Vanadis 10 Stahl: Eigenschaften und Hauptanwendungen

Vanadis 10 Stahl ist ein leistungsstarker Werkzeugstahl, der als Schnellarbeitsstahl (HSS) klassifiziert ist und eine einzigartige Kombination von Eigenschaften aufweist, die ihn besonders geeignet für anspruchsvolle Anwendungen in der Werkzeug- und Formenbauindustrie machen. Diese Stahlgüte ist hauptsächlich mit Elementen wie Wolfram, Molybdän und Vanadium legiert, die erheblich seine Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erhöhen. Insbesondere trägt das Vorhandensein von Vanadium zur Bildung feiner Carbidpartikel bei, die die Gesamtleistung des Stahls während der Bearbeitungs- und Schneidprozesse verbessern.

Umfassender Überblick

Vanadis 10 Stahl ist bekannt für seine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit und hohe Härte, wodurch er eine bevorzugte Wahl für verschiedene Schneidwerkzeuge, Formen und Matrizen ist. Die wichtigsten legierenden Elemente sind:

• Wolfram (W): Erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit.
• Molybdän (Mo): Verbessert die Härtbarkeit und Zähigkeit.
• Vanadium (V): Trägt zur Bildung feiner Carbide bei, wodurch die Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erhöht werden.

Die Kombination dieser Elemente ergibt einen Stahl, der unter hohen Belastungsbedingungen hervorragende Leistungen zeigt und seine Schneidfähigkeit sowie strukturelle Integrität selbst bei erhöhten Temperaturen beibehält.

Vorteile:
- Hohe Verschleißfestigkeit: Ideal für Schneidwerkzeuge und Matrizen, die erheblichem Reibungsverschleiß ausgesetzt sind.
- Gute Zähigkeit: Verringert das Risiko von Abplatzen oder Rissen während des Gebrauchs.
- Exzellente Härte: Hält scharfe Kanten über längere Zeiträume.

Einschränkungen:
- Kosten: Höherer Legierungsgehalt kann zu erhöhten Materialkosten führen.
- Bearbeitbarkeit: Obwohl es gut bearbeitbar ist, kann es im Vergleich zu niedriglegierten Stählen spezielle Werkzeuge erfordern.

Vanadis 10 Stahl hat aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eine starke Marktstellung und wird häufig in Branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie Fertigung eingesetzt. Seine historische Bedeutung liegt in seiner Entwicklung als Teil der Evolution von Schnellarbeitsstählen, die die Bearbeitungsprozesse revolutioniert haben.

Alternative Namen, Normen und Äquivalente

Normenorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	T30110	USA	Nächstes Äquivalent zu AISI M2
AISI/SAE	M2	USA	Geringfügige Zusammensetzungsunterschiede
ASTM	A681	USA	Norm für Werkzeugstähle
EN	1.3343	Europa	Entspricht M2 mit leichten Variationen
JIS	SKH51	Japan	Ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Wärmebehandlungsempfehlungen

Die obige Tabelle beschreibt verschiedene Normen und Äquivalente für Vanadis 10 Stahl. Besonders bemerkenswert ist, dass M2 und SKH51 oft als Äquivalente betrachtet werden, allerdings können die spezifischen Wärmebehandlungsprozesse und die jeweils resultierenden Mikrostrukturen zu Leistungsunterschieden in praktischen Anwendungen führen.

Schlüssel Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
Kohlenstoff (C)	1,40 - 1,60
Chrom (Cr)	3,75 - 4,25
Molybdän (Mo)	5,00 - 6,00
Wolfram (W)	6,00 - 7,00
Vanadium (V)	2,00 - 3,00
Silizium (Si)	0,20 - 0,50
Mangan (Mn)	0,20 - 0,40
Phosphor (P)	≤ 0,030
Schwefel (S)	≤ 0,030

Die wichtigsten legierenden Elemente in Vanadis 10 Stahl spielen entscheidende Rollen bei der Definition seiner Eigenschaften:

• Kohlenstoff: Wesentlich für die Härte; höherer Kohlenstoffgehalt erhöht das Potenzial der Härte nach der Wärmebehandlung.
• Chrom: Erhöht die Korrosionsbeständigkeit und Härtbarkeit.
• Molybdän: Verbessert Zähigkeit und Hochtemperaturfestigkeit.
• Vanadium: Bildet feine Carbide, die die Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erhöhen.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenznorm für die Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & gehärtet	Raumtemperatur	1800 - 2200 MPa	261 - 319 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Offset)	Abgeschreckt & gehärtet	Raumtemperatur	1600 - 2000 MPa	232 - 290 ksi	ASTM E8
Dehnung	Abgeschreckt & gehärtet	Raumtemperatur	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Härte (HRC)	Abgeschreckt & gehärtet	Raumtemperatur	60 - 64 HRC	60 - 64 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	Abgeschreckt & gehärtet	-20 °C	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

Die mechanischen Eigenschaften von Vanadis 10 Stahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Die hohe Zug- und Streckfestigkeit stellt sicher, dass aus diesem Stahl gefertigte Werkzeuge erheblichen Belastungen standhalten können, ohne sich zu verformen, während die Härte eine hervorragende Verschleißfestigkeit ermöglicht.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Wärmeausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	11,5 x 10⁻⁶/K	6,36 x 10⁻⁶/°F

Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind bedeutend für Anwendungen, die hochgeschwindigkeits Bearbeitung beinhalten. Die Dichte von Vanadis 10 Stahl trägt zu seiner Stabilität während der Bearbeitungsprozesse bei, während seine Wärmeleitfähigkeit hilft, die während des Bearbeitens erzeugte Wärme abzuleiten und somit das Risiko thermischer Schäden an Werkzeug und Werkstück zu reduzieren.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Element	Konzentrazione (%)	Temperatur (°C)	Beständigkeitswertung	Hinweise
Chloride	3-5	20-60	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10	25	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5	25	Gut	Mittlere Beständigkeit
Alkalische Lösungen	5-10	20-60	Ausreichend	Empfindlich gegenüber SCC

Vanadis 10 Stahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Umgebungen mit Chloriden und Säuren. Obwohl er in einigen sauren Bedingungen ausreichend funktioniert, wird eine längere Exposition gegenüber starken Säuren nicht empfohlen, da er unter Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion leiden kann. Im Vergleich zu anderen Werkzeugstählen wie D2 und M2 bietet Vanadis 10 eine bessere Verschleißfestigkeit, kann jedoch deren Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen möglicherweise nicht erreichen.

Wärmebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	500	932	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	600	1112	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600	1112	Oxidationsrisiko über diesen Punkt hinaus

Vanadis 10 Stahl erhält seine mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die hohe thermische Belastungen beinhalten. Es muss jedoch darauf geachtet werden, eine längere Exposition gegenüber Temperaturen über 600 °C zu vermeiden, da dies zu Oxidation und Degradation des Materials führen kann.

Fabrikations Eigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Zusatzmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flegel	Hinweise
TIG	ER80S-D2	Argon	Vorwärmen empfohlen
MIG	ER80S-D2	Argon + CO2-Gemisch	Nachbearbeitungswärmebehandlung notwendig
Elektrode	E7018	-	Nicht empfohlen für dicke Abschnitte

Vanadis 10 Stahl wird aufgrund seines hohen Legierungsgehalts im Allgemeinen nicht für das Schweißen empfohlen, da dies zu Rissen führen kann. Wenn das Schweißen erforderlich ist, sind Vorwärmen und Nachbehandlungswärmebehandlung entscheidend, um das Risiko von Mängeln zu minimieren.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	Vanadis 10 Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60	100	Erfordert Hartmetallwerkzeuge
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-40 m/min	80-100 m/min	Kühlmittel verwenden, um Wärme zu steuern

Vanadis 10 Stahl hat einen Bearbeitungsindex von etwa 60, was niedriger ist als der von niedriger legierten Stählen wie AISI 1212. Das bedeutet, dass er zwar effektiv bearbeitet werden kann, jedoch spezialisierte Werkzeuge und langsamere Schnittgeschwindigkeiten erfordert, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

Vanadis 10 Stahl eignet sich aufgrund seiner hohen Härte und Festigkeit nicht besonders gut für Umformungsoperationen. Kaltes Formen ist im Allgemeinen nicht durchführbar, und warmes Formen kann auf spezifische Anwendungen beschränkt sein. Das Material zeigt eine Kaltverfestigung, die die Umformverfahren komplizieren kann.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwarten Ergebnis
Glühen	800 - 850 / 1472 - 1562	1-2 Stunden	Luft	Härte reduzieren, Bearbeitbarkeit verbessern
Abschrecken	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 Minuten	Öl	Hohe Härte erreichen
Nachbehandeln	500 - 600 / 932 - 1112	1 Stunde	Luft	Sprödigkeit reduzieren, Zähigkeit verbessern

Die Wärmebehandlung von Vanadis 10 Stahl umfasst Austenitisierung, Abschrecken und Nachbehandeln. Der Austenitisierungsprozess verändert die Mikrostruktur, was die Bildung von Martensit nach dem Abschrecken ermöglicht. Anschließend wird das Nachbehandeln durchgeführt, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu erhöhen, was zu einer ausgewogenen Kombination von Härte und Duktilität führt.

Typische Anwendungen und Endnutzen

Industrie/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften in dieser Anwendung	Grund für die Auswahl
Automobil	Schneidwerkzeuge	Hohe Verschleißfestigkeit, Härte	Lange Lebensdauer der Werkzeuge
Luft- und Raumfahrt	Formen für Verbundwerkstoffe	Zähigkeit, Wärmebeständigkeit	Hohe Leistungsanforderungen
Fertigung	Stanzen und Matrizen	Festigkeit, Haltbarkeit	Präzision und Langlebigkeit

Weitere Anwendungen sind:
- Medizinische Geräte: Chirurgische Instrumente, die hohe Präzision und Verschleißfestigkeit erfordern.
- Werkzeugbau: Herstellung von Formen und Matrizen in verschiedenen Fertigungsprozessen.

Vanadis 10 Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner überlegenen Verschleißfestigkeit und seiner Fähigkeit, scharfe Kanten zu erhalten, ausgewählt, die für Werkzeuge in Umgebungen mit hohen Belastungen entscheidend sind.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Vanadis 10 Stahl	AISI D2	AISI M2	Kurz Notiz Pro/Contra oder Trade-off
Wichtigste mechanische Eigenschaft	Hohe Härte	Gute Verschleißfestigkeit	Hohe Zähigkeit	Vanadis 10 bietet eine Balance zwischen Härte und Zähigkeit
Wichtigster Korrosionsaspekt	Moderate Beständigkeit	Ausreichende Beständigkeit	Gute Beständigkeit	Vanadis 10 ist weniger beständig als M2 in korrosiven Umgebungen
Schweißbarkeit	Schlecht	Ausreichend	Gut	Schweißen erfordert spezielle Überlegungen für Vanadis 10
Bearbeitbarkeit	Moderat	Hoch	Moderat	Erfordert spezialisierte Werkzeuge für Vanadis 10
Ungefährer relativer Preis	Höher	Moderat	Moderat	Die Kosten werden durch den Legierungsgehalt beeinflusst
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Hoch	Verfügbarkeit kann regional variieren

Bei der Auswahl von Vanadis 10 Stahl sind Aspekte wie Kostenbewusstsein, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen zu berücksichtigen. Seine einzigartigen Eigenschaften machen ihn für Hochleistungsanwendungen geeignet, jedoch können die höheren Kosten und die spezialisierten Bearbeitungsanforderungen seine Verwendung in weniger anspruchsvollen Umgebungen einschränken. Darüber hinaus müssen Sicherheitsüberlegungen, insbesondere in Anwendungen, in denen ein Werkzeugversagen zu erheblichen Gefahren führen könnte, berücksichtigt werden.

Zusammenfassend ist Vanadis 10 Stahl ein herausragender Werkzeugstahl mit einer einzigartigen Kombination von Eigenschaften, die ihn ideal für Hochleistungsanwendungen machen. Seine sorgfältige Auswahl und Verarbeitung können in anspruchsvollen Umgebungen außergewöhnliche Ergebnisse liefern, was ihn zu einem wertvollen Material in der Werkzeug- und Formenbauindustrie macht.