Wolfram-Schnellarbeitsstahl ist bekannt für seine Fähigkeit, die Härte zu bewahren, Verschleiß zu widerstehen und auch bei erhöhten Temperaturen eine hohe Schneidleistung zu gewährleisten. Er wird seit langem zur Herstellung von Bohrern, Fräsern, Gewindebohrern, Reibahlen und anderen Präzisionsschneidwerkzeugen verwendet.
Das Verständnis seiner Zusammensetzung, Eigenschaften und verfügbaren Sorten hilft Herstellern dabei, den richtigen Werkzeugwerkstoff für bestimmte Bearbeitungsbedingungen auszuwählen. Dieser Leitfaden erläutert, was Wolfram-Schnellarbeitsstahl ist, wie er sich von anderen HSS-Sorten unterscheidet und welche Eigenschaften in der praktischen Anwendung am wichtigsten sind.
Was ist Wolfram-Schnellarbeitsstahl?
Wolfram-Schnellarbeitsstahl (Wolfram-HSS) ist ein hochlegierter Werkzeugstahl, bei dem Wolfram als Hauptlegierungselement eingesetzt wird, um die Warmhärte, die Verschleißfestigkeit und die Zerspanungsleistung zu verbessern. Er enthält außerdem Kohlenstoff, Chrom und Vanadium; bei einigen Sorten werden zusätzlich Kobalt oder Molybdän beigemischt, um bestimmte Leistungseigenschaften zu erzielen.
Im Gegensatz zu gewöhnlichem Kohlenstoff-Werkzeugstahl behält Wolfram-HSS auch bei erhöhten Schnitttemperaturen seine nutzbare Härte bei, sodass Schneidwerkzeuge unter Bedingungen eingesetzt werden können, unter denen herkömmliche Werkzeugstähle schneller erweichen würden.
W18Cr4V ist ein klassisches Beispiel für einen Wolfram-Schnellarbeitsstahl. Sein hoher Wolframgehalt trägt zur Warmhärte und Verschleißfestigkeit bei, wodurch er sich für eine Vielzahl von Präzisionsschneidwerkzeugen eignet. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit hängt jedoch von der gesamten Legierungszusammensetzung, der Wärmebehandlung, der Werkzeuggeometrie und den Bearbeitungsbedingungen ab – nicht allein vom Wolframgehalt.
Wolfram-HSS im Vergleich zu herkömmlichem HSS
Schnellarbeitsstahl (HSS) ist eine weit gefasste Kategorie von Werkzeugstählen, die darauf ausgelegt sind, ihre Härte und Schneidleistung auch bei erhöhten Temperaturen beizubehalten. Wolfram-HSS ist ein traditioneller Zweig dieser Kategorie, der sich durch Wolfram als Hauptlegierungselement auszeichnet.
Der wesentliche Unterschied liegt im Legierungssystem. Herkömmliche HSS-Sorten mit Wolfram, wie beispielsweise W18Cr4V, sind in hohem Maße auf Wolfram angewiesen, um die Warmhärte und Verschleißfestigkeit zu gewährleisten. Andere HSS-Sorten nutzen unterschiedliche Kombinationen aus Wolfram, Molybdän, Vanadium und Kobalt, um ein Gleichgewicht zwischen Härte, Zähigkeit und Herstellungskosten herzustellen.
Wolfram spielt bei HSS in mehrfacher Hinsicht eine wichtige Rolle:
- Rote Härte: Trägt dazu bei, dass der Stahl auch bei steigenden Schnitttemperaturen seine Härte behält, wodurch das Erweichen an der Schneide verzögert wird.
- Verschleißfestigkeit: Trägt zur Bildung von harten Karbiden bei, die abriebfest sind.
- Modernste Retention: Trägt dazu bei, dass Werkzeuge bei wiederholten Schneidvorgängen ihre Geometrie und Schärfe behalten.
- Hochtemperaturbeständigkeit: Sorgt für Härte und mikrostrukturelle Stabilität bei Einwirkung erhöhter Temperaturen.
Diese Vorteile bedeuten jedoch nicht, dass Wolfram-HSS anderen HSS-Sorten stets überlegen ist. Einige molybdänbasierte Sorten bieten eine bessere Zähigkeit oder ein günstigeres Gleichgewicht der Eigenschaften für Bohrer, Fräser und Werkzeuge, die unterbrochenem Zerspanen ausgesetzt sind. Die richtige Wahl hängt vom Werkstückmaterial, den Schnittbedingungen, der Werkzeugauslegung und der erforderlichen Standzeit ab.
Zusammensetzung von Wolfram-Schnellarbeitsstahl
Die Zusammensetzung von Wolfram-Schnellarbeitsstahl bestimmt dessen Härte, Verschleißfestigkeit, Rotfestigkeit, Zähigkeit und Schleifbarkeit. Während Wolfram das maßgebliche Legierungselement in herkömmlichem Wolfram-Schnellarbeitsstahl ist, sind auch Kohlenstoff, Chrom und Vanadium von entscheidender Bedeutung. Einige Sorten enthalten Kobalt oder Molybdän, um ihre Eigenschaften weiter zu optimieren.
Die genauen Anteile variieren je nach Güteklasse. Die folgende Tabelle erläutert die Hauptfunktion der einzelnen Elemente in der Legierung.
| Legierungselement | Hauptfunktion | Auswirkungen auf die Leistung |
|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | Bildet Karbide und fördert die Härtung | Erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit, doch zu hohe Gehalte können die Zähigkeit verringern |
| Wolfram (W) | Bildet stabile Karbide und verbessert die Warmhärte | Trägt dazu bei, die Härte bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten |
| Chrom (Cr) | Verbessert die Härtbarkeit und trägt zur Karbidbildung bei | Fördert die Durchhärtung und die Verschleißfestigkeit |
| Vanadium (V) | Bildet harte Vanadiumkarbide | Verbessert die Verschleißfestigkeit und die Schneidkantenbeständigkeit |
| Kobalt (Co) | Verbessert die Warmhärte | Trägt dazu bei, die Härte beim Schneiden bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten |
| Molybdän (Mo) | Unterstützt die Härtung und die Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen | Kann je nach Sorte die Zähigkeit und die Warmhärte verbessern |
Diese Elemente wirken nicht unabhängig voneinander, sondern in Wechselwirkung miteinander. Ihre Anteile, die Verteilung der Karbide, die Wärmebehandlung und das Herstellungsverfahren beeinflussen alle die endgültigen Eigenschaften des Stahls.
Die Rolle von Wolfram
Wolfram ist das wichtigste Legierungselement in herkömmlichem Wolfram-HSS. Bei der Wärmebehandlung ist Wolfram an der Karbidbildung beteiligt und trägt zur Nachhärtung sowie zur Beständigkeit gegen Erweichung bei erhöhten Temperaturen bei.
Dies ist besonders bei Schneidwerkzeugen von Bedeutung, bei denen durch die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück Wärme entsteht. Wenn die Schneide zu schnell erweicht, verliert sie an Härte, nutzt sich schneller ab und kann möglicherweise die erforderliche Geometrie nicht mehr beibehalten.
Wolfram trägt dazu bei, dass der Stahl unter diesen Bedingungen seine erforderliche Härte beibehält, was Härte, Verschleißfestigkeit und Schneidkantenstabilität. Ein hoher Wolframgehalt allein garantiert jedoch noch keine bessere Leistung. Auch die Verteilung der Karbide und die Wärmebehandlung spielen eine Rolle, und eine übermäßige oder ungleichmäßige Karbidbildung kann die Zähigkeit verringern und die Bearbeitung des Werkstoffs erschweren.
Die Rolle von Kohlenstoff und Vanadium
Kohlenstoff und Vanadium sind entscheidend für die Härte und Verschleißfestigkeit von Wolfram-HSS.
Kohlenstoff verbindet sich mit Legierungselementen zu Karbiden und ermöglicht es dem Stahl, durch Abschrecken und Anlassen eine hohe Härte zu entwickeln. Ein höherer Kohlenstoffgehalt kann die Härte und Verschleißfestigkeit verbessern, jedoch auch die Sprödigkeit erhöhen und die Schlagzähigkeit verringern, wenn die Legierung und die Wärmebehandlung nicht richtig aufeinander abgestimmt sind.
Vanadium bildet besonders harte Vanadiumkarbide, die abriebfest sind. Daher eignen sich HSS-Sorten mit hohem Vanadiumgehalt für Werkzeuge, die über lange Produktionsläufe hinweg eine scharfe Schneide behalten müssen.
Der Kompromiss liegt in der Herstellbarkeit. Ein höherer Vanadiumgehalt kann das Schleifen erschweren, während ein hoher Kohlenstoff- und Karbidgehalt die Zähigkeit verringern kann. Bei der Auswahl der Sorte muss daher ein Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und dem Risiko von Kantenausbrüchen, der Werkzeuggeometrie und den Schleifanforderungen gefunden werden.
Die Rolle von Chrom, Kobalt und Molybdän
Chrom, Kobalt und Molybdän tragen dazu bei, HSS-Wolfram für unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen maßzuschneidern.
- Chrom (Cr): Verbessert die Härtbarkeit und trägt dazu bei, dass der Stahl durch Wärmebehandlung die erforderliche Härte erreicht. Außerdem wirkt es sich positiv auf das gesamte Karbid-System aus und fördert die Verschleißfestigkeit.
- Kobalt (Co): Trägt dazu bei, die Härte bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten. Kobalthaltige Sorten werden häufig für anspruchsvolle Zerspanungsbedingungen gewählt, bei denen hitzebeständige Legierungen oder andere schwer zerspanbare Werkstoffe zum Einsatz kommen. Allerdings verbessert Kobalt nicht automatisch die Zähigkeit, und diese Sorten sind in der Regel teurer.
- Molybdän (Mo): Fördert die Sekundärhärtung und die Warmhärte. Bei HSS-Sorten aus Wolfram-Molybdän sorgt es für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Härte, Zähigkeit und Kosten. Diese Sorten finden breite Anwendung bei Bohrern, Fräsern und anderen Allzweck-Schneidwerkzeugen.
Die Anteile dieser Elemente unterscheiden die einzelnen Güteklassen voneinander. Bei kohlenstoffreichen Güten steht die Härte im Vordergrund, bei vanadiumreichen Güten die Verschleißfestigkeit und bei kobalthaltigen Güten eine bessere Härtebeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. Das Verständnis dieser Unterschiede erleichtert den Vergleich bestimmter HSS-Wolfram-Güten und die Auswahl eines für die jeweilige Anwendung geeigneten Werkstoffs.
Wesentliche Eigenschaften von Wolfram-Schnellarbeitsstahl
Wolfram-Schnellarbeitsstahl vereint hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Warmhärte für Schneidwerkzeuge, die unter anspruchsvollen Bedingungen eingesetzt werden. Diese Eigenschaften variieren jedoch je nach Sorte und Wärmebehandlung. Bei der Auswahl des richtigen Werkstoffs müssen Härte und Verschleißfestigkeit gegen Zähigkeit, Schleifbarkeit und das Risiko von Kantenausbrüchen abgewogen werden.
Härte
Wolfram-HSS erreicht nach einer entsprechenden Wärmebehandlung üblicherweise etwa 62–68 HRC, wobei einige Spezialgüten auch außerhalb dieses Bereichs liegen können. So erreicht beispielsweise der herkömmliche W18Cr4V-Stahl typischerweise etwa 63–66 HRC, während kohlenstoffreiche und Hochleistungssorten unter bestimmten Bedingungen 66–69 HRC oder mehr erreichen können.
Die Härte hängt vom Kohlenstoffgehalt, der Legierungszusammensetzung, der Abschrecktemperatur und den Anlassbedingungen ab. Eine höhere Härte kann die Eindrück- und Verschleißfestigkeit verbessern, doch ist die maximale Härte nicht immer die beste Wahl. Bei Werkzeugen, die Stößen oder unterbrochenem Schneiden ausgesetzt sind, ist unter Umständen ein besseres Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit erforderlich.
Rote Härte
Die Warmhärte bezeichnet die Fähigkeit eines Werkzeugstahls, bei steigender Temperatur während der Bearbeitung seine Härte und Schneidleistung beizubehalten. Sie ist eine der charakteristischen Eigenschaften von Schnellarbeitsstahl.
Beim Zerspanen entsteht Wärme an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück. Wenn die Schneide weich wird, kann sie sich schnell abnutzen und an Maßgenauigkeit verlieren. Wolfram trägt dazu bei, die Karbidstruktur zu stabilisieren und einer Erweichung bei erhöhten Temperaturen entgegenzuwirken, wodurch das Werkzeug seine Schneide länger beibehält.
Die tatsächliche Rot-Härte-Leistung variiert je nach Sorte und Wärmebehandlung. Kobalthaltige und andere Hochleistungs-HSS-Sorten werden häufig gewählt, wenn unter Hochtemperatur-Zerspanungsbedingungen ein höherer Härteerhalt erforderlich ist.
Verschleißfestigkeit
Die Verschleißfestigkeit bestimmt, wie gut ein Schneidwerkzeug dem Materialverlust bei wiederholtem Kontakt mit dem Werkstück standhält.
Kohlenstoff fördert die Karbidbildung, während Vanadium sehr harte Vanadiumkarbide bildet, die die Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß verbessern. Wolfram trägt ebenfalls zum Karbidsystem und zur Hochtemperaturbeständigkeit bei. Kobalt kann die Warmhärteerhaltung verbessern und so dazu beitragen, dass die Schneide auch unter anspruchsvollen Bedingungen ihre Leistungsfähigkeit behält.
Sorten mit hohem Kohlenstoff- und Vanadiumgehalt eignen sich daher besonders dort, wo die Standzeit und die Schneidkantenbeständigkeit im Vordergrund stehen. Ein höherer Karbidanteil kann jedoch das Schleifen erschweren und die Zähigkeit beeinträchtigen. Die Wahl der besten Sorte hängt vom Werkstückmaterial, den Schnittbedingungen und der erforderlichen Standzeit ab.
Zähigkeit und Schlagfestigkeit
Zähigkeit ist die Fähigkeit, unter mechanischer Belastung Rissen oder Brüchen zu widerstehen, während Schlagfestigkeit die Fähigkeit beschreibt, plötzlichen Belastungen oder Stößen standzuhalten.
Wolfram-HSS weist im Allgemeinen eine bessere Schlagfestigkeit auf als Hartmetall und eignet sich daher für Werkzeuge, die Vibrationen oder unterbrochenem Schnitt ausgesetzt sind. Es ist jedoch nicht immun gegen Ausbrüche oder Brüche.
Herkömmliche Werkstoffe mit hohem Wolframanteil können eine grobe oder ungleichmäßige Karbidverteilung aufweisen, was die Zähigkeit beeinträchtigen kann. Eine Erhöhung der Härte oder Verschleißfestigkeit kann zudem das Risiko von Kantenausbrüchen erhöhen, wenn die Werkzeuggeometrie, die Wärmebehandlung oder die Schnittbedingungen ungeeignet sind. Für Anwendungen mit starker Stoßbelastung kann eine zähere HSS-Sorte oder eine pulvermetallurgische Sorte die bessere Wahl sein.
Mahlbarkeit
Die Schleifbarkeit ist ein wichtiger Vorteil von Schnellarbeitsstahl im Werkzeugbau. Schnellarbeitsstahl lässt sich im Allgemeinen leichter zu komplexen Schneidgeometrien schleifen und schärfen als Hartmetall, wobei der Schwierigkeitsgrad von der Sorte und dem Hartmetallgehalt abhängt.
Dadurch eignet sich HSS für die Herstellung und Aufarbeitung von Werkzeugen wie beispielsweise:
- Bohrer und Gewindebohrer: Erfordern präzise Schneidkanten und eine kontrollierte Werkzeuggeometrie.
- Reibahlen: Für die Endbearbeitung von Bohrungen sind eine präzise Kantengeometrie und Maßgenauigkeit erforderlich.
- Fräser: Weisen häufig komplexe Rillen, Profile und Schneidkanten auf.
- Zahnradfräser und Wälzfräser: Für die Herstellung einer präzisen Zahnradgeometrie sind sorgfältig geschliffene Zahnprofile erforderlich.
Sorten mit hohem Vanadium- und Karbidgehalt lassen sich unter Umständen schwerer schleifen als herkömmlicher Schnellarbeitsstahl (HSS). Geeignete Schleifscheiben, Prozessparameter und eine gute Temperaturregelung sind wichtig, um Schleifverbrennungen, Mikrorisse und Kantenbeschädigungen zu vermeiden.
Dichte von Wolfram-Schnellarbeitsstahl
Die Dichte von Wolfram-Schnellarbeitsstahl variiert je nach Legierungszusammensetzung und Güteklasse. Als repräsentative Werte geben einige Datenquellen etwa 8,26 g/cm³ für 9W18Cr4V und 8,25 g/cm³ für 9W6Mo5Cr4V2 an.
Diese Angaben sind als sortenspezifische Richtwerte und nicht als allgemeingültige Dichte für alle Wolfram-HSS-Stähle zu betrachten. Die tatsächlichen Werte können je nach Zusammensetzung und Herstellungsbedingungen variieren. Wenn die Dichte für die Berechnung des Bauteilgewichts oder für Materialspezifikationen von Bedeutung ist, sollten Sie die entsprechende Sortennorm oder die technischen Daten des Lieferanten heranziehen.
Wolfram-Schnellarbeitsstahlsorten
Wolfram-Schnellarbeitsstahl ist in verschiedenen Güteklassen erhältlich, die jeweils auf ein unterschiedliches Gleichgewicht zwischen Härte, Verschleißfestigkeit, Warmhärte und Zähigkeit ausgelegt sind. Anstatt eine Güteklasse allein anhand des Wolframgehalts auszuwählen, sollten Hersteller die Geometrie des Werkzeugs, das Werkstückmaterial, die Schnittbedingungen und die erwartete Standzeit berücksichtigen.
W18Cr4V – Der klassische Wolfram-HSS-Stahl
W18Cr4V ist ein herkömmlicher Wolfram-Schnellarbeitsstahl, der etwa 18% Wolfram und 4% Chrom enthält, wobei Vanadium und Kohlenstoff zu seiner Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit beitragen.
Zu den wichtigsten Vorteilen zählen eine gute Rotfestigkeit, eine zuverlässige Schneidkantenbeständigkeit und die Eignung für Präzisionsschneidwerkzeuge. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Reibahlen, Gewindebohrer, Fräser, Räumwerkzeuge und Verzahnungswerkzeuge, die unter geeigneten Schnittbedingungen eingesetzt werden.
Sein relativ hoher Wolframgehalt kann jedoch bei konventionell hergestelltem Material zur Karbidausscheidung führen, was möglicherweise die Zähigkeit beeinträchtigt. Daher eignet es sich möglicherweise weniger für Werkzeuge, die starken Stößen oder anspruchsvollen Unterbrechungsschneidvorgängen ausgesetzt sind.
W18Cr4V wird üblicherweise mit internationalen Bezeichnungen wie AISI T1, JIS SKH2 und DIN 1.3355 in Verbindung gebracht. Diese Entsprechungen sollten anhand der geltenden Werkstoffnormen und der Lieferantenunterlagen überprüft werden, bevor eine Sorte für die Fertigung festgelegt wird.
HSS-Wolfram mit hohem Kohlenstoffgehalt
Bei hochkohlenstoffhaltigen Sorten wird der Kohlenstoffgehalt erhöht, um die Karbidbildung zu fördern und eine höhere Härte sowie Verschleißfestigkeit zu erzielen. Der Nachteil dabei ist eine geringere Zähigkeit und eine größere Empfindlichkeit gegenüber der Wärmebehandlung.
Zwei typische Sorten sind 9W18Cr4V und 9W6Mo5Cr4V2. Bei letzterer handelt es sich eher um eine Wolfram-Molybdän-HSS-Variante als um eine rein wolframdominante Sorte.
| Klasse | Wichtigste Merkmale | Typische Anwendungsbereiche |
|---|---|---|
| 9W18Cr4V | Hohe Härte und Verschleißfestigkeit bei relativ geringer Schlagzähigkeit | Reibahlen, Senker, Gewindebohrer und verschleißfeste Schneidwerkzeuge |
| 9W6Mo5Cr4V2 | Hohe Härte bei einem ausgewogeneren Zähigkeitsprofil unter geeigneten Wärmebehandlungsbedingungen | Bohrer, Gewindebohrer, Fräser und ausgewählte Werkzeuge für schwer zerspanbare Werkstoffe |
HSS mit hohem Kohlenstoffgehalt kann sinnvoll sein, wenn Verschleißfestigkeit im Vordergrund steht, doch eine zu hohe Härte kann das Risiko von Kantenausbrüchen erhöhen. Eine fachgerechte Abschreckung und wiederholtes Anlassen sind wichtig, um das angestrebte Gleichgewicht der Eigenschaften zu erreichen.
HSS-Wolfram mit hohem Vanadiumgehalt
HSS mit hohem Vanadiumgehalt enthält mehr Vanadium als herkömmliche Sorten. Vanadium bildet extrem harte Karbide, die die Abriebfestigkeit verbessern und dazu beitragen, dass die Schneidkanten auch bei längerem Einsatz ihre Geometrie beibehalten.
Zu den typischen Werkstoffsorten gehören W6Mo5Cr4V3, W12Cr4V4Mo, W6Mo5Cr4V4, W9Cr4V5 und W12Cr4V5Co5 (in den entsprechenden Werkstoffsystemen häufig als T15 bezeichnet).
Diese Sorten sind für anspruchsvolle Verschleißbedingungen ausgelegt, darunter die Bearbeitung ausgewählter hochfester Stähle und schwer zerspanbarer Legierungen. Ihre Eigenschaften variieren: Die kobalthaltige Sorte T15 beispielsweise kombiniert einen hohen Vanadiumgehalt mit Kobalt, um die Warmhärte zu verbessern.
Die größte Einschränkung ist die Herstellbarkeit. Ein hoher Vanadiumkarbidanteil kann das Schleifen erschweren, während einige hochverschleißfeste Sorten eine geringere Zähigkeit aufweisen als ausgewogenere HSS-Sorten. Sie sollten vor allem dann ausgewählt werden, wenn der zu erwartende Verschleißvorteil den zusätzlichen Aufwand beim Schleifen und bei der Werkzeugfertigung rechtfertigt.
Kobalthaltiger Wolfram-HSS-Stahl
Kobalthaltige HSS-Sorten wurden entwickelt, um die Härte bei erhöhten Temperaturen besser zu erhalten. Kobalt fördert die Nachhärtung und verbessert die Warmhärte, wodurch die Schneidkanten der bei anspruchsvollen Zerspanungsvorgängen entstehenden Wärme besser standhalten können.
Zu den typischen Güten zählen W18Cr4VCo5, W18Cr4V2Co8, W6Mo5Cr4V2Co5 (M35), W6Mo5Cr4V2Co8 (allgemein als M42 bezeichnet) und W7Mo4Cr4V2Co5.
Diese Sorten werden für Schneidwerkzeuge verwendet, die für anspruchsvolle Einsatzbedingungen ausgelegt sind, darunter die Bearbeitung ausgewählter Edelstähle, Titanlegierungen und hitzebeständiger Legierungen auf Nickelbasis. Je nach Sorte gehören zu den Anwendungsbereichen Bohrer, Gewindebohrer, Fräser, Wälzfräser und andere komplexe Schneidwerkzeuge.
Der Kobaltgehalt allein ist nicht ausschlaggebend für die Leistungsfähigkeit. Auch Kohlenstoff, Vanadium, Wolfram, Molybdän und die Wärmebehandlung spielen eine Rolle. Kobalthaltige Sorten sind in der Regel teurer, und ihre höhere Härte kann mit Einbußen bei der Zähigkeit und Schleifbarkeit einhergehen. Vor der Bestellung sollten die genauen internationalen Sortenäquivalenzen überprüft werden, da ähnlich aussehende Bezeichnungen nicht immer austauschbar sind.
Aluminiumhaltiger Wolfram-HSS-Stahl
Bei aluminiumhaltigen HSS-Sorten wird Aluminium als Legierungszusatz verwendet, um das Härtungsverhalten und die Hochtemperaturbeständigkeit zu verbessern. Zu den typischen Sorten zählen W6Mo5Cr4V2Al (501) und W10Mo4Cr4V3Al (5F-6).
Diese Sorten bieten eine vorteilhafte Kombination aus Härte, Verschleißfestigkeit und Rothärte, ohne dass Kobalt als primärer leistungssteigernder Zusatzstoff zum Einsatz kommt. Dadurch können sie eine Alternative für ausgewählte Anwendungen darstellen, bei denen andernfalls kobalthaltiger Schnellarbeitsstahl (HSS) in Betracht gezogen würde.
Aluminiumhaltige Sorten können jedoch während der Wärmebehandlung anfällig für Überhitzung, Oxidation und Entkohlung sein. Ihre Schleifeigenschaften und Endmerkmale hängen zudem von der Zusammensetzung und der Verarbeitung ab.
Auch wenn diese Sorten bei einigen Anwendungen Kostenvorteile bieten können, sind sie kein universeller Ersatz für kobalthaltigen HSS. Die richtige Wahl hängt von der erforderlichen Warmhärte, der Zähigkeit, der Werkzeuggeometrie, dem Fertigungsverfahren und den Gesamtwerkzeugkosten ab.
Anwendungsbereiche von HSS-Werkzeugen mit Wolframzusatz
Wolfram-Schnellarbeitsstahl findet breite Anwendung bei Schneidwerkzeugen, die scharfe Schneiden, komplexe Geometrien und zuverlässige Verschleißfestigkeit erfordern. Obwohl Hartmetall für viele Bearbeitungsvorgänge mit hohen Geschwindigkeiten bevorzugt wird, bleibt Schnellarbeitsstahl eine praktische Wahl für Werkzeuge, die präzises Schleifen, häufiges Nachschärfen oder ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Härte und Zähigkeit erfordern.
Übungen
Wolfram-HSS wird häufig für Spiralbohrer und andere Werkzeuge zur Lochbearbeitung verwendet, insbesondere zur Bearbeitung von Stählen und allgemeinen technischen Werkstoffen. Die Kombination aus Härte, Zähigkeit und Schleifbarkeit ermöglicht präzise Schneidkanten und eine zuverlässige Leistung. HSS-Bohrer lassen sich zudem kostengünstig herstellen und nachschleifen, wodurch sie sich für die allgemeine Bearbeitung und kleinere Serien eignen.
Fräser
Schaftfräser, Formfräser und andere Fräswerkzeuge können aus HSS gefertigt werden, wenn komplexe Schneidkanalgeometrien oder spezielle Schneidprofile erforderlich sind. HSS lässt sich relativ leicht zu filigranen Formen schleifen und verträgt Unterbrechungen des Schneidvorgangs besser als sprödere Werkzeugwerkstoffe. Es eignet sich besonders gut für moderate Schnittgeschwindigkeiten, obwohl Hartmetall im Allgemeinen bevorzugt wird, wenn unter anspruchsvollen Bedingungen eine höhere Produktivität und längere Standzeiten erforderlich sind.
Gewindebohrer und Gewindeschneidwerkzeuge
Gewindebohrer, Gewindeschneidwerkzeuge und zugehörige Gewindeschneidwerkzeuge benötigen scharfe Schneidkanten und präzise Profile, um exakte Gewinde herzustellen. Wolfram-HSS bietet für diese Anwendungen eine vorteilhafte Kombination aus Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit. Für anspruchsvollere Werkstoffe können je nach Gewindeschneidverfahren und Betriebsbedingungen kobalthaltige oder andere Hochleistungs-HSS-Sorten gewählt werden.
Reibahlen und Senker
Reibahlen und Senker sind Feinschneidwerkzeuge, bei denen es auf eine präzise Geometrie und eine gut gepflegte Schneide ankommt. HSS mit Wolframanteilen lässt sich auf enge Maßvorgaben schleifen und bei Bedarf nachgeschliffen werden. Seine Verschleißfestigkeit trägt dazu bei, die Schneidleistung aufrechtzuerhalten, während seine Zähigkeit bei ordnungsgemäß kontrollierten Arbeitsabläufen einen nützlichen Spielraum gegen Beschädigungen der Schneide bietet.
Zahnradfräser und Wälzfräser
Zahnradfräser und Wälzfräser weisen komplexe Zahnprofile auf, die präzise gefertigt werden müssen, um die erforderliche Zahnradgeometrie zu erzielen. HSS eignet sich gut für diese Werkzeuge, da es ein detailliertes Profilschleifen, die Kantenpflege und wiederholtes Nachschärfen ermöglicht. Hochleistungssorten können gewählt werden, wenn für längere Produktionsläufe eine höhere Verschleißfestigkeit oder Warmhärte erforderlich ist.
Räumer und Formwerkzeuge
Räumwerkzeuge und Formwerkzeuge weisen häufig mehrere Schneidkanten oder nicht standardisierte Profile auf, die schwer herzustellen und zu warten sind. Wolfram-HSS bietet die für diese komplexen Formen erforderliche Schleifbarkeit sowie eine ausreichende Zähigkeit für viele Zerspanungsvorgänge. Es eignet sich besonders dann, wenn die Werkzeuggeometrie sehr speziell ist, die Produktionsmengen den Einsatz einer teureren Alternative nicht rechtfertigen oder wenn Werkzeuge nachgeschliffen und wiederverwendet werden müssen.
Bei all diesen Anwendungsbereichen hängt der weitere Einsatz von Wolfram-HSS letztlich von einer praktischen Abwägung ab: komplexe Geometrie, scharfe Schneidkanten, Schleifbarkeit, Zähigkeit und Werkzeugkosten. Es ist zwar nicht immer der schnellste Werkzeugwerkstoff, aber er ist nach wie vor wertvoll, wenn diese Eigenschaften wichtiger sind als die maximale Schnittgeschwindigkeit.
Wann sollte man sich für Wolfram-Schnellarbeitsstahl entscheiden?
Wolfram-HSS ist eine sinnvolle Wahl, wenn Werkzeuggeometrie, Schneidkanten-Schärfe, Schleifbarkeit und Zähigkeit ebenso wichtig sind wie die Zerspanungsleistung. Die Wahl der richtigen Sorte hängt vom Werkstückmaterial, der Schnittgeschwindigkeit, der Werkzeugauslegung und der erwarteten Standzeit ab.
Wolfram-HSS ist in folgenden Fällen eine Überlegung wert:
- Bearbeitung bei moderaten Schnittgeschwindigkeiten: Es bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Härte, Verschleißfestigkeit und Kosten, ohne dass dabei die höchstmöglichen Schnittgeschwindigkeiten erforderlich sind.
- Herstellung komplexer Schneidwerkzeuge: Bohrer, Gewindebohrer, Wälzfräser, Durchziehbohrer und Formfräser profitieren häufig von der Schleifbarkeit und dem Nachschärfpotenzial von HSS.
- Arbeiten mit Werkzeugen mit kleinem oder mittlerem Querschnitt: Viele herkömmliche HSS-Sorten eignen sich gut für Präzisionswerkzeuge, sofern die Werkzeuggeometrie und die Schnittkräfte angemessen sind.
- Umgang mit unterbrochenen Schnitten: HSS bietet in geeigneten Anwendungsbereichen eine bessere Schlagfestigkeit als Hartmetall und verringert so das Risiko eines plötzlichen Ausbruchs an der Schneide.
- Bearbeitung von herkömmlichen Stählen und Gusseisen: Geeignete Güteklassen gewährleisten eine zuverlässige Leistung bei einer Vielzahl von allgemeinen Zerspanungsvorgängen.
- Abwägung zwischen Standzeit und Werkzeugkosten: HSS kann kostengünstig sein, wenn Werkzeuge wiederverwendet, nachgeschliffen oder in relativ kleinen Stückzahlen hergestellt werden.
Ein anderes Werkzeugmaterial kann in folgenden Fällen besser geeignet sein:
- Es sind sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten und maximale Produktionsraten erforderlich.
- Gehärtete Stähle oder andere stark abrasive Werkstoffe erfordern eine höhere Härte und Verschleißfestigkeit.
- Bei dieser Anwendung geht es um die Bearbeitung von Keramik oder Hartmetall, wofür in der Regel spezielle superharte Werkzeuge erforderlich sind.
- Dauerhaftes Schneiden bei hohen Temperaturen oder extreme Verschleißbedingungen übersteigen die Leistungsfähigkeit der ausgewählten HSS-Sorte.
Hierbei handelt es sich eher um allgemeine Richtlinien als um feste Regeln. Spezielle HSS-Sorten können unter kontrollierten Bedingungen auch einige schwer zerspanbare Legierungen bearbeiten; daher sollten bei der endgültigen Entscheidung die Werkstückhärte, die Schnittparameter, die Maschinensteifigkeit, die Kühlung und die Werkzeuggeometrie berücksichtigt werden.
Letztendlich ist Wolfram-HSS nicht automatisch besser oder schlechter als Hartmetall oder andere HSS-Sorten. Sein Vorteil liegt in der ausgewogenen Kombination der Eigenschaften, die es für ein bestimmtes Werkzeug und einen bestimmten Bearbeitungsvorgang bietet.
Der nächste Schritt ist die Wahl der richtigen Güteklasse. Verschiedene HSS-Sorten aus Wolfram, Molybdän, mit hohem Kohlenstoffgehalt, hohem Vanadiumgehalt und Kobaltanteil können sich ganz unterschiedlich verhalten, selbst wenn sie zur selben großen Werkstofffamilie gehören. Im nächsten Leitfaden werden wir diese Güteklassen miteinander vergleichen und erläutern, wie Sie die für Ihre spezifischen Schneidanforderungen am besten geeignete Option auswählen können.
