T15 Werkzeugstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

T15 Werkzeugstahl (HSS) ist ein Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS), der für seine außergewöhnliche Härte, Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, seine Härte bei erhöhten Temperaturen zu behalten, bekannt ist. Als hochkohlenstoffhaltiger Werkzeugstahl klassifiziert, enthält T15 erhebliche Mengen an Wolfram und Molybdän, die seine Leistung bei Schneid- und Formanwendungen verbessern. Diese Stahlgüte wird hauptsächlich in der Herstellung von Schneidwerkzeugen, wie Bohrern, Fräsern und Sägeblättern, eingesetzt, wo hohe Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, entscheidend sind.

Umfassender Überblick

T15 zeichnet sich durch seinen hohen Kohlenstoffgehalt (ca. 1.5% bis 1.6%) und seine Legierungselemente aus, zu denen Wolfram (bis zu 4.0%) und Molybdän (bis zu 5.0%) gehören. Diese Elemente tragen zu seinen einzigartigen Eigenschaften bei, wie hohe Härte, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, Schneidkanten bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten. Das Vorhandensein von Vanadium (ca. 2.0%) verbessert weiter seine Zähigkeit und Verschleißfestigkeit.

Vorteile (Pro)	Beschränkungen (Contra)
Außergewöhnliche Härte und Verschleißfestigkeit	Teurer als niedriggradige Stähle
Behält Härte bei hohen Temperaturen	Schwierig zu bearbeiten und zu schleifen
Geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen	Benötigt sorgfältige Wärmebehandlung, um Sprödigkeit zu vermeiden
Gute Zähigkeit und Widerstand gegen Abplatzungen	Begrenzte Verfügbarkeit im Vergleich zu gängigeren Stählen

Historisch gesehen war T15 bedeutend für die Entwicklung von Schneidwerkzeugen, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, wo Präzision und Haltbarkeit von größter Bedeutung sind. Seine Marktposition ist stark, insbesondere unter Herstellern von Hochleistungs-Schneidwerkzeugen.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	T12015	USA	Nächste Entsprechung zu AISI M2
AISI/SAE	T15	USA	Hochgeschwindigkeitsstahl mit hoher Verschleißfestigkeit
ASTM	A681	USA	Spezifikation für Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstähle
DIN	1.3355	Deutschland	Ähnliche Eigenschaften, könnte jedoch geringfügige zusammensetzungsbedingte Unterschiede aufweisen
JIS	SKH2	Japan	Vergleichbarer Grad mit geringfügigen Unterschieden in der Zähigkeit

Die Unterschiede zwischen T15 und seinen Entsprechungen, wie AISI M2, liegen oft in den spezifischen Prozentanteilen der Legierungselemente, die die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Beispielsweise bietet der höhere Wolframgehalt von T15 eine überlegene Wärmebeständigkeit im Vergleich zu M2, was ihn geeigneter für Hochgeschwindigkeitsanwendungen macht.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	1.50 - 1.60
W (Wolfram)	3.75 - 4.25
Mo (Molybdän)	4.00 - 5.00
V (Vanadium)	1.75 - 2.25
Cr (Chrom)	3.75 - 4.25
Mn (Mangan)	0.20 - 0.40
Si (Silizium)	0.20 - 0.40
P (Phosphor)	≤ 0.03
S (Schwefel)	≤ 0.03

Die Hauptfunktion von Wolfram in T15 besteht darin, die Härte und Verschleißfestigkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, zu erhöhen. Molybdän trägt zur Zähigkeit und Festigkeit des Stahls bei, während Vanadium die Verschleißfestigkeit verbessert und dazu beiträgt, die Kornstruktur zu verfeinern, was zu einer besseren Gesamtleistung führt.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfverfahren
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	1800 - 2200 MPa	261 - 319 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Offset)	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	1500 - 1900 MPa	217 - 276 ksi	ASTM E8
Dehnung	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	2 - 5%	2 - 5%	ASTM E8
Härte (HRC)	Abgeschreckt & Vergütet	Raumtemp	62 - 66 HRC	62 - 66 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	Abgeschreckt & Vergütet	-20 °C	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckgrenze sowie hervorragender Härte macht T15 geeignet für Anwendungen mit hohen mechanischen Lasten und Verschleiß. Seine Schlagfestigkeit ist, obwohl sie geringer ist als bei einigen anderen Werkzeugstählen, ausreichend für viele Schneid Anwendungen, insbesondere dort, wo Zähigkeit erforderlich ist.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemp	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemp	25 W/m·K	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmeleitfähigkeit	Raumtemp	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Elektrische Resistivität	Raumtemp	0.0005 Ω·m	0.0005 Ω·in

Die Dichte von T15 trägt zu seiner Gesamtfestigkeit bei, während sein Schmelzpunkt seine Eignung für Hochtemperaturanwendungen anzeigt. Die Wärmeleitfähigkeit ist relativ niedrig, was vorteilhaft ist, um die Temperaturen der Schneidkante während des Betriebs aufrechtzuerhalten.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5%	25 °C / 77 °F	Ausreichend	Risiko von Grobkorrosion
Säuren	10%	25 °C / 77 °F	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalische Lösungen	5%	25 °C / 77 °F	Ausreichend	Empfindlich gegenüber Spannungsrisskorrosion
Atmosphärische Bedingungen	-	-	Gut	Funktioniert gut unter trockenen Bedingungen

T15 zeigt eine mäßige Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Es ist jedoch anfällig für Grobkorrosion und Spannungsrisskorrosion in Chloridumgebungen und sollte in solchen Bedingungen geschützt oder beschichtet werden. Im Vergleich zu anderen Werkzeugstählen wie M2 und D2 ist die Korrosionsbeständigkeit von T15 allgemein niedriger, was es weniger geeignet für Anwendungen macht, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind.

Wärmebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	540 °C	1000 °F	Behält Härte bis zu diesem Limit
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	600 °C	1112 °F	Kann kurzfristiger Belastung standhalten
Skalierungstemperatur	650 °C	1202 °F	Risiko der Oxidation jenseits dieses Punktes
Berücksichtigung der Kriechfestigkeit	500 °C	932 °F	Beginnt signifikant an Festigkeit zu verlieren

T15 behält seine Härte und Verschleißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen bei, was es für Hochgeschwindigkeits-Schneidanwendungen geeignet macht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, Oxidation und Skalierung bei Temperaturen über 600 °C zu vermeiden, da dies seine Leistung beeinträchtigen kann.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlene Filler-Metall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
TIG	ER80S-B2	Argon	Vorwärmung empfohlen
MIG	ER80S-B2	Argon/CO2	Benötigt Nachschweiß-Wärmebehandlung
Stick	E7018	-	Nicht empfohlen für dicke Abschnitte

T15 wird aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts im Allgemeinen nicht zum Schweißen empfohlen, da dies im wärmeeinflussbereich zu Sprödigkeit führen kann. Vorwärmung und Nachschweiß-Wärmebehandlung sind erforderlich, um diese Probleme zu mildern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	T15	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	50%	100%	T15 ist deutlich schwieriger zu zerspanen
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	100 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für T15

Die Härte von T15 macht es schwierig zu bearbeiten, was spezielle Werkzeuge und langsamere Schnittgeschwindigkeiten erfordert. Hartmetallwerkzeuge werden empfohlen, um akzeptable Oberflächenqualitäten und Werkzeugleben zu erreichen.

Formbarkeit

T15 eignet sich aufgrund seiner hohen Härte und Sprödigkeit nicht besonders für Umformoperationen. Kaltumformung ist im Allgemeinen nicht möglich, und Warmumformung erfordert eine sorgfältige Temperaturkontrolle, um Rissbildung zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsverfahren	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	2 - 4 Stunden	Luft	Härte reduzieren, Zerspanbarkeit verbessern
Härten	1200 - 1250 °C / 2192 - 2282 °F	30 - 60 Minuten	Öl/Wasser	Maximale Härte erreichen
Vergüten	500 - 600 °C / 932 - 1112 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit verbessern

Der Wärmebehandlungsprozess für T15 umfasst Härtung, gefolgt von Vergütung, um das gewünschte Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit zu erreichen. Die metallurgischen Umwandlungen während dieser Behandlungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur und verbessern die Leistungseigenschaften.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendungen	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Luftfahrt	Turbinenblätter	Hohe Härte, Verschleißfestigkeit	Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten
Automobil	Schneidwerkzeuge	Zähigkeit, Verschleißfestigkeit	Präzises Schneiden und Formen
Fertigung	Formen und Matrizen	Härte, dimensionsstabilität	Lange Lebensdauer unter Bedingungen hohen Verschleißes

Weitere Anwendungen umfassen:

• • Hochleistungsbohrer
• • Fräser
• • Sägen und Scheren

T15 wird für diese Anwendungen aufgrund seiner Fähigkeit gewählt, scharfe Kanten zu erhalten und vor Verschleiß zu schützen, was in Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsumgebungen entscheidend ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Eigenschaft/Eigenschaft	T15	AISI M2	D2	Kurz Pro/Contra oder Trade-off-Hinweis
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Gute Zähigkeit	Mittlere Härte	T15 übertrifft in der Verschleißfestigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausreichend	Gut	Ausreichend	T15 ist weniger korrosionsbeständig
Schweißbarkeit	Schlecht	Ausreichend	Schlecht	Alle Grade erfordern Vorsicht beim Schweißen
Zerspanbarkeit	Niedrig	Mäßig	Niedrig	T15 ist schwieriger zu bearbeiten
Ungefährer relativer Preis	Hoch	Mäßig	Niedrig	T15 ist teurer
Typische Verfügbarkeit	Mäßig	Hoch	Hoch	T15 könnte weniger leicht verfügbar sein

Bei der Auswahl von T15 sind Überlegungen zu seinen Kosten-Nutzen-Verhältnis für spezifische Anwendungen, Verfügbarkeit und die Notwendigkeit spezieller Zerspanungsverfahren zu berücksichtigen. Seine hohe Leistung in anspruchsvollen Anwendungen rechtfertigt oft die höheren Kosten, insbesondere in Branchen, in denen Präzision und Haltbarkeit entscheidend sind.

Zusammenfassend ist T15 Werkzeugstahl ein Hochleistungsmaterial, das in Hochgeschwindigkeits-Schneidanwendungen aufgrund seiner einzigartigen Kombination aus Härte, Verschleißfestigkeit und der Fähigkeit, Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen zu halten, hervorragende Leistungen zeigt. Seine Herausforderungen in der Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit müssen jedoch sorgfältig gemanagt werden, um eine erfolgreiche Anwendung sicherzustellen.