitsstahl wird auf zwei verschiedene Weisen hergestellt. Zum einen kann eine schmelzmetallurgische Herstellung erfolgen, wobei das Vormaterial erschmolzen und in Barrenform gegossen wird. Zum anderen kann die Herstellung pulvermetallurgisch verlaufen, indem stattdessen pulverförmiges Rohmaterial genutzt wird. Danach wird der Schnellarbeitsstahl erst geschmiedet und geformt, gefolgt von einer Wärmebehandlung, die für seine charakteristische Warmfestigkeit und Warmhärte sorgt. Im Zuge der Wärmebehandlung wird das Material zuerst langsam auf eine Temperatur von ca. 1.200 °C erwärmt und geglüht. Dabei gehört Schnellarbeitsstahl zu den seltenen Stählen, die dadurch kaum etwas von ihrer Festigkeit einbüßen. Ein zügiges Abschrecken erzeugt das martensitische Grundgefüge und die gewünschte Härte. Im Anschluss wird der Schnellarbeitsstahl bei Temperaturen von ca. 550 °C bis 560 °C mehrmals angelassen, damit er weniger spröde wird und seine typische Warmfestigkeit und Warmhärte entwickelt. Danach werden die Endkonturen geschliffen. In einem zusätzlichen Schritt können an dem Schnellarbeitsstahl folgende Behandlungen der Oberfläche und Beschichtungen vorgenommen werden: Nitrieren, Verchromen, Dampfanlassen oder CVD-Beschichten und PVD-Beschichten. Das Ziel ist es, die Verschleißfestigkeit und dadurch wiederum die Standzeit und die Schnittgeschwindigkeit von Schnellarbeitsstahl zu erhöhen.
Charakteristische Eigenschaften von Schnellarbeitsstahl
Schnellarbeitsstahl unterscheidet sich von herkömmlichem Werkzeugstahl durch seine hohe Härte. Bei Raumtemperatur ähnelt die Härte mit 800 HV bis 900 HV bzw. 65 HRC jener von anderen gehärteten Stahlsorten. Bei einer Temperatur von 400 °C nimmt sie nur unwesentlich ab, sodass Schnittgeschwindigkeiten bis ca. 80 m / min realisierbar sind. Erst ab 600 °C sinkt die Härte von Schnellarbeitsstahl nennenswert. Dagegen verliert herkömmlicher Werkzeugstahl seine Härte bereits ab ca. 200 °C und erlaubt nur Schnittgeschwindigkeiten von ca. 5 m / min. Zugleich zeigt Schnellarbeitsstahl eine gute Warmfestigkeit bei dauerhaften Arbeitstemperaturen bis 600 °C. Die hohe Verschleißfestigkeit leistet einen weiteren Beitrag zu der ausgezeichneten Schneidfähigkeit und Schnittleistung, wodurch die Schnittgeschwindigkeit und Präzision gesteigert sowie eine effiziente, produktive Bearbeitung ermöglicht wird. Neben einer guten Korrosionsbeständigkeit besitzt Schnellarbeitsstahl eine hohe Druckfestigkeit, die bei Raumtemperatur zwischen 2.000 N / mm² und 3.000 N / mm² und bei einer Temperatur von 600 °C bei 1.700 N / mm² liegt. Schnellarbeitsstahl beweist eine hervorragende Biegefestigkeit und Zähigkeit, die sich in einer hohen Beständigkeit gegen Brüche bei schwingender oder schwellender Beanspruchung bzw. bei thermischer Wechselbeanspruchung niederschlägt. Mit Werten von 2.500 N / mm² bis 3.800 N / mm² bei Raumtemperatur besitzt Schnellarbeitsstahl die größte Biegefestigkeit von allen Schneidstoffen.
Bearbeitbarkeit von Schnellarbeitsstahl
Die Bearbeitbarkeit von Schnellarbeitsstahl variiert in Abhängigkeit vom Wärmebehandlungszustand. So eignet sich Schnellarbeitsstahl im ungehärteten Zustand besonders gut für das Zerspanen, einem der bedeutsamsten Verfahren zur Formgebung in der gegenwärtigen industriellen Praxis, das vor allem in der Massenproduktion verbreitet ist. Insbesondere aufgrund seiner hohen Zähigkeit empfiehlt sich Schnellarbeitsstahl für die spanabhebende Bearbeitung mit sehr scharfen Kanten. Es entstehen optimale Oberflächen an den Schnittflächen, indem nur geringe Schnittkräfte und Temperaturen auf das Werkstück einwirken. Mithilfe von Schnellarbeitsstahl lassen sich selbst schwierige Werkstoffe wie austenitische Legierungen, Nickelbasislegierungen oder Titanlegierungen zerspanen. Im ungehärteten Zustand ist darüber hinaus das Schmieden in einem hohen Temperaturbereich möglich, wenngleich es auch erheblich aufwändiger durchzuführen ist als bei dem Großteil aller anderen Werkstoffe. Im gehärteten Zustand beschränkt sich die Bearbeitung von Schnellarbeitsstahl in erster Linie auf das Schleifen. Die Schleifbarkeit ist allerdings als außerordentlich gut zu bewerten. Dies gilt vor allem im Vergleich zu anderen Schneidstoffen, die, wenn überhaupt, nur eine sehr niedrige Schleifbarkeit aufweisen. Wenn Schnellarbeitsstahl geschliffen werden soll, reicht es in der Regel vollkommen aus, dafür herkömmliche Schleifscheiben zu verwenden.
Anwendungsbereich von Schnellarbeitsstahl
Schnellarbeitsstahl nimmt in der modernen Industrie vor allem in der Metallverarbeitung eine herausragende Stellung ein und zwar überall dort, wo er für schneidende und spanabhebende Bearbeitungsverfahren genutzt wird. Fertigen können Sie aus Schnellarbeitsstahl im Wesentlichen komplizierte Schneidwerkzeuge und Zerspanungswerkzeuge, die hohe Ansprüche an die Schlagfestigkeit, Verschleißfestigkeit oder Formgebung stellen. Besonders weite Verbreitung findet Schnellarbeitsstahl als Schneidstoff für Werkzeuge wie Räumwerkzeuge und Bohrer. Als Beispiele für Bohrer, die häufig Schnellarbeitsstahl enthalten, seien Zentrierbohrer, Maschinengewindebohrer oder Spiralbohrer genannt. Die außerordentliche Zähigkeit von Schnellarbeitsstahl macht sich bei Bohrern durch ein niedriges Risiko für Werkzeugbruch und einen hohen Grad der Sicherheit und Zuverlässigkeit für die Prozesse bezahlt. Bei einer Losfertigung im kleineren oder mittleren Mengenbereich bietet Ihnen Schnellarbeitsstahl oftmals das optimale Preis-Leistungs-Verhältnis. Dadurch dass Ihre Herstellungskosten bei der Verarbeitung von Schnellarbeitsstahl niedrig ausfallen, können Sie auch kundenseitig Ihre Preise attraktiver gestalten. Schnellarbeitsstahl stellt außerdem eine Option als Schneidstoff dar, wenn Sie daraus Drehmeißel oder Fräswerkzeuge herstellen möchten. Ferner können Sie Schnellarbeitsstahl zu Gewindeschneidwerkzeug, Wendeschneidplatten und Sägen, allen voran Sägeblättern, verarbeiten.