Все что нужно знать о HSS стали

Если вы хотите знать все о том, что это за материал с обозначением HSS (или «XSS»), где и для чего он применяется, читайте эту статью. Мы подготовили подробное описание этих сталей, их расшифровку и описали основные свойства.

Сталь HSS используется в странах Запада чуть ли не с конца 19 века, но почему?

Что такое сталь HSS

Сталь HSS (англ аббревиатура high-speed steel) — класс быстрорежущих сталей, представляющий собой целую группу твердосплавных материалов с особыми технологическими свойствами. Их главная особенность – высокое содержание углерода (С), вольфрама (W), молибдена (Мо) и хрома (Cr). Из-за этого твердость стали достигает 63-64 HRC.

Для сравнения: обычные пассатижи имеют твердость до 50 HRC, а гаечные ключи до 52 HRC.

Функциональное назначение — прерывистая резка. По сравнению с другими быстрорежущими сталями их необходимо использовать при более низких скоростях. Одним из основных достоинств материалов является их большая прочность и относительно невысокая цена готового инструмента.

Виды HSS сталей

Все материалы с обозначением HSS подразделяются на три большие группы: вольфрам, молибден и высоколегированные.

Первые не очень популярны — из-за значительной стоимости вольфрама. Из этой группы наибольшим спросом пользуются именно Т1 и Т15. Все остальные группы имеют более высокую распространенность.

Вольфрамовые стали

Отличаются высокой долей вольфрама — он придает инструменту красную твердость (свойство сохранять твердость при высокой температуре). Обозначается маркировкой от Т1 до Т15, например:

• Т1 (ближайший аналог по химическому составу и эксплуатационным характеристикам — сталь Р18): отличается такими основными свойствами, как прочность, износостойкость и шлифуемость;
• Т2 (или Р18Ф2): для производства бора для легированной стали;
• Т3 (Р18К5Ф2): для упражнений с повышенной твердостью и износостойкостью — для высоколегированных и специальных сталей;
• Т15 (Р12Ф5К5): для сверл и другого инструмента для обработки износостойких и особопрочных материалов.

Наиболее популярна марка Т15, легированная ванадием и кобальтом – она интересна при производстве изделий, эксплуатируемых в условиях повышенного износа и повышенных температур.

Молибденовые hss сверла

Мо (вместе с кобальтом) придает стали значительную износостойкость и ударную вязкость. На них нанесены маркировки от М1 до М36, вот самые важные:

• М1: общетехнические упражнения;
• M2 (P6M5): более твердые и термостойкие режущие кромки;
• M7: для твердосплавных сверл;
• М35 (Р6М5К5): отличается износостойкостью, вязкостью и шлифуемостью, для сверл по нержавеющей стали.

Инструмент из них производится с обязательной последующей термической обработкой.

Высоколегированные HSS сверла

Они отличаются повышенной твердостью и ударной вязкостью, что позволяет широко использовать их при низких температурах. Маркируются маркировкой от М41 до М62, например:

• М7: сталь интересна своей повышенной гибкостью;
• М35: отличается пониженной устойчивостью к ударным нагрузкам, но хорошо работает при повышенном нагреве;

В группе много уникальных материалов. Так интересна сталь М42: она обладает хорошей триботехнической стабильностью, ею обрабатывают вязкие стали.

Химический состав и характеристики

Маркировка HSS подразумевает значительно более высокую жаропрочность и твердость стали. Это делает его качественно устойчивым к силовым нагрузкам и вибрациям со значительным нагревом.

Горячая твердость

Под термином «горячая твердость» подразумевается сама возможность обработки из такой стали другого металла, где она сильно нагревается и не теряет своих прочностных свойств.

Количественно и качественно это можно проследить с помощью анализа температурных нагрузок:

• высокое содержание углерода позволяет сохранять режущие свойства до 150-200°С, что соответствует короткому времени обработки;
• при этом твердость высокоуглеродистых сплавов выше;
• легирование вольфрамом повышает температурный порог, при котором сталь сохраняет способность к обработке, — до 500°С и выше.

Такой нагрев образуется в металле за счет естественного трения о заготовку, поэтому параметр является ключевым для режущего инструмента.

Красностойкость

Параметр «красостойкость» определяет способность металла сохранять необходимую степень твердости при нагреве до темно-красного цвета (около 600 °С и выше). При этом материал должен оставаться прочным и еще поддаваться обработке.

Такие возможности достигаются легированием некоторыми химическими элементами: кобальтом, вольфрамом, хромом, ванадием, молибденом. Они образуют соответствующие карбиды, определяющие твердость при значительном нагреве.

Сложность получения достаточной степени красностойкости обусловлена ​​значительной стоимостью необходимой лигатуры.

Сопротивление разрушению

При механической обработке одним из ключевых свойств режущей кромки является сопротивление разрушению, или сопротивление хрупкой потере целостности поверхности. Это требование обеспечивается высокопрочными силами, создаваемыми легированием.

В результате инструмент устойчив к значительному приложенному давлению, обеспечивает хорошую подачу резания и характеризуется высокой производительностью.

Примером продукта с высокой устойчивостью к разрушению является HSS CO 8 бор.

Разновидности режущего инструмента

Режущие инструменты изготавливаются из стали HSS, предназначены для обработки различных материалов – стали, чугуна, цветных сплавов. Это сверла, метчики, насадки, резцы и ряд других, более специфических, инструментов. Дрели самые популярные.

Классифицировать изделие можно по назначению – для какого материала оно предназначено и в каких условиях будет использоваться (какие свойства гарантирует лигатура). Так производятся молибденовые, вольфрамовые и высоколегированные стали HSS.

Условные обозначения и маркировка HSS сталей

Как сплав со сложным составом, сталь HSS обозначается необычным для нас способом: она не имеет буквенных и цифровых обозначений добавленных примесей. В этом основная сложность при планировании обработки и закупки расходных материалов.

Можно пойти «обычным» путем, если определить химический состав стали по каталогу. При возникновении затруднений проводят пробный или химический анализ, по результатам которого судят о составе и назначении материала.

Реальные свойства сплава определяются опытным путем и с использованием статистики. Так сталь м35 (аналог «нашей» стали Р6М5К5) подходит для резки жаропрочных и высокопрочных сталей. В этом случае практически гарантирован нагрев режущей кромки, против которого работает лигатура.

Импортные марки быстрорежущих сталей hss

HSS (быстрорежущая сталь) поставляется в нескольких основных вариантах:

• HSS, HSS-R: минимальная твердость;
• HSS-G: повышенная твердость для общего применения (режущая поверхность отшлифована нитридами);
• HSS-G-Tin: на поверхность добавлен нитрид титана, что повышает твердость и термостойкость (не менее 600°C)%
• HSS-G-TiAn: на поверхность добавлен комплексный нитрид алюминия и титана, что повышает твердость и термостойкость (не менее 900°C)%
• HSS-E-VAP: специальная режущая поверхность, предназначенная для резки нержавеющей стали;
• HSS-E: благодаря добавлению кобальта можно обрабатывать прочные металлы.

По этим обозначениям судят о размахе сверла.

Таблица общих химических составов HSS сталей. Российские аналоги

Рассмотрим некоторые марки стали, используемые для сверления металлов.

Имеются устойчивые соотношения между импортными и отечественными марками стали, например:

• Т1 — Р18;
• Т2 — Р18Ф2;
• Т4 — Р18К5Ф2;
• Т15 — Р12Ф5К5;
• М3 — Р6М5Ф3;
• М35 — Р6М5К5;
• М47 — Р2АМ9К5.

Ниже в таблице мы приводим еще несколько молибденовых сталей.

Также слишком высокие брови.

Особенности термической обработки

Для резки и быстрорежущей стали ключевым моментом является изменение внутренней структуры металла. Это позволяет добиться необходимых физико-химических и эксплуатационных характеристик, на которых основано использование средства.

Отжиг

При ковке и прокатке металл приобретает высокую твердость и приличные внутренние напряжения. Первым этапом термической обработки является отжиг: он снимает напряжения и повышает обрабатываемость материала в дальнейшем.

Заготовки загружаются в печь, где на малой скорости (до 200°С в час) нагреваются до 850°С, после чего охлаждаются вне печи. Для защиты от кислорода воздуха и потери ценного углерода и лигатуры заготовки отжигают в специальной закрытой емкости.

Закалка

Быстрорежущая сталь должна быть закалена, а затем закалена. Температура закалки около 1250 °С: она оптимальна для нейтрализации карбидов, которых в металле в большом количестве.

После достижения этого предела нагрева сталь охлаждается, в результате чего образуется мартенсит с высоким содержанием ванадия, вольфрама и хрома. Он не распадется при рабочем нагреве режущего инструмента — обеспечена красная твердость.

Отпуск

После закалки быстрорежущая сталь обязательно «освобождается» для превращения аустенита в твердый мартенсит. Это делается при 550°C несколько раз с равными интервалами ок. 1 час.

Остаточный аустенит начинает превращаться в мелкозернистые карбиды, легирование аустенитной фазы уменьшается. При охлаждении до 100°С из него образуется мартенсит, при этом внутренние напряжения снимаются.

Область применения быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали полезны для продолжительности и постоянства создаваемой нагрузки, учитывая высокую температуру, возникающую во время обработки. Поэтому из них успешно изготавливают такие изделия, как:

• сверло, фреза: полностью из стали HSS методом литья;
• фрезы: литые в случае небольших размеров или в виде прочной напайки для расходника значительных размеров;
• раздельная пайка для ремонта и восстановления раскроя расходных материалов для полу- и отделки;
• другие фасонные режущие инструменты и их рабочие кромки;
• пильный диск и ножи для более мягких материалов.

В сочетании со станками с ЧПУ этот инструмент позволяет добиться качественного результата даже при самой высокой твердости заготовки.

Лучшие производители

Как и другие инструменты, режущие изделия важно выбирать не только по их характеристикам, но и от надежного производителя. На сегодняшний день лучшими вариантами являются:

• советский производитель: мощность и несокрушимая прочность, предназначенные для изделий оборонки, но найти их в достойном качестве все труднее, к тому же это возможно только на рынках, их обозначения есть в справочниках;
• «ЗУБР»: имеет приятное соотношение цены и качества, выпускается как поштучно, так и в наборах;
• BOSCH: гарантия высокого качества во всех размерах, может иметь высокую цену, но качество себя оправдывает.

Есть много других (в том числе и российских), но каждая покупка — это всегда лотерея, и не всегда быстро распознаются маркировки.

Разновидности и маркировки HSS сверл

Бор выпускается с обозначением химического состава и свойств материала, расшифровку которого можно найти только в каталоге производителя — по символу на валу.

Маркировка

Диаметр (в мм) и условная маркировка указаны на самом сверле по металлу. Похоже на аббревиатуру или просто цифры.

Сюда же входит область использования (материалы и условия сверления) и технология производства — для общего представления об инструменте.

Особенности работы сверлами HSS

Сверла по металлу из быстрорежущей стали требуют особого подхода:

• правильный выбор диаметра и типа с учетом особенностей материала заготовки;
• выбор оборотов и скорости резания;
• обеспечить отсутствие протечек и чрезмерной ударной нагрузки;
• используйте только смазочно-охлаждающие жидкости, рекомендованные производителем;
• использовать только по назначению и в подходящем оборудовании.

Для таких расходных материалов необходимо корректировать технологию производства: калибровать температуру и другие параметры в режиме резки.

Чем отличаются HSS сверла от твердосплавных моделей

Основное отличие заключается в технологии производства материала:

• сталь (в том числе быстрорежущая) получается путем добавления специальных добавок, в результате чего изменяется структура металла, повышается прочность;
• сплав — это композит, полученный с использованием частиц минимального размера — это карбиды вольфрама, титана, тантала и так далее

Сталь больше подходит для эксплуатации в тяжелых условиях, твердые сплавы «боятся» вибраций, длительного воздействия высоких температур и динамических нагрузок.ржавеющей стали