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.