Быстрорежущая сталь (High-Speed Steel, HSS) – это высокоуглеродистый сплав, разработанный специально для использования в инструментах с высокой скоростью резания. Материал обладает отличными механическими свойствами, такими как твердость, износостойкость и способность сохранять свою остроту режущей кромки при повышенных температурах.
Производство быстрорежущей стали
Сырье для быстрорежущей стали, такое как железо, углерод, хром, вольфрам и другие сплавные добавки, смешивается и плавится в оборудовании. При этом используются такие печи:
-
Электросталеплавильная (Electric Arc Furnace, EAF). Плавление происходит путем создания электрической дуги между электродом и материалом. Программное обеспечение позволяет контролировать температуру и состав расплава.
-
Индукционная. Использует принцип электромагнитного индукционного нагрева. Внутри плавильной печи катушка создает переменное магнитное поле, которое нагревает металл. Источник питания может быть оснащен силовым трансформатором и электронным преобразователем для получения необходимой частоты и мощности.
-
Вакуумная. Предназначена для термической обработки в условиях вакуума или контролируемой атмосферы. Камера или резервуар для плавления обычно имеет специальную огнеупорную или газонепроницаемую подкладку для защиты от высоких температур и химического воздействия. Вакуум поддерживается с помощью насосов и систем фильтрации.
-
С газовым пламенем. Предоставляют простой и относительно экономически эффективный способ плавки материалов. Горелка сжигает газовое топливо (обычно природный газ, пропан или метан) с помощью воздуха или кислорода, создавая высокотемпературное пламя. Для контролирования потока газа используют клапаны и регуляторы давления.
После плавки и легирования сталь подвергается процессу отжига. Он включает нагрев металла до критической температуры, а затем его постепенное охлаждение. Отжиг способствует равномерному размещению атомов в структуре. Отожженный сплав затем формуется путем ковки, прессования или экструзии.
Инструменты из быстрорежущей стали
Такой металл содержит различные сплавы, такие как вольфрам, кобальт, ванадий и молибден, которые придают ему специальные свойства. Вольфрам, например, повышает твердость и стойкость к износу, а кобальт улучшает прочность и термостойкость. Эти добавки позволяют быстрорежущей стали сохранять свою твердость и остроту при высоких температурах, что делает ее идеальным материалом для производства сверл, фрез, резцов. Она находит применение в металлообрабатывающей, авиационной, деревообрабатывающей промышленностях, строительстве, металлургии и других отраслях.
Также из этого сплава делают режущие пластины, ножи для токарных и фрезерных станков, применяемых для обработки и формирования металлических изделий. Зенковки и резьбонарезные инструменты (плашки и пластины) из быстрорежущей стали обеспечивают точность и долговечность. С помощью зенковок создают конические отверстия. Такие детали также нужны в столярном деле, при сборке мебели для снятия острых краев отверстий и создания опорной плоскости, позволяющей установить головку винта, шпильки или другого крепежа.
Маркировка быстрорежущей стали
HSS обычно маркируется с использованием специальных обозначений, которые указывают на ее химический состав и свойства. Наиболее распространенная система – AISI. Обозначение состоит из четырех цифр, где первая обозначает тип стали, а остальные три указывают на процентное содержание основных элементов сплава. Немецкая система DIN также широко распространена. Маркировки состоят из букв “HS” (High-Speed) и последующего числа, определяющего процентное содержание вольфрама (например, HS6-5-2 содержит 6% вольфрама). При этом выделяют такие наиболее популярные марки:
-
M2. Металл обычно имеет химический состав, включающий около 6-7% вольфрама, 4-5% молибдена, 1-2% ванадия и примерно 1% углерода. Такой быстрорежущий сплав обладает высокой твердостью, стойкостью к износу и термической стабильностью.
-
M35. Является более высоколегированной версией быстрорежущей стали. Она содержит около 5% кобальта в сочетании с вольфрамом, молибденом, ванадием и углеродом. Такой металл обладает еще большей стойкостью к повышенным температурам и долговечностью режущей кромки.
-
T1. Включает около 18% вольфрама, 4-5% хрома, 1-2% ванадия и примерно 0,7% углерода. Твердосплавная сталь, обладающая стойкостью к износу и использующаяся для высокоскоростной резки и сверления.
По схожей схеме маркируются изделия в стандарте ГОСТ. Буква Р – количество вольфрама в структуре, М – хрома. Например, Р6М5 (ГОСТ 19265-73) имеет схожий состав с маркой M2 по стандарту AISI.
Улучшение характеристик изделий из быстрорежущей стали
Одним из способов улучшения характеристик HSS-изделий является термическая обработка. Применение контролируемого отжига или закалки и отпуска может улучшить твердость, прочность и стойкость к износу. Нормализация способствует диффузии в составе, перераспределению молекул. Также продлить срок службы и улучшить качество сплава могут защитные покрытия. Они наносятся методом физического или химического осаждения из паровой фазы. Покрытия из титана, нитрида титана (TiN), нитрида алюминия (AlTiN) или других элементов снижают трение и повышают теплопроводность.
Как ухаживать за инструментами из быстрорежущей стали
Изменение углов режущих кромок, радиусов, геометрии зубьев и других параметров может повысить эффективность резания, снизить нагрузку на инструмент и улучшить поверхностное качество обработки. После каждого использования стальное оборудование следует очищать от остатков материала, окалины и стружки. Нужно применять мягкую щетку или воздушный поток, но важно учитывать, что абразивные материалы и острые предметы могут повредить режущую кромку. Обезжиривающие средства хорошо удаляют масла или смазки, а охлаждающие – предотвращают перегрев, который снижает прочность и деформирует деталь.
Переохлаждение стали может привести к повышенной хрупкости материала. Это означает, что инструмент становится более склонным к трещинам и ломкости, особенно при наличии механических нагрузок. Неконтролируемые охлаждающие скорости могут вызвать образование мартенситной структуры, которая имеет более высокую твердость, но также более хрупкая и менее устойчивая к износу. Материал становится менее податливым и более склонным к образованию заеданий и трений. Также нужно избегать хранения деталей во влажных помещениях или рядом с источниками влаги.
Важно использовать отдельные ящики, стеллажи или инструментальные сумки для хранения HSS-инструментов.
