Stahlklassifikationen
Stahlgüten werden nach ihren Eigenschaften und / oder ihrem bevorzugten Verwendungszweck in Gruppen klassifiziert.
STAHL
Als Stahl bezeichnet man alle metallischen Legierungen, deren Hauptbestandteil Eisen und der Massenanteil an Kohlenstoff C kleiner als 2 % ist. Die beiden Hauptgruppen von Stählen bezeichnet man als Qualitätsstahl sowie Edelstahl. Je nach Kombination von Legierungselementen kann der Charakter eines Stahl sehr unterschiedlich sein: sehr weich und dafür ausgezeichnet verformbar oder auch hart und eher spröde.
GEBRAUCHSEIGENSCHAFTEN
Die Gebrauchseigenschaften eines Stahls werden durch die Legierungselemente in Kombination mit einer geeigneten Wärmebehandlung geprägt. Somit können sie für einen breiten Anwendungsbereich ausgelegt sein: sehr weich und dafür ausgezeichnet verformbar (z.B. Weißblech für Konservendosen) oder auch hart und eher spröde (z.B. härtbarer Stahl für Industriemesser). Moderne Entwicklungen zielen darauf, den Stahl gleichzeitig hart und zäh herzustellen, z.B. als Beitrag für den Leichtbau von Maschinen.
QUALITÄTSSTAHL
EDELSTAHL
Edelstähle sind alle unlegierten und legierten Stähle, sofern Sie durch die Stahlgruppennummern 1.1xxx bis 1.89xx klassifiziert sind. Sie besitzen in der Regel höhere Reinheitsgrade und zeichnen sich durch niedrige Gehalte an Phosphor und Schwefel aus. Somit sind per Definition z.B. alle Werkzeugstähle, Schnellarbeitsstähle oder Nitrierstähle als Edelstähle zu deklarieren. Die Bezeichnung Edelstahl findet im technischen Sprachgebrauch oftmals Anwendung im Bereich der nichtrostenden, korrosionsbeständigen Stähle (Stahlgruppennr. 1.40xx bis 1.45xx, genau genommen eine Teilmenge der Gesamtgruppe Edelstahl).
UNLEGIERTER WERKZEUGSTAHL
Bei unlegierten Werkzeugstählen ist gemäß DIN 10 020 der jeweilige Anteil von Legierungselementen unterhalb spezifischer Grenzen. Primär sind sie durch einen Kohlenstoffgehalt von 0,40 – 1,40 % definiert. Nach einer gezielten Wärmebehandlung können sie sich durch hohe Oberflächenhärte, hohe Verschleißfestigkeit und gute Schneidfähigkeit bei zähem Kern auszeichnen (reine Schalenhärter). Sie werden für einfache Werkzeuge verwendet, die eher einer geringen Beanspruchung unterliegen. Wärmebehandelt sind sie bis zu Arbeitstemperaturen von 200 Grad Celsius zu verwenden.
Bsp.: 1.1730
LEGIERTER WERKZEUGSTAHL
Legierte Werkzeugstähle sind in ihren Eigenschaften geprägt von mindestens einem Legierungselement, dessen Anteil oberhalb einer spezifischen Grenze gemäß DIN 10 020 liegt. Dadurch haben sie die Möglichkeit zu einer hohen Härteannahme (je nach Legierung auch gute Durchhärtbarkeit über den gesamten Bauteilquerschnitt), zu einem hohen Verschleißwiderstand und / oder einer hohen Zähigkeit, wodurch sie sich zur Be- und Verarbeitung verschiedener Werkstoffe wie z.B. Bleche oder Kunststoffe eignen.
In Anlehnung an ihre Arbeitstemperatur werden sie in die Kategorien Kaltarbeitsstahl (dauerhafte Arbeitstemperaturen bis 200 Grad Celsius) sowie Warmarbeitsstahl (dauerhafte Arbeitstemperaturen > 200 Grad Celsius) und Schnellarbeitsstahl (dauerhafte Arbeitstemperaturen bis 600 Grad Celsius) eingeteilt. Temperaturunabhängig wird anwendungsorientiert oft eine weitere Klassifikation als Kunststoffformenstahl vorgenommen, wobei hier der Charakter eines Stahls den besonderen Anforderungen der Kunststoffverarbeitung genügt. Hierunter fallen prinzipiell alle gebräuchlichen Werkzeugstähle und Edelbaustähle.
KALTARBEITSSTAHL
Auf Basis von legierten Kaltarbeitsstählen werden Werkzeuge erstellt, mit denen sowohl spanabhebend (z.B. Schneiden) als auch spanlos (z.B. Prägen) bis zu Temperaturen von 200 Grad Celsius gearbeitet wird. Sie müssen ausreichend zäh und druckfest sein sowie einen hohen Verschleisswiderstand besitzen. Die Eigenschaften ergeben sich durch gezielte Kombinationen von Legierungselementen: Höhere Chrom-Gehalte erzeugen harte Carbide wodurch z.B. die Verschleißfestigkeit gesteigert wird. Die Addition von Molybdän, Vanadium und Wolfram kann diese Eigenschaft optimieren.
Vorzugsweise sollen Kaltarbeitsstähle ausreichend gut zu bearbeiten sein und bei anschließender Wärmebehandlung möglichst geringe Massänderungen aufweisen.
Bsp.: 1.2842
WARMARBEITSSTAHL
Legierte Werkzeugstähle sind in ihren Eigenschaften geprägt von mindestens einem Legierungselement, dessen Anteil oberhalb einer spezifischen Grenze gemäß DIN 10 020 liegt. Dadurch haben sie die Möglichkeit zu einer hohen Härteannahme (je nach Legierung auch gute Durchhärtbarkeit über den gesamten Bauteilquerschnitt), zu einem hohen Verschleißwiderstand und / oder einer hohen Zähigkeit, wodurch sie sich zur Be- und Verarbeitung verschiedener Werkstoffe wie z.B. Bleche oder Kunststoffe eignen. In Anlehnung an ihre Arbeitstemperatur werden sie in die Kategorien Kaltarbeitsstahl (dauerhafte Arbeitstemperaturen bis 200 Grad Celsius) sowie Warmarbeitsstahl (dauerhafte Arbeitstemperaturen > 200 Grad Celsius) und Schnellarbeitsstahl (dauerhafte Arbeitstemperaturen bis 600 Grad Celsius) eingeteilt.
Temperaturunabhängig wird anwendungsorientiert oft eine weitere Klassifikation als Kunststoffformenstahl vorgenommen, wobei hier der Charakter eines Stahls den besonderen Anforderungen der Kunststoffverarbeitung genügt. Hierunter fallen prinzipiell alle gebräuchlichen Werkzeugstähle und Edelbaustähle.
SCHNELLARBEITSSTAHL
Schnellarbeitsstähle werden primär für Werkzeuge verwendet, die selbst sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten ausüben (z.B. Fräser). Sie sind hoch legiert (mit karbidbildenden Elementen wie Chrom, Molybdän, Wolfram und Vanadium bzw. Cobalt bei besonderen thermischen Belastungen) und ermöglichen im Vergleich zu niedrig legierten Stählen eine bis zu 10-fache Steigerung der Schnittgeschwindigkeit, da sie über eine äußerst hohe Warmfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Anlassbeständigkeit und Warmhärte (Rotgluthärte) verfügen. Sie werden auch als HSS-Stähle bezeichnet (High Speed Steel).
Bsp.: 1.3343
KUNSTSTOFFFORMSTAHL
Kunststoffformenstahl ist der Oberbegriff für Stähle, die aufgrund ihrer Eigenschaften neben sonstiger Kalt- oder Warmarbeitsverwendung auch im Bereich der Kunststoffbearbeitung und-verarbeitung eingesetzt werden. Da die Anforderungen sehr verschiedenartig sind, werden viele verfügbaren Werkzeugstähle und Edelbaustähle für die Herstellung von Kunststoffteilen verwendet. Unterschieden werden hierbei Spritzwerkzeuge (hier härtet der Kunststoff im Werkzeug, z.B. im Formeinsatz) und Giesswerkzeuge (hier ist der Stahl durchgehend nur mit flüssigem Kunststoff in Kontakt, z.B. Extrusionswerkzeuge).
Kunststoffformenstähle sollen z.B. wegen hoher Oberflächengüten der Endprodukte gut polierbar sein (hohe Reinheitsgrade), müssen warmbeständig sowie druck- und verschleissfest sein und sollen bei der Verarbeitung von PVC-Produkten rost- und säurebeständig sein.
Bsp.: 1.2316
KORROSIONS- UND SÄUREBESTÄNDIG
Korrosionsbeständige Stähle verfügen allgemein über einen hohen Legierungsanteil an Chrom (mindestens 12 %), z.B.1.2083.
Sie gewährleisten nicht zwingend vollständige Rostfreiheit, verhindern jedoch einen technisch problematischen Rostfraß. Noch widerstandsfähiger sind säurebeständige Stähle, die darüber hinaus z.B. über mindestens 8 % Nickel verfügen, Bsp.: 1.4301.
Korrosions- und säurebeständige Stähle sind allgemein im Bereich der Nahrungsmittelverarbeitung und in der chemischen Industrie verwendbar. Je nach Legierungszusammensetzung kann das Gefüge z.B. martensitisch (1.2316, magnetisierbar) oder auch austenitisch sein (1.4301, nicht magnetisierbar).
EINSATZSTAHL
Einsatzstähle sind unlegierte bis mittellegierte Stähle, die in der Regel weniger als 0,25 % Kohlenstoff aufweisen. Bei Temperaturen > 920 Grad Celsius erfolgt eine gezielte Kohlenstoffanreicherung (Aufkohlung) z.B. mittels Pulver/Granulat, Gas oder Salzbad. Der Kohlenstoff diffundiert in die Werkstückrandzone bis zu einer Tiefe von 1,5 – 2 mm. Nach dem Aufkohlen werden verschiedene kombinierte Härteverfahren angewandt, welche die Notwendigkeit unterschiedlicher Härtetemperaturen bei abweichenden Kohlenstoffgehalten in Rand und Kern berücksichtigen. Einstzstähle erreichen Randhärten bis 62 HRC, wohingegen die Höhe der Kernhärte durch die Höhe des Legierungsgehaltes bestimmt wird.
