SKD11-Werkzeugstahl: Eigenschaften, Wärmebehandlung und Bearbeitungshandbuch

Wenn Sie als Hersteller einen Hochleistungswerkstoff mit hervorragender Härte, Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität suchen, ist SKD11 die richtige Wahl. SKD hat hohe Kundenzufriedenheit bei Anwendungen wie Matrizen und Stempeln erreicht, die Verschleiß und wiederholten Belastungen über lange Zeiträume standhalten müssen. Dank der strengen Qualitätsanforderungen des japanischen Industriestandards, dem SKD11-Stahl entspricht, weist er eine beeindruckende mikrostrukturelle Sauberkeit auf, die seine Haltbarkeit erhöht. Erfahren Sie mehr darüber.

Was ist SKD11-Material?

SKD11 gehört zur Werkzeugstahlfamilie und entspricht den japanischen Industrienormen (JIS). Dank des hohen Chrom- und Kohlenstoffanteils verfügt SKD11-Stahl über hohe Verschleißfestigkeit, Druckfestigkeit und Dimensionsstabilität. Vanadium wirkt als Mikrolegierung und trägt zu einer hohen Härte bei. Mit einer geeigneten Wärmebehandlung kann SKD11-Legierungsstahl eine Härte von bis zu 62 HRC erreichen.

Was macht SKD11 zu einem „Kaltarbeitsstahl“?

SKD 11 wird typischerweise als Matrizenmaterial für Kaltbearbeitungsanwendungen wie Stanzen, Umformen und Scheren verwendet. Der hohe Chrom- und Kohlenstoffgehalt von SKD11-Stahl fördert die Bildung von Karbiden und eine feinkörnige Mikrostruktur. Er kann luftgehärtet werden und vermeidet dadurch Maßverzug. Matrizen und Werkzeuge aus SKD 11 weisen enge Maßtoleranzen auf.

Internationales SKD11-Materialäquivalent (D2, 1.2379, X153CrMo12)

Obwohl die in der folgenden Tabelle aufgeführten Güteklassen gleichwertig sind, sind sie nicht völlig gleichwertig. Aufgrund regionaler Unterschiede gibt es geringfügige Unterschiede in den chemischen und mechanischen Eigenschaften.

Typischer Härtebereich vor/nach der Wärmebehandlung (HRC 58–62)

Die folgende Tabelle gibt die Härtewerte von SKD11-Stahl unter verschiedenen Wärmebehandlungsbedingungen an:

Chemische Zusammensetzung und Standards des SKD11-Materials

Hier ist eine Vergleichstabelle von SKD11 und seinen gleichwertigen Qualitäten, in der die chemische Zusammensetzung jeder Qualität hervorgehoben wird:

Chrom, Kohlenstoff, Molybdän und Vanadium sind die wichtigsten chemischen Elemente, die die mechanischen Eigenschaften dieser Güten beeinflussen. Der Anteil von Cr, C und Mo ist in allen Güten nahezu gleich. Der Vanadiumanteil variiert jedoch leicht.

Vollständige Elementaufschlüsselung (C, Cr, Mo, V)

Im SKD 11-Material tragen karbidbildende Elemente wie Cr, Mo und V sowie ein hoher Kohlenstoffanteil zur Bildung von Karbiden während der Wärmebehandlung bei. Dies trägt zu einer hohen Härte und einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit bei. Der Cr-Gehalt von ca. 12 % trägt durch die Bildung einer Chromoxidschicht auf der Oberfläche zu einer leichten Korrosionsbeständigkeit bei.

JIS- vs. ASTM- vs. DIN-Spezifikationen

Was sind JIS-, ASTM- und DIN-Normen?

JIS, ASTM und DIN sind internationale Normen, die in vielen Regionen der Welt eingehalten werden. JIS ist eine japanische Norm, ASTM gehört zu den USA und DIN ist eine deutsche Norm. Obwohl die jeweiligen Normen länderspezifisch sind, werden sie in vielen anderen Ländern weltweit angewendet. Beispielsweise kann JIS, obwohl es sich um eine japanische Norm handelt, auch in China hergestellt werden, wenn es dieser Norm entspricht.

Wie unterscheiden sie sich von anderen?

Stahlsorten, die den JIS-, ASTM- oder DIN-Normen entsprechen, sind austauschbar. Es gibt nur geringfügige Unterschiede. Die Unterschiede zwischen diesen Normen liegen lediglich in der jeweiligen Länderzugehörigkeit ihrer jeweiligen Leitungsgremien. Ansonsten sind sie gleichwertig.

SKD11 Mechanische Eigenschaften

SKD11-Stahl ist so konstruiert, dass er hohen Schlagkräften standhält und gleichzeitig eine gute Dimensionsstabilität aufweist. In Anwendungen wie Matrizen bei der Kaltbearbeitung von Blechen oder verschiedenen anderen Werkzeugen muss das Material Verschleiß und zyklischen Belastungen standhalten. SKD11 verfügt über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.

Zugfestigkeits- und Streckgrenzendaten

SKD11-Legierungsstahl erreicht eine beeindruckende Härte von 60 HRC. Die Zugfestigkeit übersteigt 2000 MPa. Zum Vergleich: Die Zugfestigkeit von A2-Stahl beträgt nur 1800 MPa.

Schlagzähigkeit im Vergleich zu herkömmlichem D2

Obwohl D2-Stahl eine gleichwertige Güte wie SKD11-Stahl ist, weist SKD11 in der Regel eine höhere Schlagzähigkeit als D2 auf. Dies könnte auf die strengen Qualitätskontrollen zurückzuführen sein, die die Stahlwerke gemäß japanischen Standards durchführen. Schädliche Elemente wie Schwefel und Phosphor werden durch ein ESU-Verfahren minimiert.

Dimensionsstabilität nach dem Tempern

SKD11-Stahl weist nach der Wärmebehandlung eine beeindruckende Dimensionsstabilität auf. Bei einer Dicke von 100 mm weicht er nach dreimaligem Anlassen lediglich um ≤0.02 % ab.

SKD11 im Vergleich zu anderen Werkzeugstählen

Bei der Auswahl eines Werkstoffs für eine bestimmte Anwendung steht häufig die Wahl des richtigen Werkstoffs im Vordergrund. Es gibt ähnliche und gleichwertige Werkzeugstahlsorten. Für jede spezifische Anwendung sollte die Wahl jedoch von Faktoren wie Härte, Maßhaltigkeit, Zähigkeit und vor allem den Kosten abhängen. Lassen Sie uns einige gängige Werkzeugstähle anhand dieser Faktoren abwägen.

SKD11 und SKD61

SKD11 und SKD61 sind beides Werkzeugstähle. Ihr Anwendungsbereich ist jedoch völlig unterschiedlich. SKD11 wird für seine hohe Verschleiß- und Ermüdungsbeständigkeit sowie seine hervorragende Dimensionsstabilität geschätzt, was ihn ideal für Kaltbearbeitungsanwendungen macht. SKD61-Stahl hingegen wird aufgrund seiner hohen Thermoschockbeständigkeit, hohen Zähigkeitsbeständigkeit bei hohen Temperaturen sowie seiner hohen Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit hauptsächlich in Warmbearbeitungsanwendungen eingesetzt.

SKD11 gegen D2

SKD11 hat eine etwas sauberere und gleichmäßigere Mikrostruktur als die Güte D2. Dies liegt am unterschiedlichen Herstellungsprozess. SKD11 durchläuft ein ESU-Verfahren (Elektroschlacken-Umschmelzen), wodurch schädliche Elemente entfernt und die Karbiddispersion feiner wird. Aufgrund der höheren Qualitätsanforderungen ist SKD11-Stahl etwas teurer als D2-Stahl.

Sind D2 und SKD11 dasselbe?

D2-Stahl und SKD11 sind gleichwertige Güten mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften. SKD11 wird jedoch aufgrund seiner verfeinerten Mikrostruktur in hochwertigen Anwendungen eingesetzt.

SKD11 vs. Cr12MoV

Cr12MoV ist eine kostengünstige und dennoch effektive Stahlsorte, die dem Werkzeugstahl SKD11 entspricht. Sie entspricht den chinesischen GB-Normen. Sowohl SKD11- als auch Cr12MoV-Stähle behalten ihre Härte bis 200 °C.

Wann ist SKD11 gegenüber A2 oder O1 zu wählen?

Sowohl A2 als auch O1 weisen im Vergleich zur Stahlsorte SKD11 eine höhere Zähigkeit auf. In puncto Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität ist SKD11 jedoch eindeutig der Gewinner. Daher sollte SKD11 für Hochleistungsanwendungen gewählt werden, wenn die Kosten kein limitierender Faktor sind.

SKD11 Wärmebehandlungsprozessablauf

Die wahren Eigenschaften von SKD11 können durch eine geeignete Wärmebehandlung erzielt werden. Im geglühten Zustand ist SKD11-Stahl etwas weich. Dadurch sind Formgebungsverfahren wie Zerspanen oder Schmieden einfacher. Sobald er die gewünschte Form erreicht hat, ist eine entsprechende Wärmebehandlung erforderlich, um ihn vor Verschleiß und Maßänderungen zu schützen.

Vorwärmen und Spannungsarmglühen (650 °C, 2 h)

SKD 11-Stahl wird im Temperaturbereich von 1020–1040 °C austenitisiert. Ein Vorwärmprogramm bei einer Zwischentemperatur von etwa 650 °C hilft jedoch, während der Herstellung entstandene Spannungen abzubauen. Eine direkte Erwärmung von Raumtemperatur auf 1040 °C kann aufgrund eines starken Temperaturgradienten zwischen Oberfläche und Kern zu Materialrissen führen.

Härten (1020–1040 °C, Luft-/Ölabschreckung)

Das Abschrecken ist der nächste Schritt der Wärmebehandlung. Der SKD 11-Stahl wird auf eine Temperatur von 1040 °C erhitzt und anschließend entweder an der Luft abgekühlt oder in Öl abgeschreckt. Das Abschrecken in Öl erzeugt einen steilen Temperaturgradienten, der in dickeren Abschnitten zu Rissen und in anderen zu Verformungen führen kann. Luftkühlung erzeugt einen moderaten Temperaturgradienten, der oft wünschenswerter ist. Ölabschrecken ergibt jedoch eine Härte von etwa 62 HRC, während Luftkühlung nur 60 HRC erreicht.

Dreifaches Anlassen (520 °C × 3 × 2 h)

SKD11 wird drei Mal 520 Stunden lang auf 2 °C erhitzt. Diese Anlassbehandlung baut innere Spannungen ab, erzeugt feine Karbiddispersionen, reduziert die Sprödigkeit und verleiht Zähigkeit. Die Anwesenheit von Cr, Mo und V trägt durch den Sekundärhärtungseffekt zur Erhöhung der Härte bei. Sie reagieren mit Kohlenstoff zu feinen Karbiddispersionen.

Vakuum vs. Salzbad – Vor- und Nachteile

Der folgende Link gibt einen allgemeinen Überblick über die Grundlagen der Wärmebehandlung:

Was ist SKD11-Bearbeitbarkeit? Wie wird es CNC-bearbeitet?

Die CNC-Bearbeitung von SKD11 ist im gehärteten Zustand vergleichsweise schwierig. Die meisten Hersteller bevorzugen jedoch die Bearbeitung von SKD11 im geglühten Zustand. Die Bearbeitung von wärmebehandeltem SKD11-Stahl dient oft nur der Feinabstimmung. Einige Hersteller verwenden EDM-Verfahren, um Hartschnitte zu vermeiden.

Schruppdrehen im geglühten Zustand

Das geglühte SKD 11-Material weist eine relativ geringe Härte von HB 255 auf. Daher sind keine sehr strengen CNC-Einstellungen erforderlich. Optimal ist das Einsatzwerkzeug CNMG432 mit einer Schnittgeschwindigkeit von 160 m/min und einem Vorschub von 0.3 mm/U.

Fertigfräsen nach dem Aushärten

Die CNC-Bearbeitung von gehärtetem SKD 11 ist etwas knifflig. Sie erfordert CBN-Wendeschneidplatten. Sumitomo BNC2010 oder Mitsubishi MB4020 sind gute Beispiele dafür. Im Vergleich zu Hartmetallwerkzeugen weisen CBN-Wendeschneidplatten eine bessere Schneidkantenabnutzung auf. In Zahlen ausgedrückt beträgt der CBN-Kantenverschleiß nur 15 Mikrometer, während Hartmetall einen Kantenverschleiß von 85 Mikrometern aufweist.

Drahterodieren für komplexe Stanzformen

Drahterodieren ist oft eine attraktive Alternative zur CNC-Bearbeitung, da kein Hartschneiden erforderlich ist. Die Produktionsgeschwindigkeit steigt bei hoher Präzision. Drahterodieren eignet sich besonders für die Großserienfertigung komplex geformter Teile.

Was sind die typischen Anwendungen von SKD11?

SKD11 bietet außergewöhnliche Härte und Widerstandsfähigkeit bei gleichzeitig guter Dimensionsstabilität. Es wird üblicherweise in Hochleistungsanwendungen eingesetzt, bei denen Metall kaltverformt wird. Typische Anwendungen sind Matrizen und Werkzeuge aller Art.

Stanz- und Stanzwerkzeuge

Stanz- und Stanzwerkzeuge aus SKD11-Stahl weisen eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität bei wiederholtem Gebrauch auf. Verschleiß oder Risse beim Stanzen oder Schneiden von Blechen sind sehr unwahrscheinlich. Beispielsweise lassen sich Edelstahlbleche mit einer Dicke von ca. 0.8 mm problemlos verarbeiten.

Kaltschmiedeeinsätze für Verbindungselemente

Die hervorragende Kombination aus hoher Druckfestigkeit und Absplitterungsbeständigkeit macht SKD 11 ideal für Kaltschmiedeeinsätze. Beispielsweise können M6-Sechskantschrauben mit demselben Einsatzkopfwerkzeug für bis zu 150 Zyklen hergestellt werden.

Verschleißeinsätze für Kunststoffformen

Aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit gegenüber glas- oder mineralgefüllten Harzen bei gleichzeitiger Einhaltung enger Toleranzen eignet sich SKD11-Stahl für Auswerferhülsen, Kerneinsätze und Angusseinsätze in gefüllten Kunststoff-Spritzgussformen.

SKD11 Materialäquivalente

SKD11 ist ein Kaltarbeitsstahl gemäß dem japanischen Industriestandard (JIS). Er bietet hervorragende Verschleißfestigkeit, hohe Härte nach Wärmebehandlung und gute Dimensionsstabilität. Äquivalente Güten existieren in anderen internationalen Normen und werden je nach Verfügbarkeit und Anwendungsanforderungen oft synonym verwendet.

Das häufigste Äquivalent: D2-Stahl

Die häufigste Äquivalentgüte zu SKD11 ist AISI D2. Ihre Spezifikationen sind in ASTM A681 aufgeführt. Beide Güten haben nahezu identische chemische Zusammensetzungen. Der Hauptunterschied zwischen SKD11 und D2 liegt in der Reinheit des Stahls. Das ESU-Verfahren führt zu einer verfeinerten Mikrostruktur, die die Lebensdauer und die Dimensionsstabilität beeinflussen kann.

Andere gleichwertige Noten

Anders als D2 entspricht SKD11 DIN X153CrMoV12 in Europa und Cr12Mo1V1 in China. Diese Güten haben eine ähnliche Zusammensetzung und Leistung bei Kaltumformung. Unterschiede in der Stahlherstellung und den Veredelungsverfahren können jedoch Einfluss auf Zähigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Werkzeugstandzeit haben. Die Güte Cr12Mo1V1 weist vergleichbare Ergebnisse auf, ist aber in der Regel günstiger als die Güte SKD11.

Fazit

SKD11-Stahl eignet sich hervorragend für Hochleistungsanwendungen, die eine Kombination aus Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Dimensionsstabilität erfordern. SKD11 benötigt eine Härtungs- und Anlassbehandlung, um eine Härte von 60–62 HRC zu erreichen. SKD11 hat andere gleichwertige Güten in anderen Normen, deren Leistung jedoch je nach Herstellungsverfahren leicht variiert.

Häufig gestellte Fragen

Ist SKD11 rostfrei?

Nein, SKD11 ist nicht rein rostfrei. Obwohl es einen Cr-Gehalt von 12 % aufweist, ist es nicht vollständig verfügbar, um eine selbstheilende, korrosionsschützende Chromoxidschicht aufzubauen.

Was ist die beste Anlasstemperatur für SKD11?

550^oEine Temperatur von 3 °C für 2 Zyklen von jeweils XNUMX Stunden ist optimal.

Kann SKD11 lokal lasergehärtet werden?

Ja, SKD11-Stahl kann lokal lasergehärtet werden, um die Oberflächenhärte zu verbessern.