Wie kann man die Qualität von Werkzeugstahl prüfen?

Wenn sich Kunden wegen Werkzeugstahl an unser Unternehmen wenden, höre ich am häufigsten die Frage: „Wie kann ich sicher sein, dass dieser Stahl den Anforderungen gewachsen ist?“ Als jemand, der seit über einem Jahrzehnt in der Werkzeugstahlversorgung tätig ist, weiß ich, dass Qualität nicht nur ein Schlagwort ist, sondern das, was ein Werkzeug, das 1.000 Stunden hält, von einem Werkzeug, das 10.000 Stunden hält, unterscheidet. Ganz gleich, ob Sie als Maschinist kundenspezifische Teile formen, als Formenbauer Kunststoffkomponenten fertigen oder als Formenbauer Metall stanzen, die Qualität Ihres Werkzeugstahls wirkt sich direkt auf Ihr Endergebnis aus: weniger Ausfallzeiten, weniger Ersatzteile und konsistente, präzise Arbeit. Aus diesem Grund möchte ich Ihnen verraten, wie wir die Qualität von Werkzeugstahl testen, damit Sie sich bei jedem Stück, das Sie kaufen, sicher sein können.

Beginnen wir mit den Grundlagen: Werkzeugstahl ist kein Einheitsmaterial. Die von uns verwendeten Tests variieren geringfügig je nach Sorte – beispielsweise bei WarmarbeitsstählenSKD61 Werkzeugstahlhaben andere Anforderungen als Schnellarbeitsstähle, die für Schneidwerkzeuge verwendet werden. Es gibt jedoch allgemeine Kernprüfungen, die jeder Werkzeugstahl bestehen sollte, und einige sortenspezifische Prüfungen, die am wichtigsten sind.

Lassen Sie uns zunächst über die chemische Zusammensetzung sprechen. Dies ist die Grundlage für die Qualität von Werkzeugstahl. Jede Sorte besteht aus einer präzisen Mischung von Elementen: Kohlenstoff für Härte, Chrom für Verschleißfestigkeit, Vanadium für Festigkeit, Molybdän für Zähigkeit. Wenn das Gleichgewicht gestört ist, wird der Stahl versagen, bevor er sollte. M35-Schnellarbeitsstahl ist beispielsweise auf einen bestimmten Prozentsatz an Kobalt angewiesen, um die Härte bei hohen Schnitttemperaturen beizubehalten. Wenn Sie das nicht tun, wird Ihr Schaftfräser mitten in der Arbeit weicher. Wie testen wir das? Wir verwenden optische Emissionsspektrometrie (OES), eine Technik, die eine kleine Probe des Stahls verdampft und das von ihm emittierte Licht analysiert, um jedes vorhandene Element zu identifizieren. Ich habe zu viele nachgeahmte M35-Stangen gesehen, die nur wenig Kobalt enthalten, was dazu führt, dass die Werkzeuge doppelt so schnell stumpf werden, wie sie sollten. OES fängt das auf, bevor der Stahl unser Lager verlässt. Für High-Speed-Grade wieM35 Hochgeschwindigkeits-WerkzeugstahlUndT1-Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstahl, führen wir bei jeder Charge OES-Tests durch, um sicherzustellen, dass der Kobaltgehalt die 5 %-Marke für M35 und den richtigen Kohlenstoffbereich für die Hochtemperaturstabilität von T1 erreicht.

Als nächstes testen wir die Härte. Die Härte ist ein großer Faktor, aber sie ist nicht nur eine einzelne Zahl – es kommt darauf an, wo man sie misst. Für Werkzeugstahl verwenden wir zwei Hauptskalen: Rockwell C (HRC) für die meisten Anwendungen und Vickers (HV) für feinere Prüfungen. Der Schlüssel hier ist Einheitlichkeit. Ein guter Werkzeugstahl sollte an keiner Stelle zu weich (anfällig für Verformung) oder zu hart (anfällig für Absplitterungen) sein. Zum Beispiel, wenn wir liefernA2-WerkzeugstahlplatteFür die Herstellung von Stanzformen testen wir an mehreren Punkten entlang der Plattenoberseite, der Unterseite, den Kanten und in der Mitte, um sicherzustellen, dass die Härte innerhalb von 58–62 HRC bleibt, dem optimalen Punkt für die Verschleißfestigkeit von A2. Wir testen auch den Kern dicker Abschnitte, da die Oberflächenhärte irreführend sein kann. Viele Lieferanten führen nur Oberflächentests durch, wodurch Probleme wie eine ungleichmäßige Wärmebehandlung verborgen bleiben. Für kritische Anwendungen schneiden wir sogar einen kleinen Querschnitt und testen die Härte über die gesamte Dicke, damit unsere Kunden sicher sein können, dass jeder Teil ihres Werkzeugs standhält.

Zähigkeit ist die Kehrseite der Härte – zu spröde, und der Stahl wird unter Druck reißen; zu weich, und es wird sich verbiegen. Hier kommt der Charpy-Schlagtest ins Spiel. Wir bearbeiten eine kleine, gekerbte Stahlprobe, schlagen mit einem schweren Pendel darauf und messen, wie viel Energie sie absorbiert, bevor sie zerbricht. Für Werkzeuge, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind, wie z. B. Kaltarbeitsmatrizen zum Stanzen von dickem Metall, benötigen wir eine Mindestschlagzähigkeit. Letztes Jahr teilte uns ein Kunde mit, dass seine vorherigen A2-Matrizen nach nur 10.000 Prägezyklen Risse aufwiesen. Als wir ihren alten Stahl testeten, betrug der Charpy-Wert 15 J, während unser A2-Werkzeugstahlstab mindestens 28 J aufweist. Dieser kleine Unterschied führte zu 40.000 weiteren Zyklen bis zum ersten Riss. Bei Warmarbeitsstählen wie SKD61 ist die Zähigkeit besonders wichtig, da sie wiederholter thermischer Ermüdung durch Erhitzen und Abkühlen ausgesetzt sind. Wir führen auch Temperaturwechseltests durch, bei denen wir Proben hunderte Male erhitzen und abkühlen, um sicherzustellen, dass SKD61 aufgrund dieser Temperaturschwankungen nicht reißt.

Die Verschleißfestigkeit ist ebenfalls nicht verhandelbar und kann mit dem abrasiven Verschleißtest überprüft werden. Wir reiben ein standardisiertes Schleifmaterial unter einer festen Belastung gegen die Stahlprobe, messen, wie viel Material sich über einen bestimmten Zeitraum abnutzt, und vergleichen es mit der Spezifikation der Sorte. Bei Schnellarbeitsstählen wie T1, die für Schneidwerkzeuge verwendet werden, ist die Verschleißfestigkeit entscheidend für die Erhaltung scharfer Kanten. Wir haben kürzlich eine Charge T1 eines Mitbewerbers getestet, die 30 % mehr Verschleiß aufwies als unser T1, weil sie den Vanadiumgehalt senkten, um die Kosten zu senken. Das bedeutete, dass die Schaftfräser unseres Kunden 30 % länger hielten, was zu einer direkten Reduzierung der Werkzeugkosten führte. Dieser Test ist besonders nützlich für Kunden, die zwischen ähnlichen Sorten wählen – unser SKD61 beispielsweise weist eine bessere Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit auf als viele konkurrierende Warmarbeitsstähle, was wir bei jeder Charge bestätigen.

Dann gibt es noch die Mikrostruktur, die wie die DNA des Stahls ist. Unter dem Mikroskop betrachten wir die Korngröße, Karbide (harte Partikel, die die Verschleißfestigkeit erhöhen) und etwaige Mängel wie Einschlüsse (kleine Stückchen nicht stahlhaltigen Materials) oder Segregationen (ungleichmäßige Verteilung der Elemente). Einschlüsse sind ein großes Warnsignal – sie sind Schwachstellen, an denen Risse entstehen. Mithilfe der Metallographie polieren und ätzen wir eine Probe und untersuchen sie anschließend unter Vergrößerung. Bei Werkzeugstahl streben wir nach feinen, gleichmäßigen Körnern und kleinen, gleichmäßig verteilten Karbiden. Wenn die Körner zu groß sind, ist der Stahl weniger zäh; Wenn die Karbide verklumpt sind, ist die Gefahr von Absplitterungen größer. Im letzten Quartal haben wir eine Charge von A2-Stahl abgelehnt, der übergroße Karbide aufwies, obwohl seine chemische Zusammensetzung und Härte überprüft wurden – die Mikrostruktur zeigte uns, dass er bei langfristigen Anwendungen versagen würde. Deshalb ist dieser Test so wichtig; Es erkennt Probleme, die andere Tests möglicherweise übersehen.

Lassen Sie uns nun darüber sprechen, wie sich diese Tests auf Ihre Arbeit auswirken. Wenn Sie bei einem Lieferanten bestellen, sollten Sie Folgendes anfordern: einen Mühlentestbericht (MTR) für jede Charge, der alle von uns besprochenen Testergebnisse enthalten sollte – chemische Zusammensetzung, Härte, Zähigkeit, Mikrostruktur. Ein seriöser Anbieter wird dies ohne zu zögern zur Verfügung stellen. Wenn Sie Stahl selbst testen, beginnen Sie mit der Härte: Ein tragbarer Rockwell-Tester ist erschwinglich und einfach zu bedienen, sodass Sie jedes Stück stichprobenartig prüfen können. Für ausführlichere Tests sollten Sie bei einem Betrieb mit hohem Volumen in Betracht ziehen, Proben an ein Drittlabor zu senden, damit diese Schlag- oder Verschleißtests durchführen können, um die Konsistenz zu bestätigen.

Unser Unternehmen hat seinen Ruf auf Transparenz aufgebaut, weshalb wir diese Tests jedem Kunden zur Verfügung stellen. Wenn Sie bestellenSKD61 WerkzeugstahlVon uns erhalten Sie auf Ihrem MTR OES-Ergebnisse, die den Chrom- und Molybdängehalt, die Härte im gesamten Abschnitt und Charpy-Werte bestätigen, die unseren strengen Standards entsprechen. FürM35 Hochgeschwindigkeits-WerkzeugstahlWir dokumentieren den Kobaltgehalt, um sicherzustellen, dass Ihre Schaftfräser auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten scharf bleiben. Wir machen beim Testen keine Abstriche, denn wir wissen, dass Ihr Erfolg von unserem Stahl abhängt.

Wenn Sie genug von Werkzeugstahl haben, der seinen Spezifikationen nicht entspricht, oder wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Sorte für Ihre Anwendung die richtige ist, sind wir hier, um Ihnen zu helfen. Wir können Sie durch die Testergebnisse für jede Sorte führen, erklären, wie sich jeder Test auf die Leistung Ihres Werkzeugs auswirkt, und gemeinsam mit Ihnen den richtigen Stahl für Ihre Anforderungen beschaffen. Geben Sie sich nicht mit unbekannter Qualität zufrieden – kontaktieren Sie uns für eine Beratung und lassen Sie uns den Werkzeugstahl finden, der Ihren Betrieb reibungsloser und langlebiger macht und Ihnen Geld spart.

Referenzen

1. ASTM International. (2020). Standardtestmethode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Kohlenstoff und niedriglegiertem Stahl durch optische Funkenemissionsspektrometrie. ASTM E1019-18.
2. ASTM International. (2021). Standardtestmethode für die Rockwell-Härte metallischer Materialien. ASTM E18-21.
3. ASTM International. (2019). Standardprüfverfahren für die Kerbschlagbiegeprüfung metallischer Werkstoffe. ASTM E23-18.
4. ASM International. (2018). Metallographie und Mikrostruktur von Stählen und Gusseisen. ASM-Handbuch, Band 9.