Nak55-Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen im Formenbau

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Nak55-Stahl, auch bekannt als Formstahl, ist ein hochleistungsfähiger Werkzeugstahl, der hauptsächlich als mittelkohlenstofflegierter Stahl klassifiziert wird. Er zeichnet sich durch seine hervorragende Zerspanbarkeit, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit aus, was ihn zur bevorzugten Wahl für verschiedene Werkzeuganwendungen, insbesondere in der Herstellung von Formen und Stempeln, macht. Die wichtigsten Legierungselemente in Nak55-Stahl sind Kohlenstoff (C), Chrom (Cr) und Molybdän (Mo), die seine mechanischen Eigenschaften und Leistungsmerkmale erheblich beeinflussen.

Umfassende Übersicht

Nak55-Stahl ist speziell für Anwendungen konzipiert, die eine hohe Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, erfordern. Der Kohlenstoffgehalt liegt typischerweise zwischen 0,5 % und 0,6 %, was zu seiner Härte und Festigkeit beiträgt. Chrom verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Härtehärtbarkeit, während Molybdän Zähigkeit und Stabilität bei erhöhten Temperaturen verbessert.

Die wichtigsten Eigenschaften von Nak55-Stahl sind seine hohe Härte, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und gute Zerspanbarkeit. Diese Eigenschaften machen ihn geeignet für die Herstellung komplexer Formen und aufwendiger Designs in Formen und Stempeln. Nak55-Stahl hat jedoch auch Einschränkungen, wie seine Anfälligkeit für Rissbildung während der Härtung und die Notwendigkeit einer sorgfältigen Wärmebehandlung, um optimale Eigenschaften zu erreichen.

Vorteile:
- Hohe Verschleißfestigkeit, ideal für Werkzeuganwendungen.
- Gute Zerspanbarkeit, die effiziente Fertigungsprozesse ermöglicht.
- Hervorragende Zähigkeit, die Haltbarkeit bei anspruchsvollen Anwendungen bietet.

Nachteile:
- Anfällig für Rissbildung, wenn nicht ordnungsgemäß wärmebehandelt.
- Eingeschränkte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreiem Stahl.
- Höhere Kosten im Vergleich zu niedriggradigen Stählen.

In Bezug auf die Marktposition wird Nak55-Stahl in der Formenbauindustrie weit verbreitet eingesetzt, insbesondere in Regionen mit fortschrittlichen Fertigungsmöglichkeiten. Seine historische Bedeutung liegt in seiner Fähigkeit, die sich entwickelnden Anforderungen an Präzisionswerkzeuge und die Herstellung von Formen zu erfüllen.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Normungsorganisation Bezeichnung/Grad Land/Region des Ursprungs Hinweise/Anmerkungen
UNS S7 USA Nächste äquivalente mit ähnlichen Eigenschaften
AISI/SAE AISI D2 USA Kleine zusammensetzungsbedingte Unterschiede; höherer Kohlenstoffgehalt
ASTM A681 USA Werkzeugstahl-Spezifikation
JIS SKD11 Japan Ähnliche Leistung, aber unterschiedliche Wärmebehandlungsanforderungen
DIN 1.2379 Deutschland Äquivalent mit leichten Zusammensetzungsvariationen

Die obige Tabelle beschreibt verschiedene Standards und Äquivalente für Nak55-Stahl. Bemerkenswert ist, dass während Grade wie AISI D2 und JIS SKD11 oft als äquivalent angesehen werden, sie Unterschiede in der Härtehärtbarkeit und Zähigkeit aufweisen können, die ihre Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name) Prozentbereich (%)
C (Kohlenstoff) 0,50 - 0,60
Cr (Chrom) 5,00 - 6,00
Mo (Molybdän) 1,00 - 1,50
Mn (Mangan) 0,20 - 0,50
Si (Silizium) 0,20 - 0,50
P (Phosphor) ≤ 0,030
S (Schwefel) ≤ 0,030

Die wichtigsten Legierungselemente in Nak55-Stahl spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung seiner Eigenschaften. Kohlenstoff ist für Härte und Festigkeit unerlässlich, während Chrom die Korrosionsbeständigkeit und Härtehärtbarkeit verbessert. Molybdän trägt zur Zähigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen bei, wodurch Nak55 für anspruchsvolle Anwendungen geeignet ist.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft Zustand/Temperatur Testtemperatur Typischer Wert/Bereich (metrisch) Typischer Wert/Bereich (imperial) Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit Gequench & Temperiert Raumtemperatur 1.200 - 1.400 MPa 174 - 203 ksi ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset) Gequench & Temperiert Raumtemperatur 1.000 - 1.200 MPa 145 - 174 ksi ASTM E8
Bruchdehnung Gequench & Temperiert Raumtemperatur 10 - 15 % 10 - 15 % ASTM E8
Härte (HRC) Gequench & Temperiert Raumtemperatur 58 - 62 HRC 58 - 62 HRC ASTM E18
Kerbschlagzähigkeit Gequench & Temperiert -20°C 20 - 30 J 15 - 22 ft-lbf ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von Nak55-Stahl, insbesondere seine hohe Zug- und Streckgrenze, machen ihn für Anwendungen geeignet, die erhebliche mechanische Belastungen erfordern. Die durch Wärmebehandlung erreichte Härte ermöglicht eine effektive Verschleißfestigkeit, während der Prozentsatz der Bruchdehnung eine gute Duktilität anzeigt, die entscheidend ist, um spröde Brüche zu verhindern.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft Zustand/Temperatur Wert (metrisch) Wert (imperial)
Dichte Raumtemperatur 7,85 g/cm³ 0,284 lb/in³
Schmelzpunkt - 1.400 - 1.500 °C 2.552 - 2.732 °F
Wärmeleitfähigkeit Raumtemperatur 25 W/m·K 14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmefähigkeit Raumtemperatur 0,46 kJ/kg·K 0,11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand Raumtemperatur 0,0001 Ω·m 0,0001 Ω·in

Die Dichte des Nak55-Stahls zeigt seine erhebliche Masse, die zu seiner Haltbarkeit in Anwendungen beiträgt. Der Schmelzpunkt ist entscheidend für Prozesse, die hohe Temperaturen erfordern, während Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmefähigkeit wichtig sind, um Wärmebehandlungsprozesse und das thermische Management in Werkzeuganwendungen zu verstehen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium Konzentration (%) Temperatur (°C/°F) Beständigkeitsbewertung Hinweise
Chloride 3-5 25°C/77°F Befriedigend Risiko von Lochfraß
Säuren 10-20 20°C/68°F Schlecht Anfällig für Korrosion
Alkalische Lösungen 5-10 25°C/77°F Befriedigend Mittlere Beständigkeit
Atmosphärisch - - Gut Bewährt sich gut unter milden Bedingungen

Nak55-Stahl weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Er ist jedoch anfällig für Lochfraß in Chlorid-Umgebungen und kann unter sauren Bedingungen korrodieren. Im Vergleich zu rostfreien Stählen ist die Korrosionsbeständigkeit von Nak55 begrenzt, was ihn weniger geeignet für Anwendungen macht, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze Temperatur (°C) Temperatur (°F) Hinweise
Maximale Dauerbetriebstemperatur 300°C 572°F Geeignet für langfristige Exposition
Maximale intermittierende Betriebstemperatur 400°C 752°F Kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur 500°C 932°F Risiko von Oxidation über diesem Limit

Nak55-Stahl behält seine mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bei, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die Wärme erfordern. Es muss jedoch darauf geachtet werden, Oxidation und Skalierung zu vermeiden, die seine Integrität beeinträchtigen können.

Fabrikations Eigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess Empfohlenes Füllmetall (AWS-Klassifizierung) Typisches Schutzgas/Flussmittel Hinweise
MIG ER70S-6 Argon + CO2 Gut für dünne Abschnitte
TIG ER80S-Ni Argon Benötigt Vorspannung
Stab E7018 - Geeignet für allgemeine Anwendungen

Nak55-Stahl kann mit verschiedenen Verfahren geschweißt werden, obwohl häufig eine Vorspannung erforderlich ist, um Rissbildung zu verhindern. Die Wahl des Füllmetalls ist entscheidend, um die Kompatibilität zu gewährleisten und die mechanischen Eigenschaften im Schweißbereich aufrechtzuerhalten.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter Nak55-Stahl AISI 1212 Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanbarkeitsindex 70 % 100 % Nak55 ist zerspanbar, erfordert aber sorgfältige Werkzeuge.
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen) 30 m/min 50 m/min Geschwindigkeiten an Werkzeuge und Bedingungen anpassen.

Nak55-Stahl bietet eine gute Zerspanbarkeit, erfordert jedoch spezielle Werkzeuge und Schnittbedingungen, um die Leistung zu optimieren. Der relative Zerspanbarkeitsindex zeigt an, dass er zerspanbar ist, jedoch nicht so einfach zu bearbeiten wie einige niedriggradige Stähle.

Formbarkeit

Nak55-Stahl zeigt eine moderate Formbarkeit und ist für Kalt- und Warmumformungsprozesse geeignet. Aufgrund seiner Härte kann er jedoch besondere Überlegungen beim Biegen und Formen erfordern, insbesondere bei komplexen Geometrien. Es kann zu einer Verfestigung kommen, was eine sorgfältige Kontrolle des Umformprozesses zur Vermeidung von Rissbildung erforderlich macht.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess Temperaturbereich (°C/°F) Typische Haltezeit Kühlmethode Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen 600 - 700 °C / 1.112 - 1.292 °F 1 - 2 Stunden Luft oder Öl Härte reduzieren, Zerspanbarkeit verbessern
Härten 1.000 - 1.050 °C / 1.832 - 1.922 °F 30 Minuten Öl oder Wasser Härte und Festigkeit erhöhen
Tempern 500 - 600 °C / 932 - 1.112 °F 1 Stunde Luft Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit erhöhen

Die Wärmebehandlung ist entscheidend für Nak55-Stahl, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Der Härtungsprozess erhöht die Härte, während das Tempern die Sprödigkeit reduziert und ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit ermöglicht. Das Verständnis dieser Transformationen ist entscheidend, um die Leistung des Stahls in spezifischen Anwendungen zu optimieren.

Typische Anwendungen und Endnutzungen

Industrie/Sektor Konkret anwendungsbeispiel Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden Grund für die Auswahl
Automobil Spritzgussformen Hohe Verschleißfestigkeit, Zähigkeit Haltbare Formen für die Massenproduktion
Luft- und Raumfahrt Druckguss Hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit Präzisionsteile unter Stress
Konsumgüter Kunststoffformen Ausgezeichnete Zerspanbarkeit, Verschleißfestigkeit Komplexe Formen und Designs
Elektronik Stanzwerkzeuge Gute Zähigkeit, Dimensionsstabilität Hohe Präzision in der Komponentenfertigung

Weitere Anwendungen umfassen:
- Medizinische Geräte: Präzisionsformen für chirurgische Instrumente.
- Verpackung: Formen zur Herstellung von Verpackungsmaterialien.
- Bauwesen: Werkzeuge und Stempel zur Bildung struktureller Komponenten.

Nak55-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seines ausgezeichneten Gleichgewichts zwischen Härte, Zähigkeit und Zerspanbarkeit gewählt, was ihn ideal zur Herstellung hochwertiger Formen und Stempel macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft Nak55-Stahl AISI D2 JIS SKD11 Kurz Pro/Con oder Trade-off Hinweis
Wichtige mechanische Eigenschaft Hohe Härte Hohe Härte Hohe Härte Ähnliche Härte, variiert jedoch in der Zähigkeit
Wichtiges Korrosionsmerkmal Befriedigend Schlecht Befriedigend Nak55 bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit als D2
Schweißbarkeit Moderat Schlecht Moderat Nak55 ist besser schweißbar als D2, erfordert aber weiterhin Sorgfalt
Zerspanbarkeit Gut Ausgezeichnet Gut D2 ist einfacher zu zerspanen als Nak55
Formbarkeit Moderat Schlecht Moderat Nak55 hat eine bessere Formbarkeit als D2
Ungefähr relativer Preis Moderat Hoch Moderat Kosten variieren je nach Region und Anbieter
Typische Verfügbarkeit Gewöhnlich Gewöhnlich Gewöhnlich Weit verbreitet auf dem Werkzeugmarkt

Bei der Auswahl von Nak55-Stahl sind Überlegungen wie seine mechanischen Eigenschaften, Kosteneffizienz und Verfügbarkeit wichtig. Während er hervorragende Leistungen in Werkzeuganwendungen bietet, müssen seine Anfälligkeit für Rissbildung während der Härtung und die moderate Korrosionsbeständigkeit gegen die spezifischen Anforderungen der Anwendung abgewogen werden. Darüber hinaus kann das Verständnis der Kompromisse mit alternativem Grades wie AISI D2 und JIS SKD11 Ingenieuren helfen, fundierte Entscheidungen auf der Grundlage von Leistungsanforderungen und wirtschaftlichen Faktoren zu treffen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Nak55-Stahl sich als vielseitige und zuverlässige Wahl für Anwendungen im Bereich Formen und Stempel ausgezeichnet hat, da er Härte, Zähigkeit und Zerspanbarkeit in einem Gleichgewicht hält, das ihn zu einem festen Bestandteil der Werkzeugindustrie macht.

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