Warmarbeitsstahl
Warmarbeitsstahl ist ein legierter Werkzeugstahl, der verwendet wird, um Werkstücke bei Oberflächentemperaturen von bis zu 400 °C spanfrei zu formen. Damit grenzt sich Warmarbeitsstahl nach unten ab von Kaltarbeitsstahl, der sich für den Einsatz bei Temperaturen von bis zu 200 °C eignet, und nach oben von Schnellarbeitsstahl, der sich für den Einsatz von bis zu 600 °C Oberflächentemperatur eignet. Warmarbeitsstahl wird sowohl im Druckguss, bei der Strangpressung und Gesenkschmiedung als auch bei der Herstellung von Rohren und Glas eingesetzt. Legierungselemente, die Warmarbeitsstahl für gewöhnlich enthält, sind Kohlenstoff, Chrom, Wolfram, Silizium, Nickel, Molybdän, Mangan, Vanadium und Kobalt. Die Grundlage für Warmarbeitsstahl bilden in der Regel die beiden Legierungsgruppen Chrom und Molybdän bzw. Chrom und Wolfram. Durch die Beimischung weiterer Legierungselemente kann auf bestimmte Eigenschaften des Warmarbeitsstahls gezielt Einfluss genommen werden. Um zum Beispiel gewünschte Eigenschaften hinsichtlich der Verschleißfestigkeit oder Zähigkeit zu gewährleisten, lässt sich der Kohlenstoffanteil in einem Bereich von 0,2 % bis 0,6 % anpassen. Die Georg Grimm Edelstahlgroßhandlung GmbH liefert Ihnen für Ihre Werkstücke Warmarbeitsstähle und Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung, die den Beanspruchungen lange Zeit standhalten und eine hohe Wirtschaftlichkeit gewährleisten. Zum Lieferumfang der Georg Grimm Edelstahlgroßhandlung gehören unter anderem 1.2343, 1.2344, 1.2365, 1.2367, 1.2714 und 1.2826.
Eigenschaften und Verarbeitung von Warmarbeitsstahl
Warmarbeitsstahl hält anspruchsvollen thermischen Beanspruchungen stand. So verfügt Warmarbeitsstahl nicht nur über eine hervorragende Hitzebeständigkeit, sondern lässt sich auch gut kühlen. Die aus Warmarbeitsstahl gefertigten Werkzeuge müssen hohen Temperaturwechseln standhalten, da sie im Kontakt mit den zu bearbeitenden Werkstücken Temperaturschwankungen von mehr als 200 °C unterliegen können. Um haltbares Werkzeug hervorzubringen, verfügt Warmarbeitsstahl über ein stabiles Gefüge, welches neben der Temperaturwechselbeständigkeit zu einer guten Warmfestigkeit, Warmzähigkeit und Warmverschleißfestigkeit des Materials beiträgt. Die ausgezeichnete Warmfestigkeit sorgt zusammen mit einer hohen Anlassbeständigkeit für eine gute Formbeständigkeit. Die hohe Warmzähigkeit führt zu einer hohen Unempfindlichkeit gegen Brandrisse oder Warmrisse des Materials. Dadurch werden – gerade bei Werkzeug mit tiefliegenden Gravuren – Warmrisse bzw. Spannungsrisse verhindert. Die hohe Verschleißfestigkeit von Warmarbeitsstahl zeigt sich bei Schlägen oder Abrieb bei hohen Temperaturen. Die Wärmeleitfähigkeit von Warmarbeitsstahl ist als gut zu bewerten, ebenso wie die Beständigkeit gegen Erosion, Hochtemperaturkorrosion, Oxidation oder Zunder. Ferner besitzt Warmarbeitsstahl eine hohe Warmhärte und eine Zugfestigkeit von ca. 900 bis 2.000 MPa. Eine hohe Maßbeständigkeit und Zeitstandfestigkeit sind in der Regel ebenfalls gegeben. Nicht jeder Warmarbeitsstahl vereint jedoch sämtliche der genannten Eigenschaften in sich, weshalb Sie den Werkstoff sorgfältig auf Ihren Verwendungszweck abstimmen sollten.
Wärmebehandlung von Warmarbeitsstahl
Im Zuge der Wärmebehandlung wird der Warmarbeitsstahl beim Härten üblicherweise mindestens 15 bis höchstens 30 Minuten auf einer Härtetemperatur von 1.000 °C bis 1.040 °C gehalten. Darauf folgt eine Abkühlung an der Luft, im Wasser oder in Öl, was eine Härte von 50 bis 56 HRC und eine hohe Verschleißfestigkeit zur Folge haben kann. Das Weichglühen findet gewöhnlich im Temperaturbereich zwischen 750 °C und 800 °C über vier bis fünf Stunden statt. Die Abkühlung erfolgt zunächst im Ofen und danach an der Luft, sobald die Temperatur von 600 °C unterschritten wird. Um die Verschleißfestigkeit zu steigern, die Klebeneigung im Kontakt mit Guss zu verringern und eine Oberflächenhärte von 55 HRC zu erhalten, ist das Nitrieren möglich. Dafür wird der Warmarbeitsstahl normalerweise bei ca. 550 °C spannungsarmgeglüht und danach bei ca. 525 °C mit Ammoniakgas bearbeitet. Die Warmfestigkeit von Warmarbeitsstahl wird durch wiederholtes Anlassen gefördert. Je 20 mm Materialstärke sollte das Werkstück eine Stunde im Ofen verweilen.
Zusätzlich kann Warmarbeitsstahl im Elektro-Schlacke-Umschmelzofen – kurz ESU – umgeschmolzen werden, um Blockseigerungen und Kristallseigerungen zu minimieren und die restlichen Einschlüsse gleichmäßig zu verteilen. ESU-Material sollten Sie in Erwägung ziehen bei hohen Ansprüchen an die Zähigkeit, Reinheit, Homogenität, Kernbeanspruchung, Temperaturwechselbeständigkeit und Kühlbarkeit, aber auch bei umfangreichen Fertigungsserien oder temporeicher Taktfolge.
Bearbeitung und Anwendungsbereich von Warmarbeitsstahl
Warmarbeitsstahl lässt sich gut bearbeiten, beispielweise ätzen, zerspanen, beschichten oder polieren. Für die spanlose Formgebung und das Hochglanzpolieren sollten Sie auf Warmarbeitsstahl in ESU-Qualität zurückgreifen. Gefertigt werden aus Warmarbeitsstahl Werkzeuge, an die aufgrund ihrer thermischen Beanspruchung besondere Anforderungen gestellt werden. Des Weiteren ergeben sich Belastungen durch wiederkehrende Temperaturwechsel, die den Warmarbeitsstahl starker Erhitzung wie auch starker Abkühlung aussetzen. Unter diesen extremen Bedingungen müssen die Werkzeuge Aufgaben bei der spanlosen Umformung sowohl von Eisen und Nichteisenmetallen als auch von Nichtmetallen wie Glas erfüllen. In der Folge ist Warmarbeitsstahl vorzugsweise in Werkzeugen für Gesenkschmieden, Druckguss und Strangpressen oder auch für die Herstellung von Rohren und Glas anzutreffen. Als beispielhafte Produkte, die aus Warmarbeitsstahl produziert werden, seien Schmiedewerkzeuge oder Extrusionswerkzeuge und Spritzguss-Formwerkzeuge in der Kunststoffverarbeitung genannt. Bei den Werkzeugen für Gesenkschmieden und Druckguss stehen vor allem Eigenschaften wie die Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturfestigkeit im Vordergrund. Unterliegen die Werkzeuge zudem starken Temperaturwechseln, so muss der Warmarbeitsstahl gegen thermische Ermüdung beständig sein.
Warmarbeitsstahl für Gesenkschmieden
Der Hauptanwendungsbereich von Warmarbeitsstahl besteht im Gesenkschmieden, worunter man das Schmieden von Stahl oder Nichteisenmetall im Gesenk – also auf Hämmern, Pressen oder Schmiedemaschinen – versteht.
Wenn mit Hämmern geschmiedet wird, fällt die Umformzeit relativ kurz aus, doch es wird eine hohe Zähigkeit gefordert. Die Hitzeeinwirkung ist verhältnismäßig gering und auf die Oberfläche beschränkt. Für das Schmieden mit Hämmern eignet sich daher Warmarbeitsstahl, der eine hohe Zähigkeit, Warmverschleißfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit bietet, zugleich aber nur eine mittelmäßige Warmfestigkeit mit sich bringt. Diese Anforderungen werden vielfach von NiCrMo-Stahl erfüllt, weshalb beispielsweise 1.2714 für Vollgesenke und Gesenkeinsätze genutzt wird. Doch auch 1.2344 eignet sich für Gesenkeinsätze und Gravureinsätze oder 1.2365 für Gravureinsätze.
Wird auf Pressen oder Schmiedemaschinen geschmiedet, so gestaltet sich die Umformzeit deutlich länger und es kommt zu einer erheblich größeren Wärmeeinwirkung, nicht nur auf die Oberfläche, sondern auch auf den Kern des Warmarbeitsstahls. Im Vergleich zum Schmieden mit Hämmern genügt eine geringere Zähigkeit. Gefordert ist stattdessen höherlegierter Warmarbeitsstahl, der eine hohe Warmfestigkeit, gute Temperaturwechselbeständigkeit, Warmverschleißfestigkeit und Anlassbeständigkeit aufweist. Dementsprechend können Sie folgende Werkstoffe in Betracht ziehen: 1.2343, 1.2344, 1.2365 und 1.2714 für Vollgesenke; 1.2343, 1.2344 und 1.2365 für Gesenkeinsätze; 1.2344 und 1.2365 für Gravureinsätze; 1.2344 und 1.2365 für Matrizen; 1.2365 für Dorne.
Warmarbeitsstahl für Druckguss
Neben den Gesenkschmieden findet Warmarbeitsstahl des Öfteren für den Druckguss Verwendung. Bei diesem vergleichsweise kurzen Herstellverfahren wird flüssiges Metall in großen Mengen zu anspruchsvollen, maßgenauen Bauteilen geformt. Häufig verarbeitet wird CrMoV-Stahl. Dazu zählen zum Beispiel 1.2343, 1.2344 und 1.2367, aus denen Werkzeuge wie Formeinsätze, Kerne, Schieber, Mundstücke und Verteilerzapfen hergestellt werden. Der Warmarbeitsstahl 1.2344 eignet sich überdies im Speziellen für Auswerfer. Liegen besonders hohe Anforderungen beim Druckguss von Aluminium und Zink vor, so kann es sich für Sie auszahlen, den Warmarbeitsstahl 1.2709 zu nutzen. Der martensitaushärtende Warmarbeitsstahl 1.2709 profitiert von einer verzugsarmen Wärmebehandlung und bietet Ihnen eine adäquate Warmfestigkeit. Das Risiko von Warmrissen kann gesenkt werden, indem Sie 1.2709 bei dem Druckguss von Leichtmetall wie Aluminium für Einsätze und Kerne oder bei dem Druckguss von Zink für Einspritzdüsen verarbeiten. Um die Langlebigkeit Ihrer Bauteile zu unterstützen, sollten Sie des Weiteren prüfen, ob sich für Ihren Einsatzzweck die Verwendung von Warmarbeitsstahl in ESU-Qualität lohnt.
Warmarbeitsstahl für Strangpressen und für die Herstellung von Rohren
Warmarbeitsstahl wird darüber hinaus für das Strangpressen genutzt. Bei diesem spanlosen Umformverfahren wird das feste, blockförmige Material auf seine Umformtemperatur erhitzt und durch ein Formwerkzeug gepresst, bis sich ein Bauteil in der gewünschten Form ergibt. Vorherrschen können dabei oftmals schwierige Bedingungen, die durch Presstemperaturen von etwa 150 °C bis 1.200 °C sowie anspruchsvolle Presskräfte und Pressgeschwindigkeiten gekennzeichnet werden. Im Hinblick auf die Auswahl des geeigneten Werkstoffs ist es empfehlenswert, dass Sie mindestens einen mittellegierten Warmarbeitsstahl oder, abhängig vom Verwendungszweck, auch einen hochlegierten Warmarbeitsstahl in Betracht ziehen. Für thermisch und mechanisch höchstbeanspruchte Werkzeuge wie Pressmatrizen und Pressdorne bieten sich 1.2343, 1.2344 und 1.2365 an. Der Werkstoff 1.2343 ist zudem für Pressstempel, Mäntel oder Zwischenbüchsen geeignet. Bei normalen Beanspruchungsverhältnissen können Pressstempel ebenfalls aus 1.2714 gefertigt werden.
Zusätzlich zu den zuvor genannten Umformverfahren wird Warmarbeitsstahl dafür genutzt, um nahtlose Rohre mithilfe von verschiedenen Verfahren zu produzieren. Dabei findet Warmarbeitsstahl in erster Linie bei der Herstellung von Dornstangen Verwendung. Bei der Produktion von nahtlosen Rohren auf Kontistraßen wird 1.2343 und auf der Stoßbank eher 1.2826 verarbeitet.