P20 vs H13 vs S7 vs D2: Welcher Werkzeugstahl für welches Formteil
Wählen Sie den falschen Werkzeugstahl und die Form reißt bei 30 000 Schuss statt bei 300 000 — dann kosten das Ersatzwerkzeug, der verlorene Produktionsausstoß und der zweiwöchige Stillstand weit mehr als der Stahl je gekostet hat. Dieser Leitfaden ist der 30-Sekunden-Entscheidungsbaum: P20 für Kunststoffspritguss, H13 für Druckguss und Warmarbeit, D2 für Kaltarbeitsverschleiß, S7 für Schlag und Stoß.
Die schnelle Antwort — Vier Stähle, vier Aufgaben
Die Werkzeugstahlauswahl ist eine anwendungsorientierte Entscheidung, nicht eine stärkeorientierte. Die vier Sorten, die die meisten Form- und Werkzeugbauarbeiten abdecken:
| Sorte | Familie | Typische Härte (HRC) | Wählen Sie sie für |
|---|
| P20 (1.2311) | Kunststoff-Formstahl, vorgehärtet | 28–34 | Spritzgießkerne und -kavitäten, Kunststoffwerkzeuge |
| H13 (1.2344) | Warmarbeits-Chromstahl | 48–52 | Druckguss, Warmpressen, Strangpressen |
| D2 (1.2379) | Kaltarbeit, hochkohlenstoffhaltig hochchromhaltig | 58–62 | Stanz- und Schneidwerkzeuge, Schermesser, Verschleißteile |
| S7 (1.2355) | Schlagfest | 52–58 | Schlagbelastete Stempel, Meißel, Hochleistungswerkzeuge |
Faustregel Kunststoff bei Raumtemperatur → P20. Geschmolzenes Metall und Hitze → H13. Kaltschnitt und Verschleiß → D2. Schläge und Stöße → S7. Wenn zwei in Frage kommen, lassen Sie Kosten und Querschnittsgröße entscheiden.
P20 — Das Kunststoff-Spritzgieß-Arbeitspferd (28–34 HRC)
P20 (DIN 1.2311, ~0.28–0.40 C, 1.4–2.0 Cr, 0.6–1.5 Mn, 0.2–0.55 Mo) wird vorgehärtet bei etwa 28–34 HRC geliefert, was bedeutet: keine Wärmebehandlung nach der Zerspanung — kein Verzug, keine Rissgefahr, sofortige Lieferung einer fertigen Kavität.
- Stärken: hervorragende Zerspanbarkeit, gute Polierbarkeit, moderate Kosten, nitrierbar für höhere Oberflächenhärte.
- Grenzen: ab ~400 mm Querschnitt wird die Durchhärtung uneinheitlich; nicht für Hochtemperatur- oder Hochverschleißanwendungen.
- Typische Verwendungen: Spritzgießkerne und -kavitäten, Formgestelle, Press- und RIM-Werkzeuge, Niedrigvolumen-Druckguss von Zink.
Vorteil der Vorhärtung Da P20 keine Wärmenachbehandlung nach der Zerspanung benötigt, gibt es keinen Verzug, der korrigiert werden müsste, und kein Risiko, dass eine fertige Kavität beim Abschrecken reißt — der größte einzelne Grund, warum P20 den Kunststoff-Formenbau dominiert.
H13 — Der Warmarbeits-Champion (48–52 HRC)
H13 (DIN 1.2344, ~0.32–0.45 C, 4.75–5.5 Cr, 1.1–1.75 Mo, 0.8–1.2 V, 0.8–1.2 Si) ist der am weitesten verbreitete Warmarbeits-Werkzeugstahl: er behält Härte und Zähigkeit bei Einsatztemperaturen bis ~500 °C und widersteht Thermoschock und Warmrissen.
- Stärken: hervorragende Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit bei Temperatur, gute Thermoschockbeständigkeit, verträgt Wasserkühlung im Einsatz, nitrierbar.
- Wärmebehandlung: Austenitisieren ~1038–1121 °C (1900–2050 °F), Luft- oder Ölabschreckung, Doppelanlassen bei 482–593 °C (900–1100 °F) für 48–52 HRC.
- Typische Verwendungen: Aluminium-Druckgussformen, Warmpresswerkzeuge, Strangpresswerkzeuge und -dorne, Warm-Schermesser.
H13 nicht kalt verwenden Bei Raumtemperatur sind H13s 48–52 HRC für Verschleiß übertrieben weich und es kostet mehr als D2; seinen Preisaufschlag verdient es nur, wenn das Werkzeug heiß läuft.
D2 — Das Kaltarbeits-Verschleiß-Monster (58–62 HRC)
D2 (DIN 1.2379, ~1.40–1.60 C, 11–13 Cr, 0.7–1.2 Mo, 0.9–1.1 V) ist ein hochkohlenstoffhaltiger, hochchromhaltiger Kaltarbeitsstahl, der sich an Luft zu 58–62 HRC härtet mit minimalem Verzug, was zu hervorragender Verschleiß- und Abriebfestigkeit führt, plus milder Korrosionsbeständigkeit durch seinen Chromgehalt.
- Stärken: höchste Verschleißfestigkeit der vier, formstabil beim Härten (geringer Verzug), nitrierbar, im geglühten Zustand zerspanbar.
- Kompromiss: geringere Zähigkeit — D2 kann bei schwerem Schlag abplatzen oder reißen; nicht für schlagbelastete Schneiden.
- Typische Verwendungen: Stanz- und Feinstanzwerkzeuge, Umform- und Tiefziehwerkzeuge, Schermesser, Stempel, Schlitzmesser, Gewinderollwerkzeuge, abrasive Formwerkzeuge.
S7 — Der Stoßdämpfer (52–58 HRC)
S7 (DIN 1.2355, ~0.45–0.55 C, 3.0–3.5 Cr, 1.3–1.8 Mo) ist die schlagfeste Sorte: sie ist darauf ausgelegt, Schlagenergie ohne Bruch zu absorbieren, bei einer Härte von etwa 52–58 HRC.
- Stärken: höchste Schlagzähigkeit der vier; widersteht Abplatzen bei plötzlicher Belastung; gute Kombination aus Härte und Duktilität.
- Kompromiss: geringere Verschleißfestigkeit als D2 — bei abrasiver Arbeit verschleißt er schneller.
- Typische Verwendungen: Schlagstempel, Meißel, Schermesser mit Schlagbelastung, Hochleistungs- und Prügewerkzeuge, Kaltmeißel, Werkzeuge unter Hämmerbeanspruchung.
S7 vs D2 in einem Satz Wenn die Werkzeugschneide Schlag nimmt → S7; wenn sie Abrieb nimmt → D2. Schläge zersplittern D2-Schneiden, Abrieb verschleißt S7.
Die Kosten einer Fehlentscheidung — Ein 50 000 $-Ersatz
Der Fehlermodus, der die Werkzeugstahlauswahl zu einer finanziellen Entscheidung macht: eine Form, die für den falschen Stahl spezifiziert ist, reißt oder verschleißt nach ~30 000 Schuss statt der erwarteten mehreren hunderttausend. Die Ersatzkosten sind nicht der Stahl — es ist der neue Formrohling, die Zerspanungszeit, die Versuchswiederholungen und die stillstehende Produktionslinie, routinemäßig im Bereich von 30 000–50 000 $+ plus 1–2 Wochen Stillstand für ein mittelgroßes Werkzeug.
Entwurfshinweis (ausstehende Sinbo-Prüfung) Die 30 000-Schuss-Failure und 50 000 $-Ersatz-Zahlen sind aus der branchenüblichen Erfahrung (Formenbaupraxis) und Lieferantenmaterialseiten zusammengetragen, nicht aus Sinbos internem Werkzeuglogbuch. Sinbo-Ingenieure sollten die illustrativen Zahlen vor der Übersetzung durch reale Werkstattdaten ersetzen.
Die praktische Regel: wenn die Anwendung grenzwertig ist, wählen Sie vor dem Formfräsen den höherwertigen Stahl — die Mehrkosten für den Stahl sind ein Rundungsfehler im Vergleich zu einem Formausfall in der Mitte der Lebensdauer.
Der Entscheidungsbaum — Anwendung → Stahl → Zerspanungshinweise
| Wenn das Teil ist… | Wählen | Zerspanungshinweis |
|---|
| Spritzgießkern/-kavität, Standardkunststoff | P20 (28–34 HRC vorgehärtet) | Im Lieferzustand zerspanen; keine WB nach dem Fräsen; polieren dann optional nitrieren |
| Spritzgießwerkzeug, hoher Verschleiß oder 400+ mm Querschnitt | P20 + Nitrieren oder Aufrüstung auf H13 | Nach der Fertigzerspanung nitrieren |
| Druckguss / Warmpressen / Strangpressen | H13 (48–52 HRC) | Grobbearbeiten, Wärmebehandeln, fertigbearbeiten; doppelt anlassen; Schweißreparaturen spannungsarm glühen |
| Stanz-/Schnittwerkzeug, Schermesser, Verschleißteil | D2 (58–62 HRC) | Im geglühten Zustand zerspanen, wärmebehandeln, fertig schleifen oder Drahterodieren |
| Schlagstempel, Meißel, schlagbelastetes Werkzeug | S7 (52–58 HRC) | Im geglühten Zustand zerspanen, wärmebehandeln, auf Zähigkeitsziel anlassen |
| Formschieber / kleine Einsätze unter Schlag | S7 oder D2 je nach Belastungsart | Schlag → S7; Abrieb → D2 |
SortenäquivalenzenP20 = DIN 1.2311 = JIS (ca. SKT3/SKD61-Familie unterschiedlich — verifizieren) P20 ist 1.2311 (40CrMnMo7) nach DIN.
H13 = DIN 1.2344 = JIS SKD61 = GB Cr5Mo1V H13 ist X40CrMoV5-1 nach DIN.
D2 = DIN 1.2379 = JIS SKD11 = GB Cr12MoV D2 ist X153CrMoV12 nach DIN.
S7 = DIN 1.2355 (55CrMoV7-8-14 nach DIN; kein universelles JIS-Äquivalent — gegen den lokalen Standard prüfen).
Wie Sie den Stahl in Ihrer Anfrage spezifizieren
- Sorte und Standard benennen: z. B. „H13 nach ASTM A681, DIN 1.2344“ — niemals nur „Werkzeugstahl“.
- Härteziel und -skala angeben: z. B. „48–52 HRC, geprüft nach ASTM E18“.
- Lieferzustand angeben: vorgehärtet (P20), geglüht (D2/S7/H13 zur Zerspanung) oder fertig gehärtet.
- Für Warmarbeits- und Kaltarbeitsstähle das Wärmebehandlungszertifikat verlangen (Abschreck-/Anlasszyklus, tatsächliche Härte) — die Sorte auf dem Papier bedeutet nichts ohne die Wärmebehandlung, die sie verwirklicht.
- Für gegossene/gefräste Kavitäten eine Werkstoffverifikation hinzufügen (PMI oder Werkszertifikat), wenn das Werkzeug sicherheits- oder produktionskritisch ist.
Standards & Quellen
Primäre StandardsASTM A681 Standard-Spezifikation für legierte Werkzeugstähle (deckt die chemischen Anforderungen für P20, H13, D2, S7 ab).
ISO 4957 Werkzeugstähle — Bezeichnung und Lieferbedingungen (DIN/EN-Äquivalente 1.2311, 1.2344, 1.2379, 1.2355).
ASTM E18 Rockwell-Härteprüfung (HRC-Verifikation).
ASTM E415 / E1251 Spektrometrische Analyse der Zusammensetzung (Werkstoffverifikation).
AnwendungsreferenzenSanyao Forging Top 10 Arten von Formstählen — Zusammensetzung und Härte nach Sorte (P20 28–32, H13 48–52, D2 60–62, S7 54–58).
Createel Werkzeug- und Formstahl-Sortentabelle — P20 30–36, H13 44–52, D2 58–62, S7 54–56; DIN-Äquivalente und Wärmebehandlungszyklen.
Panjin International Was ist Formstahl? — Sortenvergleich (P20 28–34, H13 48–52, D2 58–62, S7 52–58) und Auswahlfaktoren.
Kens Metal Werkzeugstahlsorten — P20-Zusammensetzung und 400-mm-Querschnittsgrenze; H13-Warmarbeitsanwendungen; D2-Anwendungen.
Vast-Cast Werkzeugstahleigenschaften, Sorten, Vergleich — Wärmebehandlungsschritte und erreichbare Härte (P20 30–36, H13 48–52, D2 58–62, S7 50–56).
Frequently Asked Questions
Welchen Werkzeugstahl sollte ich für eine Spritzgießform verwenden?
P20, vorgehärtet bei 28–34 HRC, für Standard-Kunststoffspritzgießformen. Es zerspant gut im Lieferzustand, benötigt keine Wärmenachbehandlung (also kein Verzug), poliert gut und kann für mehr Oberflächenhärte nitriert werden. Für sehr verschleißfeste Harze, Querschnitte oberhalb ~400 mm oder heißkanalreiche Formen erwägen Sie P20 + Nitrieren oder den Wechsel zu H13.
Ist H13 nur für Druckguss oder kann es auch andere Aufgaben übernehmen?
H13 ist die Warmarbeitssorte — Druckguss, Warmpressen und Strangpressen — und kann auch für Kunststoffformen verwendet werden, die heiß laufen. Seine Stärke ist die Beibehaltung von Härte und Zähigkeit bei Einsatztemperaturen bis ~500 °C mit guter Thermoschockbeständigkeit. Bei Raumtemperatur ist es für Verschleiß übertrieben weich und teurer als Kaltarbeitssorten, also verwenden Sie es nicht für Stanzen oder Schneiden.
Was ist der Unterschied zwischen D2 und S7?
D2 ist für Verschleiß, S7 ist für Schlag. D2 (58–62 HRC) ist ein hochkohlenstoffhaltiger, hochchromhaltiger Kaltarbeitsstahl mit der besten Abriebfestigkeit der vier, aber geringerer Zähigkeit — er platzt bei schwerem Schlag ab. S7 (52–58 HRC) ist die schlagfeste Sorte: geringere Verschleißfestigkeit, aber absorbiert Schläge ohne zu brechen. Schlagbelastungen → S7; abrasiver Verschleiß → D2.
Muss P20 nach der Zerspanung wärmebehandelt werden?
Nein — das ist der Sinn des vorgehärteten P20. Es wird bei 28–34 HRC geliefert, also zerspanen Sie die fertige Kavität direkt und überspringen Abschrecken und Anlassen vollständig, wodurch Verzug und Abschreckrissrisiko entfallen. Wenn Sie mehr Oberflächenhärte benötigen, nitrieren Sie nach der Fertigzerspanung.
Wie viel kostet die Wahl des falschen Formstahls tatsächlich?
Typischerweise ein Ersatz von 30 000–50 000 $+ plus 1–2 Wochen Stillstand für ein mittelgroßes Werkzeug. Eine Form, die bei ~30 000 Schuss reißt statt bei mehreren hunderttausend, versagt, weil der Stahl die Temperatur, den Verschleiß oder den Schlag nicht ausgehalten hat. Die Mehrkosten des richtigen Stahls sind ein Rundungsfehler gegenüber diesem Ausfall — rüsten Sie auf, bevor die Form gefräst wird.
Wie spezifiziere ich Werkzeugstahl, damit mein Zulieferer nicht rät?
Sorte und Standard, Härteziel und Lieferzustand benennen. Beispiel: „H13 nach ASTM A681 / DIN 1.2344, 48–52 HRC, im geglühten Zustand zerspant, dann gehärtet und doppelt angelassen“. Fügen Sie die Anforderung des Wärmebehandlungszertifikats und die Werkstoffverifikation (Werkszertifikat oder PMI) für produktionskritische Werkzeuge hinzu.
Sources & Standards Referenced
- ASTM A681: Standard Specification for Tool Steels Alloy (P20, H13, D2, S7 Chemieanforderungen)
- ISO 4957: Werkzeugstähle — Bezeichnung und Lieferbedingungen (DIN/EN-Äquivalente 1.2311, 1.2344, 1.2379, 1.2355)
- ASTM E18: Standard-Prüfverfahren für die Rockwell-Härte metallischer Werkstoffe (HRC-Verifikation)
- ASTM E415 / E1251: Spektrometrische Analyse von Kohlenstoff- und niedriglegiertem Stahl (Zusammensetzungsverifikation)
- Sanyao Forging: Top 10 Arten von Formstählen — Zusammensetzung und Härte nach Sorte (P20 28–32, H13 48–52, D2 60–62, S7 54–58 HRC)
- Createel: Werkzeug- und Formstahl — Sortentabelle mit DIN-Äquivalenten und Wärmebehandlungszyklen (P20 30–36, H13 44–52, D2 58–62, S7 54–56 HRC)
- Panjin International: Was ist Formstahl? — Sortenvergleich und Auswahlfaktoren (P20 28–34, H13 48–52, D2 58–62, S7 52–58 HRC)
- Kens Metal: Werkzeugstahlsorten — P20-Zusammensetzung und 400-mm-Querschnittsgrenze; H13-Warmarbeitsanwendungen; D2-Kaltarbeitsanwendungen
- Vast-Cast: Werkzeugstahleigenschaften, Sorten, Vergleich — Wärmebehandlungsschritte und erreichbare Härte (P20 30–36, H13 48–52, D2 58–62, S7 50–56 HRC)
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