Schnellarbeitsstahl
Englisch: high speed steel
Werkzeugstahlsorte aus dem frühen 20. Jahrhundert, die ihre Härte und Anlassfarbe bei hohen Temperaturen behält, wodurch Werkzeuge aus diesem Material mit höheren Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden können als früher möglich war
Schnellarbeitsstahl: Werkzeugstahl, der in der Hitze hart bleibt
Schnellarbeitsstahl (HSS) ist eine eisenbasierte Legierung, die ihre Schneidhärte bei Temperaturen bewahrt, bei denen herkömmliche Werkzeugstähle versagen. Ein Schneidwerkzeug aus HSS kann drei bis zehn Mal schneller arbeiten als eines aus Kohlenstoffstahl, bevor es erweicht und die Schneide verliert. Allein diese Eigenschaft transformierte die Metallbearbeitung Anfang des 20. Jahrhunderts und machte die Massenproduktion von bearbeiteten Teilen wirtschaftlich rentabel, wo sie vorher unrentabel langsam war.
Die Legierung funktioniert durch die Zugabe von Wolfram, Molybdän, Chrom und Vanadium in die Eisenmatrix, typischerweise in Anteilen wie 18 % Wolfram, 4 % Chrom, 1 % Vanadium und kleine Mengen Molybdän. Wolfram ist der Hauptakteur und bildet harte Carbidpartikel, die auch bei 600 Grad Celsius oder höher während des Schneidens nicht erweichen. Diese Carbide bleiben stabil, wo die Eisenbasis anfangen würde, ihre Härte zu verlieren. Das exakte Rezept variiert: Molybdän-Sorten ersetzen einen Teil des Wolframs, um Kosten und Gewicht zu senken, während Kobalt-Zusätze die Hitzebeständigkeit um einige Grad erhöhen können.
HSS kommt in zwei Hauptformen vor. Schmiedestahl-Schnellarbeitsstahl, hergestellt durch Schmieden und Walzen, bietet Zähigkeit, aber etwas geringere Härte. Pulvermetallurgischer HSS, hergestellt durch Zerstäuben von geschmolzenem Metall zu feinem Pulver und anschließendes Sintern unter Druck, liefert eine gleichmäßigere Carbidverteilung und überlegene Härte, allerdings zu höheren Kosten. Beschichtungen wie Titannitrid oder Titankarbonitrid werden auf HSS-Werkzeugen aufgetragen, um eine zusätzliche Schicht Hitze- und Verschleißbeständigkeit zu bieten, ohne das Grundmaterial zu verändern.
Die Position von HSS in der Schneidwerkzeug-Hierarchie
Schnellarbeitsstahl nimmt die Mittellage zwischen Kohlenstoffstahl und Hartmetall ein. Kohlenstoffstahl ist billig, leicht zu schleifen und verzeiht ungenaue Maschinen, aber sein Geschwindigkeitslimit ist niedrig. Hartmetall-Schneidwerkzeuge können viel schneller arbeiten als HSS und halten ihre Schneide länger, aber sie sind spröde, teuer und erfordern starre Aufbauten. HSS bleibt die praktische Wahl für Werkstätten, manuelle Maschinen und Situationen, in denen die Werkzeugkosten gegen die Maschinenkapazität abgewogen werden müssen. Ein Spiralbohrer oder Stirnfräser aus HSS kann von Hand mit einer Schleifmaschine geschärft werden, während Hartmetall eine Präzisionsschleifmaschine erfordert.
Der Name "Schnellarbeit" spiegelt seinen historischen Kontext wider: Bei der Entwicklung um 1900 war die Drehzahl der Drehmaschine selbst ein begrenzender Faktor. HSS ermöglichte es Maschinisten, ihre Maschinen schneller zu fahren als je zuvor. Bei modernen CNC-Maschinen mit steifen Spindeln und Durchlaufkühlmittel kann HSS altmodisch erscheinen. An einer alten lockeren manuellen Fräsmaschine oder in einer Feldsituation ohne Kühlmittel bleibt es zuverlässig und nachgiebig. Maschinisten wählen für allgemeine Arbeiten immer noch HSS-Bohrer und Gewindeschneider, weil sie unterbrochene Schnitte und Vibrationen besser vertragen als Hartmetall.