Verktygsstål är en grupp stål som används vid verktygstillverkning. På grund av sin utmärkta hårdhet, motståndskraft mot nötande slitage och deformation är verktygsstål känt för sin hållbarhet och höga temperaturbeständighet. I vissa kretsar kallas verktygsstål också för ”rent höglegerat stål” på grund av deras relativt enkla lista över komponenter.
Förutom kol och järn kan verktygsstål också innehålla volfram, krom, vanadin och molybden som bildar karbider i materialets matris. Till skillnad från andra stålsorter är verktygsstål alltid värmebehandlade för att förbättra de mekaniska egenskaperna. Det finns sex grupper av verktygsstål som kännetecknas av sin härdnings- och härdningsteknik.
Vattenhärdande verktygsstål
Verktygsstål som är vattenhärdade kallas även W-grupp verktygsstål och måste härda i vatten. W-grupp verktygsstål är högkolhaltiga stål och är det mest använda verktygsstålet på grund av dess låga kostnad.
Vattenhärdat verktygsstål används för små applikationer och delar. När det gäller övergripande kvalitet saknas verktygsstål som härdat av vatten i jämförelse med andra. Den mjuknar vid temperaturer över 150° (300°F) och är ganska skör.
På grund av dess låga härdbarhet som orsakas av hög kolhalt, måste dessa stål kylas snabbt med vatten. Detta är också anledningen till att W-gruppstål tenderar att spricka under härdning eftersom det sker en så abrupt temperaturförändring. Däremot kan segheten ökas genom att tillsätta legeringselement som mangan och kisel. Vanadin kan hjälpa till att behålla finkornstorleken under värmebehandling.
Oljehärdat verktygsstål
Oljehärdade verktygsstål härdas i olja. De kallas också för O-serien, som omfattar mer än fem olika typer av stål. Oljehärdade verktygsstål är kallbearbetade och uppvisar god härdbarhet och slitstyrka samt seghet. I jämförelse med W-gruppstål är O-serien mycket mindre spröd på grund av deras långsamma härdningsmetod. De härdas vid en temperatur på 800°C (1472°F), kyls i olja och härdas sedan vid temperaturer runt och lägre än 200°C (392°F).
Lufthärdat verktygsstål
Lufthärdade verktygsstål kyls i gas såsom kväve eller luft. Mushetstål anses vara det första lufthärdande stålet och uppfanns 1868 av Robert Forester Mushet. Lufthärdade stål uppvisar låg distorsion vilket gör dem särskilt hårda och motståndskraftiga mot slitage.
I likhet med O-serien är lufthärdande verktygsstål kallbearbetade och har god härdbarhet och hög seghet samtidigt som de uppvisar god ythårdhet. Stål som kyls med luft utsätts för långsam härdning och är därför mindre benägna att spricka och bli spröda än stål i W-gruppen.
D-Group verktygsstål
Stål som tillhör D-gruppen kyls också i gas. De kännetecknas av sitt höga krominnehåll och mjuknar inte vid höga temperaturer. Inte förrän vid 425°C förlorar D-gruppstål sin hårdhet. De är ofta grupperade med rostfria stål eftersom de har så hög kromhalt, vilket i allmänhet ger korrosionsbeständighet. Korrosionsbeständigheten beror dock på hur många karbider som bildas i utfällningen av krom och kol.
Stöttåligt verktygsstål
Verktygsstål som uppvisar hög stöttålighet kategoriseras i S-serien. Genom att legera kisel-molybden, krom-volfram och kisel-mangan kan god härdbarhet uppnås. S-seriens stål ska motstå temperaturchocker i både varma och kalla miljöer. Typiskt har stål i S-serien mycket låg kolhalt, vilket resulterar i relativt hög seghet. Däremot kan nötningsbeständighet och härdbarhet framkallas av karbidbildande legeringar.
Höghastighetsstål
Höghastighetsstål är en utbredd typ av stål som används som skärverktyg material. HSS tål höga temperaturer utan att bli mjuka och är kända för sin goda nötningsbeständighet. Typiska legeringar i höghastighetsstål är volfram och molybden som är ansvariga för hög hårdhet och hög temperaturtolerans.