Staalclassificaties
Staalsoorten worden ingedeeld in groepen op basis van hun eigenschappen en/of hun voorkeurstoepassing.
Staal
Staal wordt gedefinieerd als: alle metaallegeringen met als hoofdbestanddeel ijzer waarbij de koolstof massafractie C minder is dan 2 %. De twee hoofdgroepen van staal noemt men kwaliteitsstaal en edelstaal (RVS). Afhankelijk van de combinatie van legeringselementen kan het karakter van een staal zeer verschillend zijn: zeer zacht en daardoor uitstekend buigzaam of ook hard en eerder bros.
Toepassingseigenschappen
De toepassingseigenschappen van staal worden beïnvloed door de legeringselementen in combinatie met een geschikte warmtebehandeling. Daardoor kunnen ze voor een breed scala aan toepassingen worden ontworpen: zeer zacht en daardoor uitstekend buigzaam (bijv. blik voor conservenblikken) of ook hard en eerder bros (bijv. hardbaar staal voor industriële messen). Moderne ontwikkelingen zijn er op gericht om het staal tegelijkertijd hard en taai te produceren, bijvoorbeeld als toepassing voor de bouw van lichte machines
Kwaliteitsstaal
Kwaliteitsstalen zijn alle ongelegeerde en gelegeerde stalen voor zover ze door de staalgroepnummers 1.00xx tot 1.09xx geclassificeerd zijn. Ze hebben meestal zeer weinig gedefinieerde eigenschappen, zoals bijv. een minimum strek grens voor constructiestaal: 1.0570 (S355J2G3) met een strek grens van ten minste 355 MPa.
Edelstaal corrosiebestendig
Edelstalen zijn alle ongelegeerde en gelegeerde stalen voor zover ze door de staalgroepnummers 1.1xxx tot 1.89xx geclassificeerd zijn. Ze hebben meestal een hogere mate van zuiverheid en worden gekenmerkt door lage niveaus van fosfor en zwavel. Daarom vallen per definitie alle gereedschapsstalen, snelstalen of genitreerde stalen onder de noemer edelstaal. De omschrijving ”edelstaal” wordt in het technische staalgebruik meestal toegepast op het gebied van de “niet roestende, corrosiebestendige stalen (RVS). (staalgroepnummer 1.40xx tot 1.45xx zijn om precies te zijn een deelverzameling van de totale groep roestvast staal).
Ongelegeerd gereedschapsstaal
Voor ongelegeerde gereedschapsstalen is volgens DIN 10 020 het respectievelijke aandeel van de legeringselementen onder bepaalde grenzen. Ze zijn in de eerste plaats door een koolstofgehalte van 0,40 – 1,40 % gedefinieerd. Na een gecontroleerde warmtebehandeling kunnen ze worden gekenmerkt door een hoge oppervlaktehardheid, hoge slijtvastheid en een goed snijvermogen bij een taaiharde kern (hoge kernveredeling). Ze worden gebruikt voor eenvoudige gereedschappen die aan lage belasting onderhevig zijn. Warmtebehandeld zijn ze tot een bedrijfstemperatuur van 200 graden Celsius toe te passen.
Voorbeeld: 1.1730.
Gelegeerd gereedschapsstaal
De eigenschappen van gelegeerde gereedschapsstalen worden gekenmerkt door tenminste één legeringselement waarvan de inhoud boven een bepaald minimum volgens DIN 10 020 ligt. Daardoor hebben ze de mogelijkheid een hoge gebruikshardheid aan te nemen (afhankelijk van de legering ook goede doorharding bij een hoge kernverdeling) voor een hoge slijtvastheid en / of hoge taaiheid, waardoor ze geschikt zijn voor het be- en verwerken van diverse materialen zoals blik of kunststoffen. Op basis van hun bedrijfstemperatuur worden ze in de categorieën van koudwerkstaal, (langdurige temperaturen tot 200 graden Celsius) warmwerkstaal (langdurige temperaturen > 200 graden Celsius) en snelstaal (langdurige temperaturen tot 600 graden Celsius) ingedeeld. Ongeacht de temperatuur, wordt vaak een nadere toepassingsgerichte indeling van kunststofvormenstaal toegepast, welke voldoet aan de speciale eisen van de kunststofverwerking. Hieronder vallen in principe alle gangbare gereedschaps- en roestvaste staalsoorten.
Koudwerkstaal
Op basis van gelegeerde koudwerkstalen worden gereedschappen vervaardigd waarmee zowel machinaal verspanend (bijvoorbeeld snijden) als niet verspanend (bijv. persen) wordt gewerkt tot temperaturen van 200 graden Celsius. Ze moeten voldoende taai en drukbestendig zijn en een hoge slijtvastheid bezitten. De eigenschappen worden verkregen door specifieke combinaties van legeringselementen (hogere chroomniveaus produceren harde carbiden) die bijvoorbeeld de slijtvastheid verhogen. De toevoeging van molybdeen, vanadium en wolfram kunnen deze eigenschap nog optimaliseren. Koudwerkstalen moeten bij voorkeur goed bewerkbaar zijn, en na een aansluitende warmtebehandeling vormvast.
Voorbeeld: 1.2842.
Warmwerkstaal
Op basis van de gelegeerde warmwerkstalen worden gereedschappen vervaardigd waarmee in de praktijk weliswaar ook koudwerk tot 200 graden Celcius verricht kan worden (bijv. spangereedschappen of gepantserde snijplaten), maar door hun legeringen vooral bij langdurige temperaturen boven 200 graden Celsius te gebruiken zijn (bijv. smeden, warmwalsen of schaarmessen voor warmwerk). Deze staalsoorten hebben een hoge hittebestendigheid, slijtvastheid, thermische schokbestendigheid en een goede ontlaatbestendigheid. Belangrijke legeringselementen in vergelijk met die van koudwerk zijn nikkel, molybdeen en kobalt.
Voorbeeld: 1.2343.
SCHNELLARBEITSSTAHL
Snelstaal wordt primair gebruikt voor gereedschappen die zelf zeer hoge snijsnelheden bereiken (bijv. frezen). Ze zijn hooggelegeerd (met carbide-vormende elementen zoals chroom, molybdeen, wolfram en vanadium, of kobalt bij speciale thermische belastingen) en maken het mogelijk, in vergelijk tot laag-gelegeerde staalsoorten, een tot 10-voudige toename in snijsnelheid te bereiken. Dit omdat ze een zeer hoge warmtevastheid, slijtvastheid, ontlaatbestendigheid en warmtehardheid (roodgloeihardheid) bezitten. Ze worden ook wel aangeduid als HSS staalsoorten (High Speed Steel).
Voorbeeld: 1.3343.
Kunststofvormenstaal
Kunststofvormenstaal is de verzamelnaam voor staalsoorten die door hun eigenschappen naast warm- of koudwerk toepassingen ook op het gebied van kunststofverwerking of bewerking kunnen worden toegepast. Omdat de eisen zeer verschillend zijn worden vele beschikbare gereedschaps- en edelstaalsoorten voor de vervaardiging van plastic onderdelen gebruikt. Onderscheid wordt gemaakt in spuitgietmatrijzen (hier hardt het plastic uit in de matrijs), en gietvormen (hier is het staal continu met vloeibare kunststof in contact, extrusie gereedschap bijv.). Kunststofvormstalen moeten wegens de hoge oppervlaktekwaliteit van de afgewerkte producten goed kunnen worden gepolijst (hoge zuiverheidsgraad), bestand zijn tegen warmte, druk en slijtage en dienen roestvrij en zuurbestendig te zijn bij de verwerking van PVC-producten. Voorbeeld: 1.2316.
Corrosie- en zuurbestendigstaal
Corrosiebestendige staalsoorten hebben over het algemeen een hoog legeringsgehalte van chroom (tenminste 12 %), bijv. 1.2083.
Ze garanderen niet persé volledige vrij te zijn / blijven van roest, maar voorkomen een technisch problematische roestlaag of putjes. Nog beter zijn de zuurbestendige staalsoorten welke bovendien nog bijv. tenminste 8 % nikkel bevatten, bijv. 1.4301.
Corrosie en zuurbestendige staalsoorten worden over het algemeen in de voedselverwerkende- en de chemische industrie gebruikt. Afhankelijk van de samenstelling van de legering kan de structuur martensitisch (1.2316, magnetiseerbaar) of austenitisch zijn (1.4301, niet magnetiseerbaar).
Inzetstaal
Inzetstalen zijn ongelegeerde tot middel-gelegeerde stalen die over het algemeen minder dan 0,25 % koolstof bevatten. Bij temperaturen > 920 graden Celsius ontstaat een doelgerichte verrijking van koolstof (carboneren) d.m.v. poeder / granulaat, gas of een zoutbad. De koolstof verdeeld zich in randoppervlakte tot een diepte van 1,5 – 2 mm. Na het carboneren worden verschillende gecombineerde hardingsprocessen toegepast bij verschillende temperaturen, waarbij wordt gelet op afwijkende koolstof-concentraties aan het oppervlak en in de kern. Inzetstalen bereiken randhardheden tot 62 HRC, waarbij de hoogte van de kernhardheid door de hoogte van de legering wordt bepaald. Voorbeeld: 1.7131 en 1.2162.
