Werkzeugstahl - Schmied
Werkzeugstahl - Schmied
Werkzeugstahl - Schmied
Zielgruppe: Ausbildung im Schmiede- und Metallbereich Schmied-Thema: Werkstoffkunde Ziel: Werkzeugstahl sicher auswählen, schmieden und wärmebehandeln.
Einleitung
Werkzeugstahl wird für Werkzeuge und Formen genutzt. Er kann hart, verschleißfest, zäh oder warmfest sein. Die richtige Eigenschaft entsteht durch passende Stahlsorte, richtiges Schmieden und kontrollierte Wärmebehandlung.
Lernziele
Du kannst nach dem Kurs:
- Werkzeugstahl auswählen: Belastung und Stahlsorte verbinden.
- Werkstoffbezeichnung: Kurzname und Werkstoffnummer lesen.
- Schmiedetemperatur: nach Werkstoffdatenblatt arbeiten.
- Härten und Anlassen: die Arbeitsschritte erklären.
- Werkstofffehler: Risse, Zunder und Entkohlung erkennen.
- Arbeitssicherheit: Gefahren beim Erwärmen und Abschrecken beachten.
Werkzeugstahl verstehen
Wichtige Gruppen
| Gruppe | Typische Eigenschaft | Beispiel |
|---|---|---|
| Unlegierter Kaltarbeitsstahl | hohe Härte, geringe Durchhärtung | C80U, 1.1525 |
| Legierter Kaltarbeitsstahl | gute Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit | 90MnCrV8, 1.2842 |
| Warmarbeitsstahl | warmfest und anlassbeständig | X40CrMoV5-1, 1.2344 |
| Schnellarbeitsstahl | hohe Warmhärte für Schneidwerkzeuge | HS6-5-2C, 1.3343 |
Merke: Kaltarbeitsstahl arbeitet meist bei niedriger Werkzeugtemperatur. Warmarbeitsstahl ist für thermisch belastete Werkzeuge geeignet. HSS bleibt auch bei hoher Schneidentemperatur hart.
Werkstoff richtig bestimmen
Nutze zuerst Materialzeugnis, Kennzeichnung und Werkstoffdatenblatt. Eine Funkenprobe gibt nur eine grobe Orientierung. Sie ersetzt keinen sicheren Werkstoffnachweis.
Wichtige Eigenschaften
| Fachbegriff | Einfache Erklärung |
|---|---|
| Härte | Widerstand gegen Eindringen und Verschleiß |
| Zähigkeit | Widerstand gegen Riss und Bruch |
| Härtbarkeit | Fähigkeit, Martensit bis in eine bestimmte Tiefe zu bilden |
| Aufhärtbarkeit | erreichbare höchste Härte |
| Anlassbeständigkeit | Härte bleibt bei Erwärmung besser erhalten |
| Verschleißfestigkeit | Widerstand gegen Materialabtrag |
Werkzeugstahl schmieden
Arbeitsfolge
- Werkstoff prüfen: Sorte, Lieferzustand und Abmessung klären.
- Datenblatt lesen: Schmiedebeginn, Schmiedeende und Abkühlung beachten.
- Gleichmäßig erwärmen: Besonders legierte Stähle langsam und vollständig durchwärmen.
- Im Temperaturfenster schmieden: Unterhalb der unteren Schmiedetemperatur nicht weiter umformen.
- Kontrolliert abkühlen: Vorgabe des Herstellers einhalten.
- Nachbehandlung planen: Je nach Stahl normalisieren, weichglühen oder direkt weiterbearbeiten.
Datei:Smithy- steel forging (2).webm
Fehler beim Schmieden
| Fehler | Mögliche Ursache | Folge |
|---|---|---|
| Riss | zu kalt geschmiedet oder zu starke Kerbe | Werkzeug kann brechen |
| Grobkorn | zu heiß oder zu lange erwärmt | geringere Zähigkeit |
| Zunder | Sauerstoff und hohe Temperatur | Materialverlust und raue Oberfläche |
| Entkohlung | lange Erwärmung in oxidierender Atmosphäre | weiche Randzone |
| Verzug | ungleichmäßige Erwärmung oder Abkühlung | Maß- und Formfehler |
Wärmebehandlung
Härten
Beim Härten wird der Stahl auf die vorgeschriebene Austenitisiertemperatur erwärmt, gehalten und abgeschreckt. Dabei kann hartes Martensit entstehen.
Wichtig: Temperatur, Haltezeit und Abschreckmittel stehen im Werkstoffdatenblatt. Wasser, Öl, Luft oder Salz sind nicht beliebig austauschbar.
Anlassen
Nach dem Härten ist Werkzeugstahl oft sehr spröde. Durch Anlassen werden Spannungen abgebaut und die Gebrauchseigenschaften eingestellt. Manche hochlegierten Stähle werden mehrfach angelassen.
Härtbarkeit prüfen
Der Jominy-Stirnabschreckversuch zeigt, wie weit ein Stahl bei unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit härtet.
Härte messen
Für gehärtete Werkzeugstähle wird häufig die Rockwell-Härteprüfung mit der Skala HRC genutzt. Das Prüfverfahren muss zur Probe passen.
Auswahl für Schmiedewerkzeuge
| Werkzeug | Belastung | Auswahlziel |
|---|---|---|
| Kaltmeißel | Schlag und Schneidverschleiß | harte Schneide, zäher Körper |
| Warmmeißel | Schlag und hohe Temperatur | Warmfestigkeit und Zähigkeit |
| Durchschlag | Druck, Schlag und Reibung | hohe Zähigkeit und passende Härte |
| Gesenk | Druck, Verschleiß und Temperaturwechsel | Warmarbeitsstahl mit hoher Anlassbeständigkeit |
| Feile oder Schneidwerkzeug | Schneidverschleiß | hohe Härte und Verschleißfestigkeit |
Grundsatz: Nicht der härteste Stahl ist immer der beste. Das Werkzeug braucht ein passendes Verhältnis aus Härte und Zähigkeit.
Arbeitssicherheit
- Persönliche Schutzausrüstung: Schutzbrille, geeignete Kleidung, Gehörschutz und Sicherheitsschuhe tragen.
- Heißes Metall: Werkstücke kennzeichnen und nur mit passender Zange greifen.
- Abschrecken: Betriebsanweisung, Lüftung und Brandschutz einhalten.
- Schleifen: Schutzhaube und Absaugung nutzen.
- Prüfmaschinen: Nur nach Einweisung bedienen.
- Gefahrstoffe: Abschreckmedien und Reinigungsmittel richtig lagern und entsorgen.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Wofür wird Werkzeugstahl hauptsächlich verwendet? (Für Werkzeuge und Formen) (!Für elektrische Leitungen) (!Für Fensterglas) (!Für Holzverbindungen)
Welche Gruppe eignet sich für thermisch stark belastete Schmiedegesenke? (Warmarbeitsstahl) (!Baustahl) (!Automatenstahl) (!Reineisen)
Was beschreibt die Härtbarkeit? (Die Tiefe der möglichen Martensitbildung) (!Die Farbe des Stahls) (!Die Länge des Werkstücks) (!Die elektrische Spannung)
Welche Angabe ist vor dem Schmieden besonders wichtig? (Das Temperaturfenster im Werkstoffdatenblatt) (!Die Lackfarbe der Maschine) (!Die Schuhgröße des Schmieds) (!Die Raumhöhe der Werkstatt)
Was kann beim Schmieden unterhalb der unteren Schmiedetemperatur entstehen? (Risse) (!Kunststoff) (!Kupfer) (!Glas)
Was entsteht bei geeigneter Härtung im Stahl? (Martensit) (!Beton) (!Messing) (!Graphitfolie)
Warum wird gehärteter Werkzeugstahl angelassen? (Um die Gebrauchseigenschaften einzustellen) (!Um den Stahl zu lackieren) (!Um das Werkstück zu verkleben) (!Um den Kohlenstoff vollständig zu entfernen)
Was bedeutet Entkohlung? (Kohlenstoffverlust an der Oberfläche) (!Zunahme der Werkstücklänge) (!Einbau von Kupfer) (!Abkühlung auf Raumtemperatur)
Welche Härteskala wird häufig für gehärteten Werkzeugstahl genutzt? (HRC) (!Volt) (!Liter) (!Watt)
Was ersetzt die Funkenprobe nicht? (Einen sicheren Werkstoffnachweis) (!Eine Werkbank) (!Einen Schmiedehammer) (!Eine Schutzbrille)
Memory
| Werkzeugstahl | Werkzeuge und Formen |
| Kaltarbeitsstahl | niedrige Werkzeugtemperatur |
| Warmarbeitsstahl | hohe thermische Belastung |
| Schnellarbeitsstahl | hohe Warmhärte |
| Härten | Erwärmen und Abschrecken |
| Anlassen | Zähigkeit einstellen |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Bedeutung |
|---|---|
| Härtbarkeit | Tiefe der Martensitbildung |
| Aufhärtbarkeit | erreichbare höchste Härte |
| Anlassbeständigkeit | Widerstand gegen Härteverlust bei Erwärmung |
| Zunder | Oxidschicht beim Erwärmen |
| Entkohlung | Kohlenstoffverlust an der Oberfläche |
Kreuzworträtsel
| Martensit | Welches harte Gefüge kann beim Abschrecken entstehen? |
| Zunder | Wie heißt die Oxidschicht auf heißem Stahl? |
| Anlassen | Welche Behandlung folgt meist nach dem Härten? |
| Härtbarkeit | Welcher Begriff beschreibt die mögliche Härtetiefe? |
| Kaltarbeitsstahl | Welche Stahlgruppe arbeitet meist bei niedriger Werkzeugtemperatur? |
| Warmarbeitsstahl | Welche Stahlgruppe wird für heiße Schmiedegesenke genutzt? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Werkzeugliste: Nenne fünf Schmiedewerkzeuge aus Werkzeugstahl und ihre Belastung.
- Fachwortkarten: Gestalte Karten zu Härte, Zähigkeit, Härtbarkeit und Verschleiß.
- Sicherheitsplakat: Zeichne ein Plakat zum sicheren Abschrecken.
- Werkstoffkennzeichnung: Fotografiere erlaubte Materialkennzeichnungen in der Werkstatt und erkläre sie.
Standard
- Werkstoffvergleich: Vergleiche C80U, 1.2842 und 1.2344 mit Herstellerdatenblättern.
- Arbeitsplan Schmieden: Erstelle einen kurzen Arbeitsplan für einen Durchschlag.
- Wärmebehandlungsplan: Zeichne den Ablauf Erwärmen, Abschrecken und Anlassen.
- Funkenprobe: Dokumentiere unter Aufsicht verschiedene Funkenbilder und ihre Grenzen.
Schwer
- Werkzeugauswahl: Wähle einen Stahl für einen Warmmeißel und begründe die Entscheidung.
- Fehleranalyse: Untersuche ein gerissenes Werkzeug und formuliere mögliche Ursachen.
- Härtevergleich: Plane unter fachlicher Aufsicht eine Härteprüfung vor und nach dem Anlassen.
- Lehrvideo: Produziere ein kurzes Video über Werkstoffwahl, Schmieden und Wärmebehandlung.
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Lernkontrolle
- Werkstoffwahl begründen: Entscheide zwischen Kaltarbeits- und Warmarbeitsstahl für zwei Werkzeuge.
- Härte und Zähigkeit: Erkläre, warum maximale Härte bei Schlagwerkzeugen gefährlich sein kann.
- Prozessfehler bewerten: Leite aus einem zu kalt geschmiedeten Werkstück mögliche Schäden ab.
- Datenblatt anwenden: Übertrage Angaben zu Schmieden, Härten und Anlassen in einen Arbeitsplan.
- Qualität sichern: Entwickle eine Prüffolge aus Sichtprüfung, Maßprüfung und Härteprüfung.
- Sicher handeln: Erkläre Maßnahmen bei einem ungeeigneten oder unbekannten Abschreckmedium.
Lernnachweis
Für den Lernnachweis ist wichtig:
- Werkzeugstähle fachlich einteilen.
- Belastung und Werkstoffauswahl verbinden.
- Schmiedetemperaturen aus einem Datenblatt übernehmen.
- Härten, Abschrecken und Anlassen erklären.
- typische Fehler und ihre Ursachen beurteilen.
- eine sichere Arbeitsfolge planen.
- ein Ergebnis mit geeigneten Prüfungen bewerten.
OERs zum Thema
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