Inhalt
Der Folgende Bericht soll einen Neutralen Blick auf einige besonders gern verwendete Messerstähle werfen. Wir werden Betrachten, wie sie sich zusammensetzen und was diese Zusammensetzung bewirkt. Es werden Pulvermetallurgische Stähle [Sinterstähle] (P) mit Gegossenen (G) aus Hochöfen verglichen. Im weiteren Faktor werden wir uns die Kosten ansehen. Da die Konditionen je nach Anbieter, Abnahmemenge und anderen Faktoren Variieren, werden wir lediglich einen Vergleich zueinander anstellen und keine konkreten Preise nennen.
Was ist eigentlich Stahl?
„[Stahl ist ein] Werkstoff, dessen Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elements, dessen Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen kleiner als 2 % ist und der andere Elemente enthält. Eine begrenzte Anzahl von Chromstählen kann mehr als 2 % Kohlenstoff enthalten, aber 2 % ist die übliche Grenze zwischen Stahl und Gusseisen.“
(Quelle: EN 10020, 2000-03-22)
Was sind Legierungselemente?
Was aber sind die anderen Elemente die in den Stählen meist enthalten sind? Hier gibt es zum Beispiel Chrom, Molybdän, Vanadium, Schwefel, Nickel, uvm. Diese Legierungselemente in Unterschiedlichen Beimischung bringen Eigenschaften mit in den Stahl. Im Folgenden ist einmal Definiert welches Legierungselement welchen Effekt auf das Finale Legierungsgemisch hat. (Die einzelnen Legierungselemente haben noch weitere Effekte, in dieser Tabelle werden lediglich die für den Bereich Schneidwaren relevanten aufgeführt)
| Cr | Chrom | ➢ Erhöht die Abkühlgeschwindigkeit ➢ Erhöht die Verschleißfestigkeit ➢ Erhöht die Zugfestigkeit ➢ Erhöht die Härte ➢ Verbessert in hoher Konzentration (>12%) die Korrosionsbeständigkeit |
| Co | Cobalt | ➢ Erhöht die Härte |
| C | Kohlenstoff | ➢ Senkt den Schmelzpunkt ➢ Erhöht die Härte ➢ Erhöht die Festigkeit ➢ Erhöht die Sprödigkeit ➢ Verringert die Bruchdehnung (*1) ➢ Verringert die Duktilität (*2) |
| Mn | Mangan | ➢ Erhöht Festigkeit ➢ Erhöht Zähigkeit ➢ Erhöht Verschleißwiderstand ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Verringert Duktilität ➢ Verringert Zerspanbarkeit*3 |
| Mo | Molybdän | ➢ Erhöht Härtbarkeit ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Erhöht Dehnbarkeit |
| Ni | Nickel | ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Erhöht Härte ➢ Erhöht Festigkeit ➢ Erhöht Streckgrenze ➢ Verbessert bei >8% die Korrosionsbeständigkeit |
| P | Phosphor | ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Erhöht Härte ➢ Erhöht Korrosionsbeständigkeit ➢ Erhöht Versprödung |
| S | Schwefel | ➢ Erhöht Zerspanbarkeit ➢ Erhöht Verformbarkeit ➢ Erhöht Zähigkeit ➢ Erhöht Sprödigkeit ➢ Erhöht Polierbarkeit |
| Si | Silicium | ➢ Erhöht Festigkeit ➢ Erhöht Härte ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Verringert Bruchdehnung ➢ Verringert Zerspanbarkeit |
| N | Stickstoff | ➢ Erhöht Festigkeit ➢ Erhöht Versprödung |
| Ti | Titan | ➢ Erhöht Korrosionsbeständigkeit |
| V | Vanadium | ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Erhöht Härte ➢ Erhöht Zähigkeit |
| W | Wolfram | ➢ Erhöht Zugfestigkeit ➢ Erhöht Härte ➢ Verringert Zerspanbarkeit |
Quelle: Stauberstahl.com (https://www.stauberstahl.com/stahllegierungen/ Stand: 02/25)
*1 Bruchdehnung: Das Maß dafür, wie stark ein Material gestreckt werden kann, bevor es bricht
*2 Duktilität: Eigenschaft des Werkstoffs sich plastisch zu verformen, bevor er bricht.
*3 Zerspanbarkeit: Das Maß dafür, wie gut sich ein Material spanend bearbeitet werden kann (Drehen, Fräsen, Schleifen)
Die Stähle, die wir uns nun im folgenden Ansehen wollen, sind:
- Böhler N690 [Quelle: Werkstoffdatenblatt, voestalpine BÖHLER GmbH&Co. KG, Stand 02/25]
- X50CrMoV15 (1.4116) [Quelle: Werkstoffdatenblatt, Gruppo Lucefin, Stand 02/25]
- CPM 3V [Quelle: Werkstoffdatenblatt, Zapp Materials Engineering GmbH, Stand 02/25]
- RWL34 [Quelle: Werkstoffdatenblatt, Damasteel, Stand 02/25]
- D2 (1.2379) [Quelle: Werkstoffdatenblatt, Stauber GmbH Metalltechnologie, Stand 02/25]
- 440C [Quelle: Werkstoffdatenblatt, Robemetall GmbH, Stand 02/25]
Es gibt noch andere Stähle, die ebenfalls Verwendung finden, diese sind allerdings die relevantesten, wenn es um die deutschen Produktionen geht. Um die Länge des Berichtes nicht unnötig in die Länge zu ziehen, werden wir uns daher auf diese Stähle beschränken. Auch beschränken wir uns hier auf die Rostfreien Stähle, da diese für die Industrielle/Serienfertigung am besten eignen.
Die Legierungsbestandteile
Interpretation
Schauen wir uns nun diese Werte einmal genauer an, dann sticht direkt etwas ins Auge. Die beiden Pulvermetallurgischen Stähle beinhalten sehr viel weniger Legierungselemente als die anderen Stähle. Die ist allerdings nicht negativ, im Gegenteil. Es zeigt den großen Vorteil der sogenannten Sinterstähle. Eine sehr gute Kontrolle über die Legierungsbestandteile. Es verhindert unerwünschte Beimischungen von Phosphor und Schwefel. Die Beiden Stähle CPM 3V und RWL34 unterscheiden sich maßgeblich darin, dass der CPM 3V auf Zerspanbarkeit und Bruchfestigkeit angelegt ist und der RWL34 durch seine massive Endhärte besticht, hierbei aber schwerer zu bearbeiten ist. Was beide Stähle gemein haben, ist eine hohe Polierbarkeit. Dies bedeutet, dass sie sehr schnell eine feine und glänzende Oberfläche bilden können.
Bei den gegossenen Stählen lässt sich erkennen, dass hier deutlich mehr Beimischungen vorhanden sind. Hierzu lässt sich aber sagen, dass sich die negativen Einflüsse dieser < 0,1% Bestandteile in der Praxis nicht erkennbar zeigen. Wie man an der Tabelle sehen kann, lassen sich die Stähle in ähnliche Härtebereiche bringen. Grundsätzlich eignen sich alle obenstehenden Stähle ohne Einschränkungen dazu ein Messer herzustellen. Hierbei gibt es die Folgenden Regeln zu bemerken:
- Je höher die Härte, desto eher kann es zu Ausbrüchen an der Schneide kommen
- Je niedriger die Härte, umso leichter ist es, im Feld nachzuschärfen
Diese Aussagen fassen gut zusammen, was die Stahlhärte für die Schneide des Messers bedeutet. Allerdings gilt es hier auch immer die Zähigkeit im Auge zu behalten.
Es ist nicht immer sinnvoll, ein Messer in Rockwellseitige Höhen zu treiben, um eine maximale Schärfe und Schnitthaltigkeit zu erreichen.
Nehmen wir einmal als Beispiel ein Abfangmesser mit einer Klingenlänge von >200 mm, hier kann es bei Härten von >60 HRC schnell zu Brüchen kommen. Dies ist bei einem Abfangmesser in keinstem Falle wünschenswert. Bei den Typischen Materialstärken eines Messers (4-6 mm) ist dies eine reell zu bedenkende Gefahr.
Empfehlenswert für ein Abfangmesser ist ein Bereich von 50-55 HRC, dieser Bereich verleiht auch den o.g. Stählen eine gewisse Federhärte. Will man hier auf Nummer sicher gehen empfiehlt es sich ein Abfangmesser aus einem Federstahl zu kaufen. Als Beispiel werden auch Schwerter im Bereich 50 HRC angelassen, um sie Schockresistent und biegbarer zu machen. Dies sind Eigenschaften, die bei einem langen Abfangmesser erstrebenswert sind. Hier kommt es nicht zu sehr auf Schnitthaltigkeit und Schärfe an.
Möchte man einen guten Allrounder, so kann man sich im Bereich 56-58 HRC orientieren. Hier bekommt man einen guten Mix aus Schärfe, Schnitthaltigkeit und Flexibilität. Für kleinere Messer eignet sich der Bereich >60 HRC sehr gut. Diese sind oft weniger Belastung ausgesetzt und definieren sich mehr über Ihre Schneidleistung. Gerade wenn es um das Aufbrechen und Abschwarten geht, sollte man sich hier einmal genauer umsehen.
Möchte man nun zum Beispiel aber auch die anderen Faktoren wie Zähigkeit mit einbeziehen, die auch messbar ist, so sollte man die Herstellerangaben mit Vorsicht genießen. Das soll nicht bedeuten, dass hier falsche Angaben gemacht werden, allerdings ist es stehts in der Intention des Herstellers sein Produkt am besten darzustellen. So soll an dieser Stelle der CPM 3V als bespiel dienen. Das Datenblatt des Herstellers gibt eine Erreichbare Härte von 60 HRC an, schaut man sich die Vergleichsdiagramme an so lässt sich erkennen, dass der CPM 3V stets bei 58 HRC getestet worden ist, wohingegen die Vergleichsstähle immer bei mindestens 60 HRC angesiedelt sind. Dies Soll deutlich machen, dass Herstellerangaben auch hier immer mit Vorsicht zu genießen sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass man bei der Wahl von Stahl und Härte genau darauf schauen sollte welche Anwendung man im Sinn hat.
