Schnellarbeitsstahl

HS-Bohrer mit einer Beschichtung aus Titannitrid ("goldfarbig")

Schnellarbeitsstahl, vor allem bekannt durch das vom englischen Namen High Speed Steel abgeleitete HSS (Kürzel nach EN ISO 4957 HS), bezeichnet eine Gruppe legierter Werkzeugstähle mit bis zu 2,06 % Kohlenstoffgehalt und bis zu 30 % Anteil an Legierungselementen wie Wolfram, Molybdän, Vanadium, Kobalt, Nickel und Titan. Diese bilden beim wiederholten Anlassen zusammen mit dem Kohlenstoff die für den Einsatzzweck maßgeblichen Sekundärcarbide.

Neben Schnellarbeitsstahl existieren eine Reihe weiterer Namen für diese Stahlsorte. Aus der englischen Abkürzung HSS sind beispielsweise Hochleistungsschnellarbeitsstahl oder Hochleistungs(schnell)schnittstahl abgeleitet, aber auch Schnellschnittstahl ist weit verbreitet. Häufig werden zur besseren Lesbarkeit auch ein oder mehrere Bindestriche in die Namen eingefügt.

Eigenschaften

HS-Werkstoffe zeichnen sich durch große Härte, Anlassbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und eine Warmfestigkeit bis 600 °C aus. Beschichtungen aus Titannitrid steigern diese Härte und Verschleißfestigkeit an der Werkzeugoberfläche (insb. Schneiden, Spanleitstufen) erheblich und erhöhen nebenbei die Korrosionsbeständigkeit. Sie werden hauptsächlich in der spanenden Fertigung auf Werkzeugmaschinen als Schneidstoff für Werkzeuge verwendet. Aufgrund ihrer Eigenschaften ermöglichen sie höhere Schnittgeschwindigkeiten als niedrig legierte Werkzeugstähle, größere Spanräume und damit ein höheres Spanvolumen pro Zeiteinheit. Gegenüber modernen Hartmetall- oder Keramik-Schneidplatten sind die Schnittgeschwindigkeiten bei HS-Werkzeugen zwar wesentlich niedriger, aber sie sind weit unempfindlicher gegen Stöße und Schwingungen, die bei den härteren Schneidwerkstoffen teils sehr rasch zu Brüchen (z. B. an der Schneide) führen. Die geringere Bruchempfindlichkeit erlaubt des Weiteren kleinere Keilwinkel, was eine geringere Rauhtiefe nach sich zieht.

Arten von Schnellarbeitsstählen

• HSS-R: Formgebung durch Rollieren.
• HSS-G: Formgebung durch Schleifen (G für geschliffen). Für geringe Toleranzen geeignet.
• HSS-E: Formgebung wie HSS-G, aber zusätzlich mit Kobalt legiert. Dieser höherwertige und warmfeste Werkstoff wird für die Bearbeitung von Materialien mit höherer Festigkeit und bei langen Schnittkanälen mit entsprechend starker Erwärmung eingesetzt.

Die Bezeichnung von HS-Stählen ist derzeit in der Norm EN ISO 4957 festgelegt. Sie besteht aus den Buchstaben HS (nach der abgelösten Vorgängernorm DIN 17350: S) und folgend, mit Bindestrich getrennt, die durchschnittlichen prozentualen Anteile der Legierungsbestandteile Wolfram (W), Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Kobalt (Co). Für Merksätze siehe Artikel Stahlsorte#Schnellarbeitsstähle.

Nach den Legierungsbestandteilen Wolfram und Molybdän werden die Schnellarbeitstähle allgemein in vier Gruppen unterteilt mit

• 2 % W und ca. 1 % Mo,
• 12 % W und ca. 1 % Mo,
• 6 % W und ca. 5 % Mo und
• 18 % W und ca. 9 % Mo.

Beispiel: HS 12-1-4-5 enthält ca. 12 % Wolfram, 1 % Molybdän, 4 % Vanadium und 5 % Kobalt.

Herstellung

Schnellarbeitstähle werden nach der mechanischen Vorbearbeitung bei etwa 1200 °C bis 1300 °C gehärtet, um bei diesen hohen Temperaturen die stabilen Carbidbildner in Lösung zu bringen. Bei der Abschreckung erfolgt eine umfangreiche Umwandlung in Martensit bei verbleibendem, stark mit Kohlenstoff übersättigtem Restaustenit. Nach dem Härten werden diese Stähle mehrmals bei etwa 550 °C angelassen. Dabei werden durch die nur träge verlaufenden, diffusionskontrollierten Vorgänge zum Einen Sondercarbide ausgeschieden, die eine Ausscheidungshärtung mit sich bringen, und zum Anderen gleichzeitig der Kohlenstoffgehalt im Restaustenit schrittweise gesenkt, um diesen auch noch möglichst vollständig in Martensit umzuwandeln.

Wirtschaftliche Bedeutung

HS-Schneidwerkzeuge werden gewöhnlich eingesetzt als Bohrer (Spiralbohrer, Zentrierbohrer), Gewindeschneidwerkzeuge, Sägeblätter, Fräswerkzeug und Drehmeißel, aber auch als Walzenwerkstoffe.