Werkzeugstahl ist eine Stahlsorte mit mechanischen Eigenschaften, die ihn zu einem begehrten Werkstoff für Werkzeuge machen. Werkzeugstähle zeichnen sich durch ihre Härte, ihre Fähigkeit zum Halten einer scharfen Kante oder ihre Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Verformung aus. Es gibt eine Reihe von legierten und Kohlenstoffstählen, die üblicherweise durch Wärmebehandlung und Abschrecken hergestellt werden, die als Werkzeugstähle geeignet sind. Werkzeugstahl wird in vielen verschiedenen Qualitäten hergestellt und kann zur Herstellung von Werkzeugen wie Stanzwerkzeugen, Baumaschinen und Äxten verwendet werden. Neben der Werkzeugherstellung wird es auch in anderen Anwendungen eingesetzt, die Werkstoffe mit den mechanischen Eigenschaften von Werkzeugstahl erfordern.
Die verschiedenen Werkzeugstahlsorten werden häufig nach einem System klassifiziert, das als SAE-Stahlsorten oder AISI/SAE-Stahlsorten bezeichnet wird und von der Society of Automotive Engineers (jetzt SAE International) und dem American Iron and Steel Institute erstellt wurde. Es kategorisiert jede Stahlsorte mit einem Buchstaben, der ihre Eigenschaften oder das Herstellungsverfahren angibt, z. B. W-Klasse für wassergehärteten Stahl oder S-Klasse für schlagfeste Stähle. Jede Stahlsorte innerhalb dieser breiten Kategorien erhält dann eine individuelle Nummer, die dem Buchstaben folgt.
Die gebräuchlichste Form von Werkzeugstahl ist die Güteklasse W, eine Form von Kohlenstoffstahl, die aufgrund ihrer geringen Kosten beliebt ist. Einige Arten von W-Stahl enthalten auch Silizium, Molybdän oder Mangan, um die Zähigkeit des Stahls zu erhöhen. Es wird als wassergehärtet bezeichnet, weil beim Abschrecken Wasser verwendet wird, einem Schritt im Produktionsprozess vieler Stähle, bei dem die Temperatur des erhitzten Stahls schnell gesenkt wird. Werkzeugstahl der Güteklasse W ist hart, neigt jedoch dazu, spröde zu werden und hält Temperaturen über 302 °C (150 °F) nicht gut stand. Werkzeugstähle der Güteklasse W werden üblicherweise zur Herstellung von Klingen wie Scherklingen und Rasierern verwendet; Maschinenteile für Maschinen, die keinen hohen Temperaturen ausgesetzt sind oder diese erzeugen; und Werkzeuge wie Hämmer, Bohrer und Meißel.
Die Sorten A, O und D sind Stähle, die durch Kaltumformung hergestellt werden, ein Verfahren, bei dem der Stahl einer mechanischen Belastung ausgesetzt wird, bis er eine plastische Verformung erfährt, eine dauerhafte Veränderung der Mikrostruktur des Stahls. Dieser Prozess erhöht die Zugfestigkeit und Härte des Stahls, während seine Duktilität verringert wird, und die resultierenden Stahlformen werden häufig für Zwecke wie Klingen und Werkzeugmaschinen verwendet. O-Grade-Stahl ist ölgehärtet, während A-Grade luftgehärtet ist, Methoden, die weniger Verzug im Stahl erzeugen als Wasserhärten. D-Grade-Stahl enthält einen großen Anteil an Chrom, der 10 bis 18 Prozent der Legierung ausmacht. Neben Chrom werden Stähle der Güteklasse A, O und D häufig mit anderen Metallen, einschließlich Mangan, Wolfram und Vanadium, sowie mit Nichtmetallen wie Schwefel und Phosphor legiert.
H-Grade-Stahl ist warmarbeitsfähiger Werkzeugstahl, der durch plastische Verformung des Stahls durch längere Einwirkung hoher Temperaturen entsteht. Diese Stähle haben eine hohe Festigkeit und Härte, aber leichte Verformungen durch den Prozess des Abkühlens und der thermischen Kontraktion machen sie für Anwendungen mit sehr engen Konstruktionstoleranzen weniger geeignet als Kaltarbeitsstahl. Chrom, Wolfram und Molybdän sind übliche Legierungselemente in Stählen dieser Güte.
Die Sorten T und M sind Schnellarbeitsstähle, die sich durch ihre hohe Härte bei hohen Temperaturen auszeichnen. Diese Eigenschaft macht es gut geeignet für den Einsatz in angetriebenen Schneidwerkzeugen und Stanzwerkzeugen, wo seine Beständigkeit gegen die durch Reibung erzeugte Hitze es ermöglicht, mit höheren Geschwindigkeiten als andere Stähle zu arbeiten. T-Stahl ist nach seinem hohen Wolframgehalt benannt, während M-Stahl einen hohen Anteil an Molybdän enthält. Zusätzliche Legierungselemente, die bei diesen Stählen üblich sind, umfassen Vanadium, Chrom und Kobalt.
S-Grade-Stähle sind Werkzeugstähle, die sich durch ihre hohe Stoßfestigkeit auszeichnen. Sie haben weniger Kohlenstoff als andere Stahllegierungen, was ihre Abriebfestigkeit verringert, aber ihre Zähigkeit erhöht. S-Grade-Stahl wird in Geräten wie Presslufthämmern verwendet, die starken Stößen standhalten müssen.
Einige Werkzeugstahlsorten haben sehr spezielle Eigenschaften oder Verwendungszwecke. Stahl der Güteklasse F ist eine Art wassergehärteter Stahl, wie Stahl der Güteklasse W, weist jedoch eine überlegene Verschleißfestigkeit auf. P-Stahl oder Kunststoffformenstahl wird in Spritzguss- und Druckgussmaschinen verwendet. L-Grade oder niedriglegierter Sonderstahl ist eine sehr zähe Stahlsorte, die wenig Legierungsmaterial und einen sehr hohen Eisengehalt aufweist.