Schnellarbeitsstähle ist sind komplexe und hochlegierte Werkzeugstähle, die hauptsächlich zur Herstellung von Zerspanungswerkzeugen z.B. Fräswerkzeuge, Bohrer, Drehmeißel und Räumwerkzeuge genutzt werden, deren Schneide einer Erwärmung und Verschleiß-beanspruchung unterliegt. Die Schneide kommt im durchgehenden und unterbrochenen Schnitt unter hohem Druck mit dem Werkstückstoff in Kontakt, der mit steigender Schnittgeschwindigkeit dem Werkzeug eine hohe Warmhärte, einen hohen Verschleiß-widerstand, gute Oxidationsbeständigkeit und geringe Adhäsions-neigung abverlangt.
Bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0.8 und 1.4 % führen hohe Gehalte an karbidbildenden Elementen zur Bildung primärer und eutektischer Karbide in einer sekundärhärtenden, martensitischen Matrix.
Die wichtigsten Legierungselemente sind Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Chrom und Cobalt, deren Anteil bis über 30 % ausmachen kann. Schnellarbeitsstähle können im Wesentlichen in drei Gruppen u.z. Wolfram- Stähle, Molybdän-Stähle und Wolfram/Molybdän-Stähle eingeteilt werden. Durch Erhöhung des Kohlenstoff- und Vanadiumgehaltes wurden die Karbidgehalte angehoben und durch Kobalt wird die Warmfestigkeit verbessert.
Die Legierungselemente sorgen für eine hohe Verschleiß-beständigkeit und für die Beständigkeit des Martensits bis zu Temperaturen von 600 °C. Die Arbeitshärte von üblicherweise 60 bis 67 HRC erhält Schnellarbeitsstahl, wie alle anderen Werkzeugstähle auch, durch sein martensitisches Grundgefüge und den Anteil an harten, verschleißhemmenden Karbiden. Die hohe Warmhärte und hohe Wärmefestigkeit gegenüber gewöhnlichem Werkzeugstahl beruht auf der Wärmebehandlung, in der Regel Härten und mehrfaches Anlassen bei Anlasstemperaturen im Bereich der Sekundärhärtung/ Ausscheidungshärtung (550 bis 600°C).
Mit speziellen metallurgischen Herstellverfahren der Schnellarbeitsstähle, wie z.B. Elektroschlacke –Umschmelzen (BÖHLER ISORAPID-Güte) oder durch pulvermetallurgische Herstellung (BÖHLER MICROCLEAN-Güte) lassen sich höchstlegierte, hochreine und sehr homogene Produkte herstellen, die sich durch beste Kombination von Härte, Verschleiß-beständigkeit, Bruchsicherheit und Ermüdungsbeständigkeit auszeichnen.
Im Vergleich zu anderen Schneidstoffen, wie Hartmetall, Schneidkeramik, kubischem Bornitrid (CBN)und polykristallinem Diamant (PKD) besitzen Schnellarbeitsstähle weniger Verschleißwiderstand und Warmhärte. Ihre gute Bearbeitbarkeit im geglühten Zustand, ihre vergleichsweise gute Zähigkeit im gehärteten und angelassenen Zustand und die kostengünstigere Herstellung bieten jedoch einen entscheidenden Vorteil gegenüber den nur pulvermetallurgisch herstellbaren Schneidstoffen mit hohem Hartstoffgehalt(z.B. Hartmetall). Werden Schnellstähle zusätzlich durch Dünnschichten geschützt, können sie sogar die Leistungsfähigkeit von hochhartstoffhaltigen Schneidstoffen erreichen. Als Beschichtungen haben sich durch PVD- oder CVD-Verfahren abgeschiedenen Hartstoffschichten bewährt.
In vielen Fällen erfüllen auch speziell wärmebehandelte Schnellarbeitsstähle die Anforderungen in vielen Kaltarbeits-anwendungen.
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