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Werkzeugstahl

Werkzeugstahl ermöglicht hochharte, verschleißfeste und komplexe 3D-gedruckte Werkzeuge für anspruchsvolle industrielle Anwendungen.

Materialvorstellung

Werkzeugstahl ist eine Familie von hochharten, verschleißfesten und wärmebehandelbaren Stählen, die für Schneidwerkzeuge, industrielle Formen, Formeinsätze und mechanische Komponenten unter hoher Belastung entwickelt wurden. Für die additive Fertigung angepasst, bietet Werkzeugstahl außergewöhnliche Haltbarkeit und Dimensionsstabilität und ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, die mit traditioneller Bearbeitung oder EDM allein nicht erreichbar sind. Durch Metall-Pulverbettfusion, unterstützt durch den fortschrittlichen 3D-Druck von Werkzeugstahl von Neway AeroTech, wird es möglich, konform gekühlte Formeinsätze, verschleißfeste Zahnräder, präzise Vorrichtungen und Schneidelemente für hohe Stückzahlen mit kürzeren Lieferzeiten zu fertigen. Die einzigartige Kombination aus Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Bearbeitbarkeit nach dem Druck macht Werkzeugstahl zu einem der vielseitigsten Materialien für industrielle Anwendungen, die extreme Leistung und langfristige Zuverlässigkeit erfordern.

Internationale Bezeichnungen oder repräsentative Güteklassen

Land/Region

Gängiger Name

Repräsentative Güteklassen

USA

Tool Steel

H13, D2, A2, M2

Europa

Tool Steel

X40CrMoV5-1

Japan

Alloy Tool Steel

SKD61, SKH51

China

Tool Steel

H13, Cr12MoV

Industriekategorie

Formen- und Matrizenstahl

H-Serie, D-Serie

Alternative Materialoptionen

Abhängig von den Anforderungen an Härte, Zähigkeit und thermische Beständigkeit können mehrere fortschrittliche Materialien als Alternativen dienen. Edelstähle wie 17-4 PH oder 15-5PH bieten Korrosionsbeständigkeit bei starken mechanischen Eigenschaften für Werkzeuge in feuchten oder chemischen Umgebungen. Hochfeste maraging-Stähle wie 18Ni300 liefern außergewöhnliche Streckgrenzen und hervorragende Bearbeitbarkeit für Spritzgussformkerne. Für extreme Temperaturbeständigkeit übertreffen Nickelbasislegierungen wie Inconel 751 oder kobaltbasierte Materialien wie Stellite 6B Werkzeugstahl in Umgebungen mit heißem Verschleiß. Wenn Gewichteinsparung entscheidend ist, bieten Titanlegierungen wie Ti-6Al-7Nb starke Leistung bei deutlich geringerer Dichte.

Konstruktionszweck

Werkzeugstahl wurde entwickelt, um extremen mechanischen Belastungen, Abrieb, Schlag und thermischen Zyklen standzuhalten. Seine Legierungszusammensetzung bietet kontrollierte Härtbarkeit, Dimensionsstabilität nach dem Abschrecken und starken Widerstand gegen Ermüdungsrisse. In der additiven Fertigung erweitert sich die Konstruktionsabsicht, um konforme Kühlung, reduzierte Zykluszeiten, hybride Werkzeuge, komplexe Kanalgeometrien und das Rapid Prototyping von Formen und Matrizen mit verbessertem Wärmemanagement und gesteigerter Produktivität zu ermöglichen.

Chemische Zusammensetzung (typisch für H13-Werkzeugstahl)

Element

Zusammensetzung (%)

Kohlenstoff (C)

0,32–0,45

Chrom (Cr)

4,75–5,5

Molybdän (Mo)

1,1–1,75

Vanadium (V)

0,8–1,2

Silizium (Si)

0,8–1,2

Mangan (Mn)

0,2–0,5

Eisen (Fe)

Rest

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft

Wert

Dichte

~7,8 g/cm³

Wärmeleitfähigkeit

25–30 W/m·K

Elektrischer Widerstand

~0,7 μΩ·m

Spezifische Wärmekapazität

~460 J/kg·K

Schmelzpunkt

~1420–1500 °C

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft

Typischer Wert

Zugfestigkeit

1500–1900 MPa

Streckgrenze

1200–1600 MPa

Härte (nach Wärmebehandlung)

48–54 HRC

Schlagzähigkeit

Hoch für Warmarbeitsstahl

Verschleißfestigkeit

Ausgezeichnet

Wesentliche Materialeigenschaften

  • Hohe Härte und Verschleißfestigkeit, geeignet für Werkzeug- und Matrizenanwendungen

  • Ausgezeichnete Festigkeitsretention bei erhöhten Temperaturen

  • Überlegene Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Ermüdungsrisse

  • Gute Dimensionsstabilität nach der Wärmebehandlung

  • Starker Widerstand gegen Abrieb, Verformung und zyklische mechanische Belastung

  • Ausgezeichnete Kompatibilität mit der additiven Fertigung für detaillierte und präzise Designs

  • Fähig, durch Wärmebehandlung nach dem Druck sehr hohe Härtewerte zu erreichen

  • Ideal für konforme Kühlkanäle, die die Zykluszeit beim Formen erheblich reduzieren

  • Hohe Polierfähigkeit für transparente Formen oder präzise ästhetische Teile

  • Stabile mechanische Leistung sowohl in Kalt- als auch in Warmarbeitsumgebungen

Fertigbarkeit in verschiedenen Verfahren

Geeignete Nachbearbeitungsverfahren

  • Wärmebehandlung und Anlassen, um die gewünschte Härte und Zähigkeit zu erreichen

  • Heißisostatisches Pressen (HIP) über HIP-Verarbeitung, um Porosität zu eliminieren und die Ermüdungsleistung zu verbessern

  • Präzisionsbearbeitung für finale Maßgenauigkeit an Formen- und Matrizenkomponenten

  • Oberflächenpolieren für optische oder transparente Formanwendungen

  • Nitrieren oder Aufkohlen zur Erhöhung der Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit

  • Passivierung oder chemische Reinigung für korrosionsempfindliche Umgebungen

  • Zerstörungsfreie Prüfung mittels Materialprüfung und -analyse zur Qualitätssicherung

  • EDM-Endbearbeitung für enge innere Merkmale oder tiefe Nuten

Häufige Branchen und Anwendungen

  • Einsätze für Spritzguss- und Druckgussformen

  • Schneidwerkzeuge, Stempel und industrielle Schermesser

  • Verschleißfeste Zahnräder, Nocken und präzise Bewegungskomponenten

  • Vorrichtungen, Lehren und lasttragende Elemente in der Luft- und Raumfahrt

  • Werkzeuge für die Automobilindustrie zur Fertigung hoher Stückzahlen

  • Teile für Robotik und Automatisierung, die langfristige Verschleißfestigkeit erfordern

Wann dieses Material wählen

  • Wenn hohe Härte und Verschleißfestigkeit für Formen, Schneiden oder Stanzen erforderlich sind

  • Wenn komplexe konforme Kühlkanäle in Formeinsätze integriert werden müssen

  • Wenn Komponenten eine lange Lebensdauer unter zyklischer thermischer Belastung benötigen

  • Wenn nach der Wärmebehandlung eine hohe Dimensionsstabilität erforderlich ist

  • Bei der Herstellung hybrider Werkzeuge, die gedruckte Kerne mit bearbeiteten Oberflächen kombinieren

  • Wenn die Optimierung der Zykluszeit und die Reduzierung thermischer Gradienten entscheidend sind

  • Wenn Abrieb- und Schlagfestigkeit primäre Konstruktionsüberlegungen sind

  • Bei der Fertigung starker, verschleißfester Komponenten mit komplexer Geometrie

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