A szerszámacélok olyan acélféleségek, amelyeket más fémes és nem fémes anyagok megmunkálására fejlesztettek ki. Karbontartalmuk 0,6% fölötti, egyéb ötvözőtartalmukat a szerszámot érő igénybevételek határozzák meg. Rengeteg követelménynek kell megfelelniük (keménység, szilárdság, szívósság, melegszilárdság, kopásállóság, alak- és méretállóság, átedzhetőség, dekarbonizáció iránti érzéketlenség, melegalakíthatóság, forgácsolhatóság stb.). Az acélok kémiai összetétele, szövetszerkezete nem egyformán hat a tulajdonságaikra. Az adott szerszámtól megkívánt tulajdonságokat sem ötvözéssel, sem hőkezeléssel nem lehet tökéletesen beállítani, mert valamely tulajdonság javítása igen gyakran csak egy másik rovására történhet meg. Ezért egy optimumot kell/lehet beállítani, azaz az adott szerszámtípus igénybevételének megfelelő legfontosabb tulajdonságait kell biztosítani, de úgy, hogy a kevésbé fontosak is csak minimális mértékben romoljanak.
A szerszámacélokat több szempont szerint lehet osztályozni. Az egyik ilyen a felhasználás célja szerinti felosztás, azaz hogy milyen megmunkálási technológiára szánjuk az acélt. Eszerint vannak hideg- és melegalakításra, forgácsolásra és műanyagalakításra alkalmas szerszámacélok. Egy másik lehetséges felosztás az ötvözés mértéke szerinti, miszerint vannak ötvözetlen, ötvözött, illetve mikroötvözött szerszámacélok.
Az acélok képlékeny alakítása mindig melegalakítással kezdődik. A melegalakíthatóság az alakítási szilárdságtól, a képlékenységtől és az alakítás során fellépő súrlódástól függ. Az acél kémiai összetétele elsősorban az alakítási szilárdságra és a képlékenységre hat, a súrlódás viszont technológiai tényező. A hidegalakítást általában közönséges (szoba-) hőmérsékleten végzik, de korrektebb megfogalmazás szerint a hidegalakítás hőmérséklete a megmunkált fém újrakristályosodási hőmérséklete alatt van. A hidegen alakítható acélokban jelenlévő fázisok a ferrit, az ausztenit, a cementit, illetve ha ötvözött acélról van szó, akkor egyéb karbidok is.
A szerszámacélok általános tulajdonságai A fémek és más anyagok megmunkálására alkalmas szerszámacéloknak számos, gyakran egymásnak ellentmondó követelménynek kell megfelelniük, mint például a keménység, a szilárdság, a szívósság, a termikus kifáradással szembeni ellenállás, a melegszilárdság, a megeresztésállóság, a kopásállóság, a jó hővezető képesség, az alak- és méretállóság, a túlhevítés iránti érzéktelenség, az átedzhetőség, a kis repedésre való hajlam, a dekarbonizáció (elszéntelenedés) iránti érzéketlenség, a jó melegalakíthatóság, a jó forgácsolhatóság, a nagy rugalmassági határ és még számos más.
A felsorolt kívánalmak közül a keménység a kémiai összetételtől és a hőkezeléssel biztosítható szövetszerkezettől függően jelentősen módosítható. A keménység alapvetően a martenzit széntartalmától függ. A szilárdságot a martenzit C-tartalma, az ausztenit szemcsenagysága, a karbidok és más kiválások mértéke stb. befolyásolja. A szívósság (és a ridegség) tulajdonképen nem fizikai tulajdonság, hanem az anyag állapota, jellemzésére a fajlagos ütőmunkát használják. Mértéke a kémiai összetételtől, az átkovácsolás mértékétől, az ausztenit szemnagyságától, a belső feszültségektől stb. függ. A termikus kifáradás azt jelenti, hogy a melegalakító szerszám felülete az egymást ciklikusan váltó felmelegedés és lehűlés hatására berepedezik. A szívós anyagok nagyobb termikus ellenállással rendelkeznek, a C-tartalom rontja ezt a jellemzőt. A melegszilárdság főleg a melegalakító szerszám élein, bordáin jelentkező kilágyulást jelenti. Általában az adott keménységhez tartozó folyáshatárral jellemzik. A kopásállóság adott technológiánál az anyagminőségtől, a fellépő súrlódási tényezőtől és az érintkezési feszültségtől függ. Abrazív, diffúziós, eróziós és adhéziós kopásfajták különböztethetők meg, bár adott esetben mindegyik előfordul, csak eltérő mértékben. A keményebb acélok jobb kopásállósággal rendelkeznek, de a túlzott keménység a kitöredezés veszélye miatt nem indokolt. A szerszámanyag hővezető képessége a növekvő széntartalommal csökken, a kobalt viszont javítja.
A technológiai tulajdonságok közé tartozik a túlhevítésre mutatott érzékenység. Erre leginkább a hipo- és hipereutektikus acélok hajlamosak, amikor az ausztenitesítés során a szemcsenagyság eldurvul. Az átedzhetőség elsősorban az ausztenit ötvözőtartalmától függ, gyakorlatilag minden ötvöző (kivéve a kobalt) javítja. A repedékenységet a durva szövetszerkezet, az erőteljesebb hűtés, az esetleges dekarbonizáció rontja. Dekarbonizáció 800 °C fölött, oxidáló atmoszférában léphet fel, de függ a kémiai összetételtől és az ötvözők dúsulásától is. A melegalakíthatóság a C-tartalommal romlik, a hőmérséklettel javul. Csavarókísérlettel „mérik”. A forgácsolhatóság perlites állapotra való lágyítás után javul, a köszörülhetőség viszont a keményebb anyagoknál jobb.
A szerszámacélok felosztása A szerszámacélokat a megmunkálási technológiák alapján négy csoportra osztják: hidegalakításra, melegalakításra és fémöntésre, forgácsolásra és műanyagalakításra alkalmas acélok.
Az ötvözés mértéke szerinti felosztás: az ötvözetlen acélban a szénen kívül más ötvözőelem csak elhanyagolható mértékben fordul elő, a gyengén és erősen ötvözött acélok között lévő határt általában az 5–8% ötvözőfém-tartalomnál húzzák meg. Az ötvözőanyagok a vas valamely jellegzetes tulajdonságát változtatják meg. mikroötvözött acélok esetén valamely ötvözőelem nagyon kis mennyiségben is jelentősen módosíthatja az acél valamelyik tulajdonságát.
Hidegalakító szerszámok Hidegalakításkor a szerszám hőmérséklete nem haladja meg a 200–300 °C-t, illetve az alakítás hőmérséklete kisebb, mint a megmunkált fém újrakristályosodási hőmérséklete. A hidegalakító szerszámokkal szemben támasztott általános követelmények: kopásállóság, keménység, rugalmassági határ, nyomószilárdság, alak- és mérettartósság, szívósság.
A legfontosabb szerszámtípusok: bélyegkép|A húzás módszerei bélyegkép|A mélyhúzás elve Darabolószerszámok: Ide tartoznak a különböző vágószerszámok, kések, fűrészek stb. A darabolást a valamilyen módon kiképzett él végzi, amely hajlító és ütő igénybevételnek, nagy élnyomásnak és jelentős koptatóhatásnak van kitéve. Kivágó- és lyukasztószerszámok: Kivágáskor a darab alakjának megfelelően kialakított vágólapon egy vágóéllel ellátott bélyeg nyomja át (általában) a lemezanyagot. A kivágás során a bélyeg nyomásra és kihajlásra, a vágólap nyomásra és hajlításra van igénybe véve, de a több helyen ébredő nagy felületi nyomás miatt a koptatóhatás is jelentős. Mivel a kivágószerszámok alakja gyakran meglehetősen bonyolult, ezért edzés után általában már nem javítható, így az egyik legfontosabb követelmény a méret- és alaktartás. Ha a süllyesztékes kovácsolást követő sorjázást hidegen végzik, az a művelet is ebbe a kategóriába sorolható. Húzószerszámok: Két csoportjuk van: a huzal-, rúd- és csőhúzó szerszámok, illetve a mélyhúzó szerszámok. Huzal-, rúd- és csőhúzáskor az anyagot egy kúposan kiképzett szerszámon (húzógyűrűn, húzókövön) húzzák át, amelynek során erős súrlódás lép fel, ami a szerszámot koptatásra, felületi nyomásra veszi igénybe többtengelyű feszültségi állapotban, és alkalmanként a melegedést is figyelembe kell venni. Mélyhúzáskor sík lemezből üreges testet állítanak elő úgy, hogy a lemezt húzótüskével átnyomják a mélyhúzó szerszámon. A művelet során a szerszámon erős koptatóhatás jelentkezik, ezzel szemben a bélyeg kopása – általában – nem olyan jelentős. Az alakítás elején a képlékeny alakváltozás a lemezterítéknek arra a körgyűrű alakú részére korlátozódik, amely a húzószerszám és a ráncfogó közé esik, ahol radiális húzó- és tangenciális nyomófeszültség ébred, ezzel szemben a mélyhúzó gyűrűben radiális nyomó- és tangenciális húzófeszültség lép fel. Hidegfolyató szerszámok: A folyatószerszámot – a képlékeny alakítás jellegéből adódóan – erőteljes igénybevétel éri. A szerszámüregben nagyon erős nyomás hat, ami a folyatóbélyeget is érinti. Az igénybevétel a nyomáson kívül koptatóhatással és hőterheléssel jár. Hidegsajtoló szerszámok: Az alakítást általában két szerszámfél végzi: a szerszám a saját alakját nyomja, illetve üti bele a munkadarabba. A művelet viszonylag kis alakítási sebességgel megy végbe, így a dinamikus igénybevétel viszonylag kisebb mértékű, viszont a darab nagy alakítási szilárdsága miatt nagy belső nyomással kell számolni. A jelentős felületi nyomáson kívül erős súrlódás is fellép, ami erős koptatóhatással jár. Hajlítószerszámok: Hajlításkor a darab a hajlítóbélyeg és a hajlítóüreg között alakul, ami nagy súrlódással, így jelentős koptatóhatással jár, de a hajlítószerszámok számottevő nyomó- és hajlítóigénybevételt is szenvednek. Hideghengerek: Hideghengerléssel sima palástú hengerek között szalagokat, vagy kaliberes hengerek között különböző alakú csöveket és rudakat hengerelnek. A hengerfelület nyomóigénybevételnek és koptatóhatásnak, maga a hengertest pedig hajlító- és csavaróigénybevételnek van kitéve.
Hidegalakító szerszámacél-féleségek a Böhler adatai alapján: EN számjelEN jel EN számjelEN jelBöhler K1001.2080X210Cr12Böhler K390 MICROCLEAN––Böhler K1051.2601X165CrMoV12Böhler K4551.255060WCrV7Böhler K1071.2436X210CrW12Böhler K4601.2510100MnCrW4 xBöhler K1101.2379X153CrMoV12 x1.22101.2210115CrV3Böhler K2451.210162SiMnCr4Böhler K600 (1.2767 ESU/ESR)1.276745NiCrMo16 (X45NiCrMo4)1.23631.2363X100CrMoV5Böhler K605~1.2721~50NiCr13Böhler K340 ISODUR––Böhler K7001.3401X120Mn12Böhler K353––Böhler K7201.284290MnCrV8 xBöhler 360 ISODUR––Böhler K390 MICROCLEAN––
A hidegalakításra alkalmas, más-más feladatra használható szerszámacélok kémiai összetétele között jelentős különbségek vannak. Példaként a Böhler K100 jelű acél kémiai összetétele: C=2,00%, Si=0,25%, Mn=0,35%, Cr=11,50%, a K390-esé pedig: C=2,47%, Si=0,55%, Mn=0,40%, Cr=4,20%, Mo=3,80%, Ni=0,20%, V=9,00%, W=1,00%, Co=2,00%.
Melegalakító és öntészeti szerszámok bélyegkép|A süllyesztékes kovácsolás vázlata bélyegkép|A sorjázás elve A melegalakító szerszámokkal fémek melegen történő feldolgozását végzik. A melegen végzett képlékeny alakításkor kisebb a fém alakítási szilárdsága, így kisebb lesz az alakító erő. A jellegzetes melegalakító technológiák a kovácsolás (+ a sorjázás), a hengerlés, a sajtolás, a folyatás stb. Igénybevételük igen összetett, a szerszám közvetlenül érintkezik a meleg munkadarabbal, ennek hatására felmelegszik, és a hideg állapothoz képest megváltoznak a tulajdonságai.
Az általános követelmények: melegszilárdság, kopásállóság, keménység, szívósság, termikus kifáradással szembeni ellenállás, megeresztésállóság, jó hővezetőképesség.
Szerszámtípusok: