Werkstoffe für Maschinenmesser – der richtige Werkstoff für jede Schneidanwendung

Kaltarbeitsstähle gehören zu den klassischen Werkstoffen für Maschinenmesser. Sie bieten eine gute Kombination aus Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit und eignen sich für zahlreiche industrielle Schneidanwendungen. Besonders hochlegierte Chromstähle wie 1.2379 und 1.2436 werden eingesetzt, wenn eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Schneidhaltigkeit gefordert sind.

Werkstoff 1.2436 – X210CrW12

Der Werkstoff 1.2436 ist ein hochlegierter Kaltarbeitsstahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt sowie Wolframanteil. Er zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Schneidhaltigkeit aus.

Typische Eigenschaften

• sehr hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Härte nach entsprechender Wärmebehandlung
• gute Druckfestigkeit
• gute Schneidhaltigkeit
• geeignet für abrasive Schneidaufgaben

Typische Einsatzbereiche

• Maschinenmesser
• Schneidmesser
• Längsschneidemesser
• industrielle Schneidwerkzeuge
• Anwendungen mit erhöhtem Verschleiß

Werkstoff 1.2379 – X153CrMoV12

1.2379 ist ein weit verbreiteter hochlegierter Kaltarbeitsstahl für anspruchsvolle Schneid- und Verschleißanwendungen. Der Werkstoff bietet eine ausgewogene Kombination aus Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit und eignet sich dadurch für viele unterschiedliche Maschinenmesser.

Typische Eigenschaften

• hohe Verschleißfestigkeit
• hohe erreichbare Härte
• gute Druckfestigkeit
• gute Schneidhaltigkeit
• vielseitig einsetzbar

Typische Einsatzbereiche

• Maschinenmesser
• Kreismesser
• Längsschneidemesser
• Messer für die Kunststoffverarbeitung
• Schneiden von Papier, Folien und anderen Werkstoffen

Schnellarbeitsstähle, kurz HSS, werden eingesetzt, wenn eine besonders hohe Schneidleistung und Verschleißfestigkeit gefordert sind. Ein wesentlicher Vorteil von HSS ist die Kombination aus hoher Härte, Verschleißfestigkeit und guter Warmhärte. Dadurch eignen sich HSS-Werkstoffe auch für Anwendungen mit höheren Schnittgeschwindigkeiten und erhöhter thermischer Belastung.

Werkstoff 1.3343 – HS6-5-2 / M2

1.3343 / HS6-5-2 / M2 ist ein klassischer Schnellarbeitsstahl und wird häufig für Schneidwerkzeuge eingesetzt.

Typische Eigenschaften

• hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Härte
• gute Schneidhaltigkeit
• gute Warmhärte
• für hohe Schnittgeschwindigkeiten geeignet

Typische Einsatzbereiche

• Maschinenmesser
• Kreismesser
• Längsschneidemesser
• Schneiden abrasiver Materialien
• Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Standzeit

Für besonders anspruchsvolle Anwendungen können auch höher legierte HSS-Qualitäten eingesetzt werden.

Wenn neben einer guten Schneidleistung auch eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, kommen rostbeständige beziehungsweise nichtrostende martensitische Werkzeugstähle zum Einsatz. Sie sind beispielsweise für Anwendungen interessant, bei denen Feuchtigkeit, Reinigungsprozesse oder bestimmte Medien eine Rolle spielen. Wichtig ist dabei: Rostbeständig bedeutet nicht korrosionsfrei. Die tatsächliche Beständigkeit hängt unter anderem vom Einsatzmedium, der Oberfläche, der Wärmebehandlung und den Umgebungsbedingungen ab.

Werkstoff 1.4034 – X46Cr13

1.4034 / X46Cr13 ist ein martensitischer, rostbeständiger Chromstahl mit guter Härtbarkeit und einer für viele Anwendungen ausreichenden Korrosionsbeständigkeit.

Typische Eigenschaften

• erhöhte Korrosionsbeständigkeit
• gute Härte
• gute Schneideigenschaften
• gute Polierbarkeit
• geeignet für Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Hygiene

Typische Einsatzbereiche

• Maschinenmesser
• Schneidmesser für Lebensmittelanwendungen
• Messer für feuchte Umgebungen
• Pharma- und Hygienebereiche
• allgemeine industrielle Schneidanwendungen

Werkstoff 1.4112 – X90CrMoV18

1.4112 / X90CrMoV18 bietet gegenüber 1.4034 eine höhere Verschleißfestigkeit und wird eingesetzt, wenn neben Korrosionsbeständigkeit auch eine hohe Schneidleistung erforderlich ist.

Typische Eigenschaften

• gute Korrosionsbeständigkeit
• hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Härte nach Wärmebehandlung
• gute Schneidhaltigkeit
• für anspruchsvollere Schneidanwendungen geeignet

Typische Einsatzbereiche

• Maschinenmesser
• Kreismesser
• Messer für die Kunststoffverarbeitung
• Schneidanwendungen mit erhöhten Anforderungen an Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit

Pulvermetallurgisch hergestellte Werkzeugstähle werden eingesetzt, wenn konventionelle Werkzeugstähle hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Zähigkeit oder Schneidhaltigkeit an ihre Grenzen kommen. Bei der Pulvermetallurgie wird das Gefüge des Stahls durch die Herstellung aus Metallpulvern besonders fein und gleichmäßig aufgebaut. Dadurch lassen sich Werkstoffe mit ausgewogenen Kombinationen aus Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Druckfestigkeit herstellen. Zu den bekannten Werkstofffamilien gehören beispielsweise CPM und ASP. Dabei handelt es sich um Werkstoff- beziehungsweise Markenfamilien mit unterschiedlichen Qualitäten und Eigenschaften – nicht um einen einzelnen Werkstoff.

CPM 10V

CPM 10V ist ein pulvermetallurgischer Hochleistungswerkstoff mit sehr hoher Verschleißfestigkeit und gleichzeitig guter Zähigkeit. Dadurch eignet er sich insbesondere für Anwendungen, bei denen eine sehr hohe Standzeit gefordert ist und gleichzeitig eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Belastung benötigt wird.

Typische Eigenschaften

• sehr hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Schneidhaltigkeit
• gute Zähigkeit
• hohe Druckfestigkeit
• gute Maßhaltigkeit

Typische Einsatzbereiche

• hochbelastete Maschinenmesser
• Längsschneidemesser
• Schermesser
• Schneiden stark abrasiver Materialien
• Anwendungen mit besonders hohen Standzeitanforderungen

ASP 23

ASP 23 gehört zur Gruppe der pulvermetallurgisch hergestellten Hochleistungs-Schnellarbeitsstähle. Durch das feine und homogene Gefüge lassen sich eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Zähigkeit miteinander kombinieren.

Typische Eigenschaften

• hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Druckfestigkeit
• gute Zähigkeit
• hohe Schneidhaltigkeit
• für anspruchsvolle Schneid- und Stanzanwendungen geeignet

Typische Einsatzbereiche

• anspruchsvolle Schneid- und Stanzanwendungen

Neben ASP 23 können je nach Anwendung auch andere pulvermetallurgische HSS- und Werkzeugstähle interessant sein.

Für besonders abrasive Schneidaufgaben und extrem hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit kann Hartmetall eine interessante Alternative zu Werkzeugstählen darstellen. Hartmetall besteht im Wesentlichen aus einer harten Hartstoffphase, typischerweise Wolframcarbid (WC), und einer metallischen Bindemittelphase. Durch die Wahl von Hartstoffkorngröße und Bindemittelanteil lassen sich die Eigenschaften gezielt beeinflussen. Hartmetall erreicht eine sehr hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit. Gleichzeitig ist die Zähigkeit geringer als bei vielen Werkzeugstählen. Deshalb muss die Hartmetallsorte immer passend zur Belastung und Schneidengeometrie ausgewählt werden.

Hartmetall auf WC-Co-Basis

Für Maschinenmesser kommen insbesondere Hartmetalle auf Wolframcarbid-Kobalt-Basis (WC-Co) infrage. Dabei gilt grundsätzlich:

• höherer Kobaltanteil → tendenziell höhere Zähigkeit
• geringerer Kobaltanteil → tendenziell höhere Härte und Verschleißfestigkeit
• kleinere Hartmetallkörner → hohe Härte und gute Schneidkantenstabilität
• größere Hartmetallkörner → höhere Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Stoßbelastungen

Die tatsächlichen Eigenschaften hängen jedoch immer von der konkreten Hartmetallsorte, Zusammensetzung und Gefügestruktur ab.

Feinkörnige Hartmetallsorten – K10 / K20

Feinkörnige Hartmetalle im Bereich K10 bis K20 können interessant sein, wenn eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und stabile Schneidkante gefordert sind.

Typische Eigenschaften

• sehr hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Härte
• hohe Druckfestigkeit
• gute Schneidkantenstabilität
• besonders geeignet für verschleißintensive Anwendungen

Typische Einsatzbereiche

• Schneiden abrasiver Materialien
• Folien- und Papierindustrie
• Präzisionsmesser
• Längsschneidemesser
• Anwendungen mit hohen Standzeitanforderungen

Zähere Hartmetallsorten – K30 / K40

Bei höheren mechanischen oder stoßartigen Belastungen können zähere Hartmetallsorten im Bereich K30 bis K40 Vorteile bieten. Durch die höhere Zähigkeit kann die Empfindlichkeit gegenüber Stoßbelastungen und Schneidenausbrüchen reduziert werden. Im Gegenzug liegt die Verschleißfestigkeit in der Regel unter der besonders harter, feinkörniger Sorten.

Typische Eigenschaften

• höhere Zähigkeit
• gute Bruchfestigkeit
• hohe Druckfestigkeit
• widerstandsfähiger gegenüber Stoßbelastungen
• für mechanisch stärker beanspruchte Messer geeignet

Typische Einsatzbereiche

• Messer mit unterbrochenem Schnitt
• Anwendungen mit wechselnden Schnittkräften
• dickere oder härtere Schneidgüter
• mechanisch stark beanspruchte Maschinenmesser

Die Einteilung in K10, K20, K30 und K40 dient als Orientierung für die Auswahl; für die konkrete Anwendung sind die tatsächlichen Werkstoffkennwerte und Einsatzbedingungen entscheidend.

Feinstkorn- und Ultrafeinkorn-Hartmetalle

Für besonders scharfe und stabile Schneidkanten können Feinstkorn- und Ultrafeinkorn-Hartmetalle eingesetzt werden. Durch die sehr feine Hartstoffstruktur lassen sich hohe Härte und Verschleißfestigkeit mit einer stabilen Schneidkante kombinieren. Solche Sorten sind insbesondere dann interessant, wenn eine hohe Schnittqualität und lange Standzeit bei relativ feinen Schneidengeometrien gefordert sind.

• Präzisionsschneiden
• dünne Materialien
• Folien
• Papier und Verbundmaterialien
• Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an die Schneidenqualität

Grobkorn-Hartmetalle

Wenn neben Verschleißfestigkeit insbesondere eine höhere Zähigkeit gefordert wird, können grobkörnige Hartmetalle eine geeignete Lösung sein. Sie eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen die Schneide höheren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Die größere Hartstoffkorngröße kann dabei zu einer höheren Bruchzähigkeit beitragen, während die Härte und Verschleißfestigkeit gegenüber feinkörnigen Sorten tendenziell geringer ausfallen können.

Hartmetall gezielt auf die Anwendung abstimmen

Bei Hartmetallmessern ist die Auswahl der richtigen Sorte besonders wichtig. Neben dem zu schneidenden Material müssen unter anderem berücksichtigt werden:

• Abrasivität des Schneidguts
• Schnittgeschwindigkeit
• Schnittkraft
• kontinuierlicher oder unterbrochener Schnitt
• Messerabmessungen
• Schneidengeometrie
• gewünschte Standzeit
• erforderliche Schnittqualität
• mögliche Stoß- und Schwingungsbelastungen

Auch bei Hartmetall gilt deshalb: Die härteste Sorte ist nicht automatisch die beste Sorte.

  Eine möglichst hohe Härte ist nicht automatisch die beste Lösung für jedes Maschinenmesser. Ein Messer mit sehr hoher Härte kann zwar eine hervorragende Verschleißfestigkeit erreichen, gleichzeitig aber empfindlicher gegenüber Stoßbelastungen oder Schneidenausbrüchen sein. Umgekehrt kann ein zäherer Werkstoff bei wechselnden oder stoßartigen Belastungen deutlich zuverlässiger arbeiten, obwohl seine Verschleißfestigkeit geringer ist. Deshalb kommt es auf die richtige Balance zwischen Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit an. Das gilt in besonderem Maße für Hartmetall: Eine sehr harte Sorte kann bei optimalen Bedingungen außergewöhnlich lange Standzeiten erreichen, ist aber bei ungünstiger Belastung empfindlicher gegenüber Schneidkantenausbrüchen.  

Die Eigenschaften eines Maschinenmessers werden nicht allein durch den ausgewählten Werkstoff bestimmt. Bei Werkzeugstählen werden die gewünschten Eigenschaften durch eine auf Werkstoff und Messergeometrie abgestimmte Wärmebehandlung eingestellt. Dazu gehören unter anderem:

• Härten
• Anlassen
• gegebenenfalls Tiefkühlbehandlung
• spannungsarme Wärmebehandlung
• kontrollierte Wärmebehandlungsverfahren

Bei Hartmetall werden die Eigenschaften dagegen wesentlich durch die Hartmetallsorte, Hartstoffkorngröße und Bindemittelzusammensetzung sowie durch den Sinterprozess bestimmt. Gerade bei anspruchsvollen Maschinenmessern sind eine möglichst geringe Maßänderung und eine gleichmäßige Materialqualität von großer Bedeutung.

Der optimale Werkstoff ergibt sich aus dem Zusammenspiel verschiedener Faktoren:

Schneidgut + Maschine + Schnittgeschwindigkeit + Belastung + Schneidengeometrie + Wärmebehandlung bzw. Hartmetallsorte

Erst wenn diese Faktoren gemeinsam betrachtet werden, lässt sich ein Maschinenmesser optimal auslegen. Unser Ziel ist deshalb nicht, grundsätzlich den härtesten oder verschleißfestesten Werkstoff einzusetzen, sondern den für die jeweilige Anwendung technisch und wirtschaftlich sinnvollsten Werkstoff auszuwählen.