Injection Mold Steel Selection Guide: P20, H13 & S136

Warum die Wahl des Formenstahls Ihre Bauteilqualität und Werkzeugkosten bestimmt

Das Datenblatt sah gut aus. Das Harz wurde genehmigt. Die Wandstärke war in Ordnung. DFM¹. Aber als die ersten Teile aus der Presse kamen, sah die Oberfläche aus, als wäre Sandpapier darüber gezogen worden. Wir führten es auf eine P20-Kavität zurück, die für einen Auftrag mit 30% glasgefülltem Nylon spezifiziert worden war. Die Werkzeugbauabteilung hatte verwendet, was sie auf Lager hatte. Nach drei Wochen Nachpolieren hatte der Kunde bereits zu einem Wettbewerber gewechselt. Das war das letzte Mal, dass mein Team die Stahlauswahl zum Projektstart übersprang.

Most injection mold failures trace back to a mismatch between the steel grade and either the resin’s abrasiveness, its chemical aggression, or the volume demand on the tool. Choosing the wrong steel does not just affect surface quality — it accelerates wear on parting lines, clogs vents with corrosion products, and can halve the tool’s usable life. The cost difference between a right-first-time steel decision and a retrofit repair is typically 3× to 5× the original steel premium.

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P20 Formenstahl: Beste Wahl für Budget und mittelvolumige Produktion

P20 ist ein vorgehärteter Chrom-Molybdän Werkzeugstahl³ geliefert bei HRC 28–33, was bedeutet, dass Sie ihn direkt bearbeiten können, ohne einen Härtezyklus nach dem Grobbearbeiten. Das spart 5–10 Tage im Bauplan und eliminiert das Verzugsrisiko, das mit einer Nachbearbeitungshärtung verbunden ist. In unserer Fabrik verwenden wir P20 für etwa 60% von Werkzeugen für Konsumprodukte, wo das Harz ungefülltes ABS, PP oder PE ist und die Jahresproduktion unter 500.000 Schüssen pro Kavität liegt.

Der Kompromiss ist die Härte. Bei HRC 30 zeigt P20 nach etwa 300.000–500.000 Schüssen mit leicht abrasiven Harzen sichtbaren Verschleiß an Trennlinien und Angussbereichen. Bei vollständig ungefüllten Standardharzen kann das gleiche Werkzeug 800.000–1.000.000 Schüsse erreichen, bevor ein Nachpolieren oder Angussreparatur erforderlich ist. P20 nimmt auch strukturierte Oberflächen (Funkenerosionskörnung, VDI 24–36) recht gut an, aber Spiegelpolitur unter VDI 12 ist schwierig, da der niedrigere Kohlenstoffgehalt die erreichbare Oberflächenhärte begrenzt.

P20 Formenstahl — Hauptmerkmale im Überblick

Eigentum	P20 Wert	Praktische Auswirkung
Härte (geliefert)	HRC 28–33	Keine nachbearbeitende Wärmebehandlung erforderlich
Zugfestigkeit	~1.000 MPa	Gut für Standardeinspritzdruck bis 1.400 bar
Maximal empfohlenes Volumen	500.000–1.000.000 Zyklen	Abhängig von Harzabrasivität
Polishability	VDI 12–18 (matt)	Nicht geeignet für optische oder Klasse-A-Spiegeloberflächen
Korrosionsbeständigkeit	Niedrig	Erfordert Korrosionsschutz bei Lagerung; PVC/POM vermeiden
Relative Werkzeugkosten (Einfachkavität)	1,0× (Baseline)	Wirtschaftlichste Stahlgüte

Ein Entscheidungspunkt, der Ingenieure oft überrascht: P20 ist oft in einer nitrierten Variante erhältlich (P20+Ni oder P20H), bei der die Oberfläche auf HRC 50–55 einsatzgehärtet ist, während der Kern weich bleibt. Dies bietet eine bessere Verschleißfestigkeit an Angüssen und Trennlinien, ohne einen vollständigen Wärmebehandlungszyklus hinzuzufügen. Wir spezifizieren diese Variante für P20-Werkzeuge, die voraussichtlich 600.000–900.000 Schüsse mit leicht gefüllten Harzen (bis zu 10% Glasfaser) laufen sollen.

H13 Werkzeugstahl: Die richtige Lösung für Hochtemperaturharze und abrasive Füllstoffe

H13 ist ein Chrom-Molybdän-Vanadium Warmarbeitswerkzeugstahl, der nach Vakuumhärtung und Anlassung HRC 48–52 erreicht. Der Vanadiumanteil bildet hartes Carbid, das abrasiven Verschleiß durch Glasfasern, Mineralfüllstoffe und Kohlenfaserverstärkungen widersteht. Wenn ein Kunde mit einem 30% GF Nylon 66 Bauteil zu uns kommt, das 2 Millionen Schüsse benötigt, ist H13 fast immer der Stahl, den wir spezifizieren — nicht weil es die einzige Option ist, sondern weil es die beste Balance von Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Bearbeitungsfähigkeit in dieser Volumenklasse bietet.

H13’s other strength is thermal fatigue resistance. The molding temperature for PPS, PEI (Ultem), and LCP often exceeds 300°C. At these temperatures, the repeated thermal cycling of injection and cooling can crack a softer steel at thin ribs or sharp corner radii within 200,000 cycles. H13’s high chromium and molybdenum content reduces thermal expansion coefficient variation, giving it roughly 3× better thermal fatigue life than P20 under identical conditions. In our factory, we run H13 on any mold where the melt temperature exceeds 280°C or the glass-fiber content is above 15%.

H13 Werkzeugstahl — Hauptmerkmale im Überblick

Eigentum	H13 Wert	Praktische Auswirkung
Härte (wärmebehandelt)	HRC 48–52	Hohe Verschleißfestigkeit an Einspritzstelle und Trennkante
Zugfestigkeit	~1,600 MPa	Hält hohen Einspritzdruck und Schließkräften stand
Maximal empfohlenes Volumen	1.000.000–2.000.000+ Schüsse	Ideal für die Großserienfertigung mit abrasiven Harzen
Polishability	VDI 6–12 (seidenglänzend)	Gut, aber kein optisch hochwertiger Spiegelglanz
Korrosionsbeständigkeit	Mäßig	Nicht geeignet für PVC; akzeptabel für die meisten anderen Harze
Relative Werkzeugkosten (Einfachkavität)	1,5×–2,0× P20	Höhere Stahl- + Wärmebehandlungskosten, geringerer Wartungsaufwand pro Schuss

Ein praktischer Hinweis aus der Fertigung: H13 erfordert einen ordnungsgemäßen Spannungsarmglühzyklus nach dem Grobbearbeiten und vor dem endgültigen Härten. Das Auslassen dieses Schritts ist die häufigste Ursache für H13-Formenrisse, die wir bei Werkzeugbauern sehen, die die Durchlaufzeit verkürzen wollen. Der Spannungsarmglühzyklus (550–600°C für 2 Stunden pro 25 mm Abschnittsdicke) fügt 2–3 Tage hinzu, verhindert aber Verzug während des Vakuumhärtens. Wir haben erlebt, dass Werkzeuge an Rippenwurzeln innerhalb der ersten 50.000 Schüsse rissen, wenn dieser Schritt übersprungen wurde – eine 15.000+ € Reparaturrechnung, die die Zeitersparnis absurd aussehen lässt.

S136 Rostfreier Formenstahl: Zwingend für korrosive Harze und optische Oberflächen

S136 (entspricht AISI 420 modifiziertem rostfreiem Stahl) enthält etwa 13% Chrom, das passiven Oxidschicht-Korrosionsschutz gegen saure Abgase aus PVC, halogenierten Flammschutzmitteln, POM (Acetal) und einigen Polyurethanen bietet. Die Korrosionsbeständigkeit ist nicht nur kosmetisch – Säureangriff auf eine Kavitätenoberfläche erzeugt Mikrogruben, die direkt auf die Teileoberfläche übertragen werden und Defekte erzeugen, die nicht ohne Nachbearbeitung der Kavität poliert werden können.

S136 erreicht auch die höchste Polierfähigkeit aller gängigen Formenstähle und erreicht bei korrekter Bearbeitung VDI 0–3 (Spiegelglanz, Ra 0,01–0,02 µm). Dies ist unerlässlich für optische Linsen, Lichtleiter, Gehäuse für Medizinprodukte und alle Teile, die kosmetische Transparenz der Klasse A erfordern. In unserem Werk verwenden wir S136 ausschließlich für alle Werkzeuge für Medizinprodukte, transparente PC- und PMMA-Teile und alle Anwendungen mit PVC- oder POM-Harzen. Die spiegelpolierte Oberfläche einer S136-Kavität kann bei richtiger Formtrennung und Reinigungsprotokollen für 500.000–1.000.000 Schüsse erhalten bleiben.

S136 Edelstahl Formenstahl — Wichtige Eigenschaften auf einen Blick

Eigentum	S136 Wert	Praktische Auswirkung
Härte (wärmebehandelt)	HRC 48–52	Gleiche Härte wie H13, bessere Korrosionsbeständigkeit
Chromgehalt	~13%	Passive Oxidschicht widersteht sauren Abgasen aus PVC, POM, FR-ABS
Maximale Polierfähigkeit	VDI 0–3 (Spiegel, Ra 0,01 µm)	Erforderlich für optische Linsen, Lichtleiter, transparente Gehäuse
Korrosionsbeständigkeit	Hoch (Edelstahl)	Geeignet für PVC, POM, medizinische Harze
Maximal empfohlenes Volumen	500.000–1.000.000 Zyklen	Leicht geringere Zähigkeit als H13 bei hohen Zyklenzahlen
Relative Werkzeugkosten (Einfachkavität)	2,0×–2,8× P20	Höchste Materialkosten; aufgewogen durch geringere Oberflächenreparaturhäufigkeit

Der Kompromiss bei S136 ist die Zähigkeit. Es ist bei gleicher Härte etwas spröder als H13, was bedeutet, dass es an dünnen Rippenkanten (unter 0,5 mm) oder in tiefen schmalen Schlitzen anfälliger für Ausbrüche ist. Wir konstruieren S136-Formen mit einem Mindestrippen-zu-Tiefe-Verhältnis von 1:6 (Rippendicke:Tiefe) und fügen an allen internen scharfen Ecken einen Radius von 0,3 mm hinzu. Diese Designänderungen erhöhen die Bearbeitungszeit um 2–4 Stunden, verhindern aber spröde Ausfälle im Betrieb. Für Spritzgussformdesign⁴ Team, dies ist ein kritischer DFM-Prüfpunkt.

Stahlgütevergleich: P20 vs H13 vs S136 im direkten Vergleich

Wenn Ingenieure uns fragen, welchen Stahl sie verwenden sollen, läuft die Antwort fast immer auf drei Fragen in dieser Reihenfolge hinaus: Wie viele Schüsse? Welches Harz? Welche Oberflächengüte? Die folgende Tabelle fasst unsere 20-jährige Fabrikerfahrung in einem direkten Vergleich zusammen. Beachten Sie, dass keine einzige Qualität universell überlegen ist – jede hat ihre eigene operative Nische.

P20 vs H13 vs S136 — Vollständige Vergleichsmatrix

Criterion	P20	H13	S136
Härte (HRC)	28–33 (vorvergütet)	48–52 (wärmebehandelt)	48–52 (wärmebehandelt)
Beste für Stückzahl	Bis zu 500.000 Schüsse	500.000–2 Mio.+ Schüsse	Bis zu 1 Mio. Schüsse
Verschleißfestigkeit	Low–Medium	Hoch	Medium–High
Korrosionsbeständigkeit	Niedrig	Mäßig	Hoch (Edelstahl)
Spiegelpoliturfähigkeit	Mittel (VDI 12–18)	Gut (VDI 6–12)	Ausgezeichnet (VDI 0–3)
Thermische Ermüdungslebensdauer	Gut	Ausgezeichnet	Gut
Empfohlene Harze	ABS, PP, PE, PS (ungefüllt)	GF-Nylon, PPS, PEI, LCP, PC	PVC, POM, FR-ABS, PMMA, optisches PC
Wärmebehandlung nachbearbeitung	Nicht erforderlich	Required (vacuum)	Required (vacuum)
Lead time impact	Shortest (+0 days)	Moderate (+5–10 days)	Moderate (+5–10 days)
Relative cost index	1.0×	1.5×–2.0×	2.0×–2.8×

A common trap: engineers see that H13 and S136 have the same HRC range and conclude they are interchangeable. They are not. H13’s vanadium carbides make it superior against abrasive wear; S136’s 13% chromium makes it immune to corrosive attack. Running PVC in an H13 mold will produce pitting corrosion within 50,000 shots. Running 40% GF nylon in an S136 mold will cause accelerated surface wear because S136 lacks the vanadium carbide phase that gives H13 its abrasion edge.

How to Select Mold Steel in 3 Steps: A Practical Decision Framework

Step 1: Qualify the Resin Chemistry

The first filter is always chemistry. Check the resin’s technical data sheet for off-gas products, recommended processing temperature, and any corrosion warnings. PVC, halogen-containing flame retardants, acetal (POM), and moisture-absorbing engineering resins that decompose at high temperatures all produce acids during processing. Any resin that generates HCl, HBr, HF, or formaldehyde off-gases during normal processing requires S136 or at minimum 2316 stainless steel. No exceptions — we have never seen P20 or H13 survive 200,000 shots in a PVC application without visible cavity pitting.

For optical or medical applications, even if the resin is not chemically aggressive, the surface finish requirement drives you to S136. Polycarbonate for light guides, PMMA for lenses, and COC/COP for medical vials all require Ra values below 0.025 µm — a level only achievable with S136 and a skilled polisher with 6–8 hours on the cavity surface.

Step 2: Establish the Production Volume Target

Volume defines how much wear resistance you need to pay for. If the program is a bridge tool for 50,000–100,000 shots while the production tool is being built, P20 is almost always the right call — the savings on tooling cost fund the production tool. If the program is 3 million shots over 5 years, H13 or S136 is not optional: rebuilding a P20 mold at 500,000 shots would cost more in downtime and re-tooling than the original price differential. At our factory, the break-even calculation for upgrading from P20 to H13 generally favors H13 at annual volumes above 250,000 shots per cavity for abrasive resins.

Step 3: Match Surface Finish to Steel Grade

Surface finish requirements flow directly from the part specification. SPI A1/A2 (mirror) requires S136. SPI B1 (semi-gloss) can use H13. SPI C1/C2 (matte) can use P20. When the part drawing calls for ‘as-molded gloss’ without specifying SPI grade, ask for clarification before quoting steel — the difference between a vague ‘glossy’ spec and an SPI A1 spec can add $4,000–$6,000 to a single-cavity tool cost. In our DFM reviews, we always confirm the surface finish grade before selecting steel because clients often do not realize their ‘shiny part’ requirement translates into optical-grade polishing work.

Real-World Cost and Timeline Impact of Steel Grade Choices

Numbers help settle arguments about steel grade faster than theory. Here is actual data from our factory’s recent tooling builds, anonymized for client confidentiality. These figures represent single-cavity family tools for consumer and industrial parts with a surface area of approximately 150 cm² per cavity.

Tooling Cost vs Steel Grade (Single-Cavity Tool, 150 cm² Cavity Area)

Stahlsorte	Material Cost (steel only)	Total Tool Cost	Vorlaufzeit	Recommended For
P20	$400–$800	$8,000–$15,000	4–6 weeks	Prototype, low-volume, unfilled commodity resins
H13	$800–$1,600	$12,000–$22,000	6–8 weeks	High-volume, abrasive resins, high-temp engineering plastics
S136	$1,200–$2,400	$15,000–$28,000	6–8 weeks	PVC, POM, optical, medical, FR resins

The lead time difference reflects both heat treatment scheduling and the additional EDM and polishing work required for H13 and S136. Vacuum hardening furnaces at most tool shops run on a batch schedule — if your tool misses the weekly run, you add 5–7 days. This is why we advise clients to commit to steel grade in the first week of tooling kickoff, not after the mold has been roughed out in whatever steel was on the shelf.

Frequently Asked Questions About Injection Mold Steel Selection?

Was ist der beste Formenstahl für transparente Kunststoffteile?

S136 stainless mold steel is the industry standard for transparent injection molded parts. It achieves mirror-polish surface finish (SPI A1/A2, Ra ≤ 0.025 µm) required for optical-grade clarity in PC, PMMA, and COC resins. The 13% chromium content also resists staining from mold release agents that could cloud a polished cavity surface. P20 and H13 can reach SPI B1 but cannot sustain the Ra 0.01–0.02 µm values needed for lens or light-guide applications. For medical optical parts, S136H (pre-hardened variant at HRC 38–42) provides a faster build schedule while still meeting polishability requirements.

Kann ich P20-Stahl für eine Hochvolumen-Produktionsform verwenden?

P20 can handle production volumes up to 500,000–1,000,000 shots for unfilled commodity resins (ABS, PP, PE, PS) at injection pressures below 1,200 bar. Above these volumes, or when running filled resins with more than 10% glass fiber, P20 will develop visible wear at gate areas and parting lines that transfers to parts as flash or dimensional drift. For annual volumes above 500,000 shots per cavity with any abrasive resin, upgrading to H13 typically pays for itself within the first year by eliminating mid-production cavity repairs. Always confirm resin type and annual volume before fixing the steel grade.

Welchen Formenstahl sollte ich für die PVC-Spritzgussform verwenden?

PVC Spritzgießen requires S136 (or 2316) stainless mold steel without exception. During processing, PVC decomposes slightly and releases hydrochloric acid (HCl) gas, which attacks non-stainless cavity steel surfaces within 50,000–100,000 shots, causing pitting corrosion that destroys surface finish and creates part defects. S136’s 13% chromium forms a passive oxide layer that resists HCl attack. All cooling lines, core pins, and slides in contact with the PVC melt zone should also be made from stainless steel or chrome-plated to prevent internal corrosion. Even short-run PVC prototype tools should use S136 — HCl damage accumulates rapidly.

Wie beeinflusst die Härte von Formenstahl die Oberflächengüte?

Harder steels (HRC 48–52, H13 and S136) can be polished to finer surface finishes than softer steels (HRC 28–33, P20) because the high carbide content of hardened steels allows the polishing abrasive to produce a uniform, scratch-free surface. P20 at HRC 30 has softer matrix regions that tear during diamond polishing, limiting achievable Ra to approximately 0.05–0.10 µm (SPI B1). S136 at HRC 50 can reach Ra 0.01 µm (SPI A1) with progressive diamond polishing from 6 µm down to 0.25 µm grit. H13 at HRC 50 reaches Ra 0.03–0.05 µm (SPI A2–B1). Hardness also determines how long the polished finish lasts under production conditions.

Ist H13 oder S136 besser für eine medizinische Geräteform?

S136 is the preferred choice for medical device molds in most cases. Medical parts typically require mirror-polished surfaces for cleanability and cosmetic inspection compliance, and many medical resins — including LDPE for drug packaging, PC for device housings, and various drug-eluting polymers — may contain additives that cause corrosion in non-stainless steels. S136 satisfies both the surface finish requirement (VDI 0–3) and corrosion resistance needed in a medical production environment. H13 is used in medical tooling only when the part geometry has thin ribs or deep cores where S136’s slightly lower toughness creates chipping risk, and where the resin is not corrosive.

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1. DFM: DFM (Design for Manufacturability) refers to an engineering review process applied before tooling begins, identifying features in a part design such as thin walls, sharp corners, or insufficient draft that would cause molding defects or increase tool cost. ↩

2. mold steel: Mold steel refers to a category of tool steels used to fabricate injection mold cores and cavities, selected based on hardness (HRC), polishability, corrosion resistance, and thermal fatigue strength for the target production volume and resin type. ↩

3. tool steel: Tool steel is a category of carbon and alloy steel specifically formulated for the manufacture of cutting and forming tools, including injection mold cavities, measured in hardness on the Rockwell C (HRC) scale, typically ranging from HRC 28 to HRC 65 depending on application. ↩

4. Spritzgießunternehmen USA: Top 10 Leitfaden Injection mold design is an engineering discipline that defines the cavity geometry, gating system, cooling circuit layout, and ejection mechanism of a mold, directly determining cycle time, part quality, and tool life. ↩