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Schnellarbeitsstahl: Aus welchem Stahl werden Bohrer gefertigt

10. Januar 2019

Um Bohrer herzustellen, benötigt man einen Werkzeugstahl, welcher die Anforderungen der Anwendung bestmöglich erfüllt. Zur Fertigung von Bohrwerkzeugen für die Metallzerspanung wird u.a. Schnellarbeitsstahl verwendet.

Stähle werden allgemein und aufgrund ihrer Verwendung in Bau- und Werkzeugstähle eingeteilt. Die Verwendung von Werkzeugstählen erfolgt u.a. für Schneid-, Hand- und Maschinenwerkzeuge. Alle Werkzeugstähle sind Edelstähle.

Durch eine Wärmebehandlung erhalten Werkzeugstähle ihre Gebrauchshärte (Warmhärte und -festigkeit). Durch diese Behandlung, werden die vielen Eigenschaften (z.B. Warmhärte, Anwendungstemperatur, Zugfestigkeit, Verschleißbeständigkeit) des Werkzeugstahls beeinflusst und für den gezielten Einsatz angepasst. Bei steigender Härte nimmt beispielsweise die Zähigkeit ab. Hier muss abgewogen werden, welche Eigenschaft die Standzeit in Abhängigkeit der Anwendung wesentlich beeinflusst.

Werkzeugstähle werden charakterisiert nach

  • ihrer Zusammensetzung (unlegiert und legiert)
  • dem Abschreckmittel (Wasser-, Öl- und Lufthärter) und
  • der Anwendungstemperatur (Kalt-, Warm- und Schnellarbeitsstahl).

Bei der Anwendungstemperatur wird in Kaltarbeitsstahl (ist unlegiert) und Warmarbeitsstahl (ist legiert) differenziert. Kaltarbeitsstähle werden üblicherweise genutzt, wenn während des Einsatzes die Anwendungstemperatur an der Oberfläche 200 °C nicht überschreitet. Im Gegenzug treten bei Warmarbeitsstählen Anwendungstemperaturen von mehr als 200 °C auf.

Eine Sonderklasse dieser Warmarbeitsstähle sind Schnellarbeitsstähle (HSS), bei denen die Anwendungstemperatur auf über 600 °C steigen kann.


Schnellarbeitsstahl (HSS)

Schnellarbeitsstahl, auf Englisch High Speed Steel (HSS), wird in erster Linie als Schneidstoff (für spanende Werkzeuge) genutzt und ist ein hochlegierter Werkzeugstahl. HSS wird für die Herstellung von Werkzeugen u.a. auch deshalb verwendet, weil es sehr gut zu schleifen ist (was z.B. auch ein Nachschleifen stumpfer Werkzeuge zulässt).

Im Vergleich zu Kaltarbeitsstählen, können drei- bis viermal höheren Schnittgeschwindigkeiten und damit hohe Anwendungstemperaturen erreichen werden. Dies liegt an der Wärmebehandlung, bei welcher der Stahl bei über 1.200 °C geglüht und danach abgeschreckt wird.

Die Härte erhält HSS durch sein Grundgefüge, das hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff besteht. Hinzu kommt, dass Legierungszusätze von mehr als 5 % enthalten sind und HSS damit zu den hochlegierten Stählen zählen.

Vorteile von HSS im Allgemeinen

  • Anwendungstemperatur über 600°C
  • Hohe Schnittgeschwindigkeiten
  • Hohe Festigkeit (hohe Bruchfestigkeit)
  • Gute Schleifbarkeit bei der Produktion
  • Gute Nachschleifbarkeit stumpfer Werkzeuge
  • Verhältnismäßig niedriger Preis

Die Namenszusätze HSSE-Co 5 oder HSSE-Co 8 bezeichnen den prozentualen Kobaltgehalt. Je höher der Kobaltgehalt umso härter ist der Werkzeugstahl. Durch den Kobaltgehalt wir die Warmhärtebeständigkeit erhöht und du kannst somit schwer zerspanbare Werkstoffe schneiden. So sind in Co 5, 4,8 - 5 % Cobalt und in Co 8, 7,8 - 8 % Cobalt enthalten. Bei steigender Härte nimmt jedoch die Zähigkeit ab.

Bezeichnung Kobaltgehalt
HSS 0,5 - 1,5 %
HSSE-Co 5 4,8 - 5 %
HSSE-Co 8 7,8 - 8 %

Verschleißfestigkeit durch Beschichtung

Neben der Schnittgeschwindigkeit und die damit entstehende Anwendungstemperatur beeinflusst der Verschleiß ebenfalls die Standzeit des Werkzeugs. Abhilfe kann eine Beschichtung bringen die eine höhere Schnittgeschwindigkeiten erlaubt.

HSS-Werkzeuge können mit verschiedenen Beschichtungen veredelt werden, die die Verschleißfestigkeit und vor allem die Standzeit des Werkzeuges erhöhen.

Beschichtungen die wir verwenden sind:

Eine Übersicht und ein Vergleich der Beschichtungen findest du in unserem Beitrag TiN, TiAlN, AlTiN... ein Vergleich der Beschichtungen.


Anwendungen

Schnellarbeitsstahl ist mit seinen verschiedenen Härtegraden und Beschichtungen für unterschiedliche Anwendungen geeignet.

Welchen Schnellarbeitstahl du für deine Anwendung benötigst, liegt an deinem Zerspanungsverfahren, ob du bohrst, gewindest oder senkst.

In der folgenden Grafik geben wir dir eine Orientierungshilfe für welchen Werkstoff du welchen Schnellarbeitsstahl verweden kannst. Nach wie vor, ist es vom jeweiligen Zerspanungsverfahren abhängig. Dennoch kannst du gut erkennen, dass bei zunehmendem Kobaltgehalt, der zu zerspanende Werkstoffe an Härte zunimmt (z.B. HSS zerspant Stahl bis 900 N/mm2, mit dem HSSE-Co 8 bohrst du in Stahl bis 1300 N/mm2).


Fazit und Zusammenfassung

Bohrer werden u.a. aus legiertem Schnellarbeitsstahl (HSS) hergestellt. Mit diesem Werkzeugstahl werden Anwendungstemperaturen bis 600 °C erreicht, die beim Zerspanen von z.B. Stahl oder Metallen vorkommen können.

Wenn die Härte des Werkstoffs zunimmt, kannst du auf Schnellarbeitsstahl mit einem höheren Kobaltgehalt (5 % oder mehr) zurückgreifen. Wie hoch der Kobaltgehalt sein soll, ist abhängig von deiner Anwendung. Möchtest du beispielsweise in Edelstahl bohren, verwendest du in der Regel einen unbeschichteten HSSE-Co 5 Spiralbohrer. In einigen Fällen reicht dir bereits Werkzeugstahl HSS mit einer TiAlN Beschichtung.

Nun kannst du Schnellarbeitsstahl einordnen und dein Werkzeug entsprechend deiner Anwendung richtig auswählen.

Falls du noch Fragen haben solltest, kannst du uns selbstverständlich kontaktieren.

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