Schnellarbeitsstahl – Anwendungen, Vorteile, Legierungen
Schnellarbeitsstahl ist eine Stahlsorte, die überwiegend für Schneidstoffe, wie in etwa Bohrer, Fräser, Meißel und weiteren Werkzeugen genutzt wird. Des Weiteren ist Schnellarbeitsstahl eine hochlegierte Stahlsorte. Werkzeuge aus diesen Stählen erreichen Schnittgeschwindigkeiten, die im Vergleich zum gewöhnlichen Werkzeugstahl drei- bis viermal höher liegen können. Darüber hinaus behält Schnellarbeitsstahl selbst bei Arbeitstemperaturen von 600 °C seine Härte und übertrifft somit gewöhnlichen Werkzeugstahl um etwa 400 °C. Die gängigste Kurzbezeichnung ist HSS, abgeleitet aus dem Englischen High Speed Steel. Gebräuchlich ist aber ebenfalls die Abkürzung HS. Im deutschsprachigen Raum wird dieser Stahl auch Hochleistungsschnellarbeitsstahl, Hochgeschwindigkeitsstahl oder Hochleistungsschnittstahl genannt.
Vorteile von Schnellarbeitsstahl
Eine hohe Schnittgeschwindigkeit ist nur einer der Vorteile von HSS. Weitere sind die folgenden:
| Schleifbarkeit | Die Fähigkeit, leicht geformt und geschärft zu werden, ohne die strukturelle Integrität zu verlieren, macht HSS ideal für die Erstellung und Erhaltung komplexer Werkzeuggeometrien. |
| Festigkeit | Die Zusammensetzung von HSS verleiht ihm eine außergewöhnliche Festigkeit, die es den Werkzeugen ermöglicht, unter schweren Lasten oder Schlagbedingungen nicht zu brechen oder abzusplittern. |
| Temperaturbeständigkeit | HSS behält seine Härte auch bei hohen Temperaturen bei, was für die Aufrechterhaltung der Leistung bei schnellen Schneidvorgängen entscheidend ist. |
| Wirtschaftlichkeit | Im Vergleich zu Werkstoffen wie Hartmetall sind HSS-Werkzeuge kostengünstiger in der Herstellung und daher für eine Vielzahl von Anwendungen besser geeignet. |
| Verbesserte Leistung | Die Anwendung moderner Beschichtungen kann die Lebensdauer von HSS-Werkzeugen verlängern und ihre Effizienz erhöhen, sodass höhere Schnittgeschwindigkeiten und längere Schärfintervalle möglich sind. |
Die Kombination dieser Vorteile macht Schnellarbeitsstähle zu vielseitigen und wertvollen Werkstoffen für die Werkzeugindustrie. Die Fähigkeit, den harten Anforderungen bei hohen Schnittgeschwindigkeiten standzuhalten und eine scharfe Kante zu behalten, während die Herstellung relativ kostengünstig ist, gewährleistet den kontinuierlichen Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen.
Anwendungen von Schnellarbeitsstahl
HSS ist eine Kategorie von Werkzeugstahl, die für ihre Fähigkeit, Material mit hohen Geschwindigkeiten zu schneiden, bekannt ist. Hier sind einige detaillierte Anwendungen:
Herstellung von Schneidwerkzeugen
- Bohrer: HSS wird aufgrund seiner Härte und Standzeit häufig für die Herstellung von Bohrern und Werkzeugspitzen verwendet.
- Drehwerkzeuge: Diese werden in Drehbänken zum Schneiden von Metallen verwendet, wobei HSS aufgrund seiner Festigkeit häufig eingesetzt wird.
- Fräswerkzeuge: HSS wird aufgrund seiner Verschleißfestigkeit für Schaftfräser, Zahnradfräser und andere Fräswerkzeuge verwendet.
Komplexe Werkzeugformen
- Profilwerkzeuge: Die Schleifbarkeit von HSS macht es ideal für Werkzeuge, die präzise und komplexe Formen erfordern.
Werkzeuge für die Holzbearbeitung
- Obwohl traditionell Kaltarbeitsstähle für Holzschneidewerkzeuge verwendet werden, wird HSS manchmal wegen seiner Eigenschaften bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen ausgewählt.
HSS ist als Schneidstoff für spanende Werkzeuge zum bevorzugten Werkstoff geworden und übertrifft ältere Werkstoffe wie Kaltarbeitsstahl, der heute nur noch für weniger anspruchsvolle Aufgaben wie die Herstellung von Feilen und Raspeln verwendet wird.
Mikrostruktur von Schnellarbeitsstahl
Das Gefüge von Schnellarbeitsstahl ist für eine optimale Leistung bei der Bearbeitung ausgelegt. Durch Abschrecken und Anlassen erhält HSS eine martensitische Matrix, die außergewöhnliche Verschleißfestigkeit und Härte bietet. Die Zugabe von Legierungselementen wie Wolfram, Molybdän und Vanadium führt zur Bildung harter Karbide, wodurch die Festigkeit und Temperaturbeständigkeit des Stahls erhöht wird.
Die einzigartige Mikrostruktur von HSS ermöglicht die Aufrechterhaltung der Härte bei hohen Temperaturen, die bei Schneidprozessen auftreten. Die Karbide, die sich aus dem Kohlenstoff und den Legierungselementen bilden, sind entscheidend für die Standfestigkeit von HSS-Werkzeugen und ermöglichen es ihnen, den harten Bedingungen bei hohen Schnittgeschwindigkeiten standzuhalten.
Legierungselemente
Wie jeder Stahl enthält auch HSS Kohlenstoff. Es sind jedoch auch eine Reihe anderer Legierungselemente enthalten, wobei Wolfram und Molybdän die wichtigste Rolle spielen.
Wolfram
Wolfram ist entscheidend für die Bildung von Karbiden, in diesem Fall, insbesondere von Wolframkarbid. Es erhöht die Warmhärte, die Anlassbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und verbessert somit die Schneidfähigkeit von HSS. Zudem verbessert es die Zähigkeit.
Molybdän
Molybdän ist ein starker Karbidbildner. Zudem verstärkt es die gleichen Eigenschaften wie Wolfram. HSS-Sorten mit einem hohen Anteil an Molybdän werden einer komplexen Wärmebehandlung unterzogen. Es sorgt zudem für eine erhöhung der Korrosionsbeständigkeit.
Vanadium
Vanadium hat eine hohe Härte. Im Werkstück wird die Verschleißfestigkeit, Schneidhaltigkeit und Warmfestigkeit durch die Bildung von Vanadiumkarbid erhöht.
Chrom
Die Durchhärtbarkeit von Stahl wird durch den Einsatz von Chrom verbessert. Chrom ist auch an der Bildung von Karbiden beteiligt, die ebenfalls für eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit, Schneidhaltigkeit und Warmfestigkeit sorgen.
Kobalt
Kobalt bildet keine Karbide. Es wird allerdings zur Hemmung des Kornwachstums bei erhöhten Temperaturen zulegiert. Es verbessert die Anlassbeständigkeit und die Warmfestigkeit.
Kohlenstoff
Kohlenstoff dient der Bildung von Karbiden und zur Härtbarkeit.
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