Schnellarbeitsstahl (HSS): Chemische Eigenschaften und Anwendungen

Schnellarbeitsstahl (auch HSS und HS-Stahl genannt) ist eine Stahlgüte, die bei der Herstellung einer Vielzahl von Maschinenwerkzeugen verwendet wird. Da Schnellarbeitsstahl im Vergleich zu den verschiedenen anderen Güten von Kohlenstoffstählen, die traditionell verwendet wurden, besser geeignete mechanische Eigenschaften für die Werkzeugherstellung aufweist, gilt er für diesen Zweck als von besserer Qualität.

Chemische Zusammensetzung

Werkzeugstähle wie Schnellarbeitsstahl sind Legierungen, die viele Elemente außer Eisen enthalten, von denen jedes seine chemischen Eigenschaften beeinflusst. Diese Elemente sind Kohlenstoff (0,65 bis 0,80 Prozent), Chrom (3,75 bis 4,00 Prozent), Wolfram (17,25 bis 18,75 Prozent), Vanadium (0,90 bis 1,30 Prozent) und in sehr geringen Anteilen Kobalt, Molybdän und Aluminium. Weitere Elemente, die in geringen Mengen vorhanden sein können, sind Mangan (0,10 bis 0,40 Prozent), Silizium (0,20 bis 0,40 Prozent), Nickel (ca. 0,30 Prozent), Kupfer (0,25 Prozent), Phosphor (ca. 0,30 Prozent) und Schwefel (ca. 0,30 Prozent). Grob werden Schnellarbeitsstähle in zwei Kategorien nach ihrer chemischen Zusammensetzung eingeteilt: T-Typ (wolframbasiert) und M-Typ (molybdänbasiert).

Wirkung der chemischen Zusammensetzung

Der Einfluss auf die chemische Zusammensetzung einer Stahlgüte wirkt sich wiederum auf ihre mechanischen Eigenschaften aus (Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Sprödigkeit, Duktilität und Verformbarkeit) und ist daher ein sehr wichtiger Determinant für die Vielfalt der Anwendungen, für die eine bestimmte Güte verwendet werden kann. Die chemischen Eigenschaften einer Stahlgüte bestimmen auch ihre korrosionsbeständigen Eigenschaften. Ein höherer Kohlenstoffgehalt erhöht die Festigkeit der Legierung, was dazu beiträgt, dass sie sich unter Last nicht verformt. Er erhöht auch die Härte der Legierung, macht sie jedoch weniger duktil. Umgekehrt kann die Anwesenheit von Chrom in der Eisenlegierung seine Oxidation (Rostbildung) erheblich verzögern, indem es eine korrosionsbeständige dünne Schicht aus Chromoxid bildet, wodurch mechanische oder chemische Schäden am Werkzeug verhindert werden. Molybdän hilft dabei, die Legierung vor Kratzern zu schützen, macht sie jedoch weniger verformbar.

Härte

Alle Güten von Schnellarbeitsstahl erfordern Festigkeits- und Härteeigenschaften, die auch bei hohen Temperaturen (über 600 Grad Celsius) aufrechterhalten werden müssen. Dies wird typischerweise durch Wärmebehandlung der Legierung erreicht. Es ist wichtig zu beachten, dass Schnellarbeitsstahl sowohl bei Raum- als auch bei hohen Temperaturen sehr hohe Härte- und abrasionsbeständige Eigenschaften aufweist. Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl können daher viel schneller schneiden als solche aus anderen Stahlgüten, und diese Schlüsseleigenschaft verleiht dem Schnellarbeitsstahl auch seinen Namen. Tatsächlich spielt Schnellarbeitsstahl eine sehr wichtige Rolle in der modernen Metallverarbeitungsindustrie.