1. Eigenschaften von Kaltarbeitsstahl
Das wichtigste Merkmal von Kaltarbeitsstahl ist seine Verschleißfestigkeit. Die grundlegende Methode zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit besteht darin, die Härte von Stahl zu erhöhen. Kaltarbeitsstahl wird im Allgemeinen vergütet und in einem Härtezustand von etwa 60 HRC verwendet. Durch Erhöhen des C-Gehalts im Stahl kann die Härte erhöht werden. Darüber hinaus kann die Zugabe von Cr, Mo, V, W und anderen karbiderzeugenden Elementen, sodass der Stahl M7C3, M6C, MC und andere harte Karbide enthält, die Verschleißfestigkeit von Stahl weiter verbessern. Wenn jedoch die Menge an Karbid groß ist, nehmen die Zähigkeit und die Ermüdungsbeständigkeit des Stahls ab. Daher ist es notwendig, je nach Verwendungszweck den geeigneten Kaltarbeitsstahl auszuwählen.
2. Kohlenstoff-Werkzeugstahl
Der Stahl mit einem C-Gehalt von 0,55 % ~ 1,50 % und etwas Si und Mn ist Kohlenstoff-Werkzeugstahl. In JIS gibt es 11 Kohlenstoff-Werkzeugstahlsorten. Kohlenstoff-Werkzeugstahl wird bei 750 bis 840 Grad abgeschreckt und bei 150 bis 200 Grad angelassen, und die Härte kann 54 bis 63 HRC erreichen. Aufgrund der wenigen Legierungselemente im Kohlenstoff-Werkzeugstahl ist die Härtbarkeit schlecht, so dass ein Abschrecken mit Wasserkühlung erforderlich ist. Und selbst wenn das Wasser abgekühlt wird, kann die Mitte des Werkstücks nicht gehärtet werden, sondern nur die Oberfläche wird gehärtet, und die Härte der Mitte ist immer noch gering. Die am häufigsten verwendete JIS-Kohlenstoff-Werkzeugstahlsorte ist SK105 (1,05C-0,2Si-0,25Mn). SK105 wird für Schneidwerkzeuge, Stahlstangen, Vorrichtungen und Matrizen verwendet.
3. Legierter Werkzeugstahl
JIS klassifiziert legierten Werkzeugstahl in vier Kategorien: Schneidwerkzeugstahl, schlagfester Werkzeugstahl, Kaltarbeitsstahl, Warmarbeitsstahl. Darunter gibt es 10 Sorten Kaltarbeitsstahl. Darüber hinaus gibt es viele modifizierte Stahlsorten auf Basis von JIS-Stahl. Im Folgenden finden Sie eine kurze Beschreibung der Eigenschaften der repräsentativen Sorten legierten Werkzeugstahls.
3.1 Niedriglegierter Werkzeugstahl
Der Gehalt an Legierungselementen im Kaltarbeitsgesenkstahl ist relativ niedrig legierter Werkzeugstahl, und die am häufigsten verwendeten Sorten sind SKS93 (1.05C-0.95Mn-0.4Cr) und SKS3 (0.95C{{10}}.05Mn-0.75Cr). Der Mn-Gehalt dieser beiden Sorten beträgt etwa 1 %, SKS93 enthält 0,4 Cr, SKS3 enthält 0,75 Cr, was die Härtbarkeit des Stahls verbessert. Darüber hinaus enthält SKS3 auch 0,75 % W zur Verbesserung der Härtbarkeit und Zähigkeit. Niedriglegierter Werkzeugstahl wird für Schneidkanten, Messgeräte, Matrizen usw. verwendet.
3.2 Kaltarbeitsstahl mit hohem C- und hohem Cr-Gehalt
Die bekannteste Kaltarbeitsstahlsorte mit hohem C- und hohem Cr-Gehalt ist SKD11 (1,5C-12Cr-1Mo-Serie). Das größte Merkmal von SKD11 ist seine gute Verschleißfestigkeit. Aufgrund des hohen Cr-Gehalts befindet sich in der Mutterphase ein grobes Cr-Karbid (M7C3), das die Verschleißfestigkeit verbessert. Die Härtbarkeit von SKD11 ist gut und durch Luftkühlung kann eine gleichmäßige Kernhärte erreicht werden. Die Abschrecktemperatur von SKD11 beträgt 1000 bis 1040 Grad. Dies ist die üblicherweise verwendete Abschrecktemperatur von Vakuum-Wärmebehandlungsöfen. Der Kaltarbeitsstahl mit besserer Verschleißfestigkeit als SKD11 ist SKD1 (2C-12Cr-Serie). Der C- und Cr-Gehalt von SKD1 ist höher als der von SKD11, daher ist auch der Anteil an groben Cr-Karbiden höher, was SKD1 zu einem Werkzeugstahl mit hoher Verschleißfestigkeit macht. Aufgrund der großen Menge an Cr-Karbiden sind die Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit nicht so gut wie bei SKD11. Da die Abschrecktemperatur von SKD1 950 Grad beträgt, was sich von der üblicherweise verwendeten Abschrecktemperatur unterscheidet, und die Härtbarkeit schlecht ist, muss es mit Öl abgeschreckt werden. Daher wird SKD1 selten verwendet.
3.3 8%Cr-Kaltarbeitsstahl
Obwohl 8 % Cr-Stahl nicht in den JIS-Standards enthalten ist, wird er häufig verwendet. Auf der Grundlage von SKD11 wird die Zusammensetzung des Stahls angepasst und die Hauptzusammensetzung ist 1C-8Cr-2Mo. Der Hintergrund von 8 % Cr besteht darin, dass in den 1970er Jahren die EDM-Bearbeitung von vergütetem Gesenkstahl weit verbreitet war, jedoch das Problem der durch die EDM-Bearbeitung verursachten Risse auftrat. Der Hauptgrund für den Riss liegt darin, dass die abnormale Schicht nicht ausreichend entfernt wird, aber auch die Abschreckeigenspannung und Zähigkeit unzureichend sind. Die Eigenspannung kann durch Hochtemperaturanlassen effektiv beseitigt werden. Aber SKD11 kann nach einer Hochtemperatur-Anlassbehandlung nicht die erforderliche Härte erreichen und die Zähigkeit ist nicht gut. Daher werden auf der Basis von SKD11 C und Cr reduziert, um die Zähigkeit zu verbessern, und mehr Mo hinzugefügt, sodass der Stahl auch nach dem Hochtemperaturanlassen eine hohe Härte von 62 HRC erreichen kann, sodass ein 8 % Cr-Stahl entsteht. Die Verschleißfestigkeit von 8 % Cr ist nicht so gut wie die von SKD11, wird aber aufgrund seiner hervorragenden Gesamtleistung derzeit immer noch häufig verwendet und ist parallel zu SKD11 die Standardsorte für Kaltarbeitsstahl. Seitdem wurde eine verbesserte Sorte von 8 % Cr-Stahl entwickelt.
