S390 Stahl (Bohler HSS): Eigenschaften und wichtige Anwendungen

S390 Stahl, auch bekannt als Bohler HSS, ist eine Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS)-Qualität, die für ihre außergewöhnliche Härte, Verschleißfestigkeit und Fähigkeit, die Schneidleistung bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten, bekannt ist. Als Werkzeugstahl klassifiziert, wird S390 hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, die hohe Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erfordern. Die Zusammensetzung des Stahls umfasst erhebliche Mengen an Wolfram, Molybdän und Vanadium, die zu seinen einzigartigen Eigenschaften beitragen.

Umfassende Übersicht

S390 Stahl wird als Hochgeschwindigkeitsstahl klassifiziert, der speziell für Schneidwerkzeuge und Anwendungen entwickelt wurde, die hohe Härte und Verschleißfestigkeit erfordern. Die Hauptlegierungselemente in S390 umfassen Wolfram (W), Molybdän (Mo) und Vanadium (V), die seine Härte und Zähigkeit erhöhen. Auch das Vorhandensein von Kohlenstoff (C) ist entscheidend, da es Karbide bildet, die zur Härte des Stahls beitragen.

Die bedeutendsten Eigenschaften von S390 Stahl sind:

• Hohe Härte: Erreichbare Härtegrade können bis zu 67 HRC erreichen, was ihn geeignet für anspruchsvolle Schneidanwendungen macht.
• Hervorragende Verschleißfestigkeit: Die Karbidstruktur bietet eine herausragende Verschleißfestigkeit und verlängert die Lebensdauer der Werkzeuge.
• Gute Zähigkeit: Trotz seiner Härte behält S390 ein Maß an Zähigkeit bei, das Abplatzen und Rissbildung während des Gebrauchs verhindert.

Vorteile:
- Außergewöhnliche Leistung in Hochgeschwindigkeits-Schneidanwendungen.
- Beibehaltung der Schärfe länger als viele andere Werkzeugstähle.
- Vielseitig für verschiedene Bearbeitungsprozesse.

Einschränkungen:
- Teurer als herkömmliche Werkzeugstähle.
- Erfordert sorgfältige Wärmebehandlung, um optimale Eigenschaften zu erzielen.
- Kann aufgrund seiner Härte schwierig zu bearbeiten sein.

Historisch gesehen war S390 bedeutend bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen, insbesondere in Branchen wie Automobil- und Luftfahrtindustrie, in denen Präzision und Haltbarkeit von größter Bedeutung sind.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Normierungsorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	T11302	USA	Nächstes Äquivalent zu Bohler S390
AISI/SAE	M2	USA	Geringfügige zusammensetzungsunterschiede
DIN	1.3343	Deutschland	Ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Wärmebehandlung
JIS	SKH51	Japan	Vergleichbare Leistung in Schneidanwendungen
ISO	4957	International	Norm für Hochgeschwindigkeitsstähle

Die subtilen Unterschiede zwischen diesen Graden können die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen. Zum Beispiel, während M2 eine gängige Alternative ist, kann es unter identischen Wärmebehandlungsbedingungen möglicherweise nicht die gleiche Härte wie S390 erreichen.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol)	Prozentsatzbereich (%)
Kohlenstoff (C)	1.40 - 1.60
Molybdän (Mo)	4.00 - 5.00
Wolfram (W)	9.00 - 10.00
Vanadium (V)	2.00 - 3.00
Chrom (Cr)	3.00 - 4.00
Eisen (Fe)	Rest

Die Hauptrolle von Wolfram und Molybdän im S390 Stahl besteht darin, Härte und Verschleißfestigkeit zu erhöhen, während Vanadium zur Bildung feiner Karbide beiträgt, die während Hochtemperaturanwendungen die Zähigkeit und Stabilität verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Härtegrad	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfverfahren
Zugfestigkeit	Gequellt & Gehärtet	Raumtemperatur	2000 - 2200 MPa	290 - 320 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Offset)	Gequellt & Gehärtet	Raumtemperatur	1800 - 2000 MPa	261 - 290 ksi	ASTM E8
Elongation	Gequellt & Gehärtet	Raumtemperatur	2 - 5%	2 - 5%	ASTM E8
Härte	Gequellt & Gehärtet	Raumtemperatur	64 - 67 HRC	64 - 67 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Gequellt & Gehärtet	-20 °C	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit sowie ausgezeichneter Härte macht S390 Stahl geeignet für Anwendungen mit hohen mechanischen Belastungen und Verschleißfestigkeit, wie Schneidwerkzeuge und Matrizen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	25 W/m·K	17.3 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F

Die Dichte und der Schmelzpunkt von S390 Stahl zeugen von seiner Robustheit, während seine Wärmeleitfähigkeit für Anwendungen, die Wärmeerzeugung während der Schneidprozesse involvieren, entscheidend ist. Die spezifische Wärmekapazität ist ebenfalls wichtig für das Verständnis des Wärmemanagements beim Hochgeschwindigkeitsbearbeiten.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5%	20 - 60	Befriedigend	Risiko von Lochfraß
Schwefelsäure	10%	25	Schlecht	Nicht empfohlen
Natriumhydroxid	5%	25	Gut	Mittlere Beständigkeit

S390 Stahl zeigt eine befriedigende Beständigkeit gegen Chloride, ist jedoch anfällig für Lochfraßkorrosion in aggressiven Umgebungen. Im Vergleich zu anderen Hochgeschwindigkeitsstählen wie M2 und SKH51 ist die Korrosionsbeständigkeit von S390 in der Regel geringer, was ihn weniger geeignet für Anwendungen in hochkorrosiven Umgebungen macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	600	1112	Geeignet für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	650	1202	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	700	1292	Oxidationsrisiko oberhalb dieser Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen behält S390 Stahl seine Härte und Verschleißfestigkeit, was ihn ideal für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsanwendungen macht. Längere Exposition gegenüber Temperaturen über 650 °C kann jedoch zu Oxidation und Verschlechterung der Eigenschaften führen.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flux	Hinweise
TIG	ER80S-D2	Argon	Vorphasen empfohlen
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Nachbereitungswärmebehandlung

S390 Stahl wird aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts allgemein nicht für das Schweißen empfohlen, da dies zu Rissen führen kann. Vorwärmung und Nachbearbeitungswärmebehandlung sind notwendig, um diese Risiken zu minimieren.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	[S390 Stahl]	[AISI 1212]	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	30	100	S390 ist erheblich härter
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	20 m/min	60 m/min	Hartmetallwerkzeuge für S390 verwenden

Die Bearbeitung von S390 Stahl erfordert spezielles Werkzeug und Bedingungen aufgrund seiner Härte. Hartmetallwerkzeuge werden für eine effektive Bearbeitung empfohlen.

Formbarkeit

S390 Stahl ist aufgrund seiner hohen Härte normalerweise nicht für seine Formbarkeit bekannt. Kaltes Formen ist herausfordernd, während heißes Formen mit angemessener Temperaturkontrolle möglich sein kann. Kaltverfestigung kann auftreten, was eine sorgfältige Verwaltung der Biegeradien erfordert.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	800 - 850	1 - 2 Stunden	Luft	Härte reduzieren, Bearbeitbarkeit verbessern
Härten	1200 - 1250	30 - 60 Minuten	Öl	Maximale Härte erreichen
Tempern	550 - 600	1 Stunde	Luft	Brittleness reduzieren, Zähigkeit verbessern

Die Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen die Mikostruktur von S390 Stahl erheblich und verbessern seine Härte und Zähigkeit durch die Bildung feiner Karbide.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Luftfahrt	Schneidwerkzeuge für die Turbinenherstellung	Hohe Härte, Verschleißfestigkeit	Verlängerte Werkzeitlebensdauer
Automobil	Matrizen für Stanzoperationen	Zähigkeit, Verschleißfestigkeit	Haltbarkeit unter Druck
Metallverarbeitung	Hochgeschwindigkeitsbohrer	Schärfe beibehalten, Hitzebeständigkeit	Effizienz beim Schneiden

Weitere Anwendungen umfassen:

• • Formen für Spritzguss
• • Sägen und Klingen für die Metallbearbeitung
• • Werkzeuge für Bearbeitungsoperationen

S390 Stahl wird für diese Anwendungen ausgewählt, weil er die Leistung unter hohen Belastungsbedingungen aufrechterhält und so Langlebigkeit und Effizienz gewährleistet.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	[S390 Stahl]	[M2]	[SKH51]	Kurze Pro-/Kontra- oder Abwägungsnotiz
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Moderat	Hohe Härte	S390 bietet überlegene Verschleißfestigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Befriedigend	Gut	Befriedigend	M2 hat eine bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Schlecht	Befriedigend	Befriedigend	S390 ist schwierig zu schweißen
Bearbeitbarkeit	Niedrig	Moderat	Hoch	M2 ist einfacher zu bearbeiten
Ungefähre relative Kosten	Hoch	Moderat	Moderat	S390 ist teurer
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Hoch	M2 und SKH51 sind gängiger

Bei der Auswahl von S390 Stahl sind Überlegungen wie Kosten-Nutzen-Verhältnis, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen zu berücksichtigen. Während es außergewöhnliche Leistungen in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung bietet, können die höheren Kosten und die geringere Bearbeitbarkeit im Vergleich zu Alternativen wie M2 einschränkende Faktoren sein. Darüber hinaus sind Sicherheitsüberlegungen beim Umgang und bei der Bearbeitung aufgrund der Härte des Stahls und des Potenzials für Werkzeugverschleiß von größter Bedeutung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass S390 Stahl eine Premium-Wahl für Hochleistungs-Schneidwerkzeuge ist, die eine einzigartige Kombination aus Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit bietet, was ihn für anspruchsvolle industrielle Anwendungen geeignet macht.