Кіріспе

Құрал болаттарының бір түрі

Жоғары жылдамдықты болат (HSS немесе HS) – құрал болаттарының бір түрі, көбінесе кесу құралы ретінде қолданылады. Ол электрлік ара тісшелері мен бұрғылау биттерінде жиі қолданылады. Сонымен қатар, ағаш өңдеудегі ыдыс пішінді кескіштерде және қисайған кескіштерде де қолданылады. Жоғары көміртекті болат құралдармен салыстырғанда, жоғары жылдамдықты болаттың артықшылығы – оның қанықтығын жоғалтпай, жоғары температураға төтеп беру қабілеті. Осы қасиетінің арқасында HSS жоғары көміртекті болаттан гөрі жылдам кеседі, сондықтан оны жоғары жылдамдықты болат деп атайды. Қалыпты температурада және ұсынылған термообработкадан өткен кезде HSS маркалары әдетте қарапайым көміртекті және құрал болаттарымен салыстырғанда жоғары қаттылыққа (60 Роквелл C-ден жоғары) және тозуға төзімділікке ие болады. Жоғары жылдамдықты болаттың M42 және M2 сияқты бірнеше түрлері бар.

Тарих

1868 жылы ағылшын металлургы Роберт Форестер Мушет қазіргі заманғы жоғары жылдамдықты болаттардың алға басушысы саналатын Мушет болатын жасады. Оның құрамында 2% көміртек, 2,5% марганец және 7% вольфрам болды. Бұл болаттың басты артықшылығы – ауада салқындағанда қатаюы болды, ал көптеген болаттарды осы температурада қатайту үшін сөндіру қажет болатын. Келесі 30 жыл ішінде марганецтің хроммен алмастырылуы ең маңызды өзгеріс болды. 1899 және 1900 жылдары Фредерик Уинслоу Тейлор және Маунсел Уайт (Maunsel White III; 1856–1912; Маунсел Уайттың немересі; 1783–1863), АҚШ-тың Пенсильвания штатындағы Бейтлехем қаласындағы Бейтлехем болат компаниясындағы көмекшілер тобымен бірге Мушет болат сияқты жоғары сапалы құралдық болаттарды жылумен өңдеу бойынша тәжірибелер сериясын жүргізді. Олардың тәжірибелері ғылыми эмпиризммен сипатталды, себебі көптеген әртүрлі комбинациялар жасалып, сынақтан өтті, дәстүрлі көзқарас немесе алхимиялық рецепттерге ешқандай мән берілмеді және әрбір партияның толық жазбалары сақталды. Нәтижесінде, қолданыстағы қорытпаларды жоғары температурада да қатайлығын сақтай алатын, машинамен өңдеу кезінде жылдамдық пен кесу жылдамдығын арттыратын жаңа болат түріне айналдыратын жылумен өңдеу процесі пайда болды. Тейлор-Уайт процесі патенттелді және машина жасау саласында революция жасады. Жаңа болаттың толық артықшылықтарын пайдалану үшін жоғары қаттылыққа ие, ауыррақ машина құралдары қажет болды, бұл орнатылған зауыт машиналарын қайта жобалауға және ауыстыруға себеп болды. Патентке қарсы талас ашылып, ол күшін жойды. Жоғары жылдамдықты болат ретінде ресми түрде жіктелген алғашқы қорытпа 1910 жылы енгізілген AISI T1 белгісімен танылды. Оны 20 ғасырдың басында Crucible Steel Co. компаниясы патенттеді.

Түрлері

Жоғары жылдамдықты болаттар – көміртекті болатқа түрлі қорытпа металдар қосылып жасалған қорытпалар, олардың қасиеттері әдетте вольфрам және молибден немесе олардың комбинациясы, сондай-ақ басқа қорытпалардың болуымен анықталады. Олар Fe–C–X көп компонентті қорытпа жүйесіне жатады, мұнда X – хром, вольфрам, молибден, ванадий немесе кобальтты көрсетеді. Әдетте, X компоненті 7%-дан астам, ал көміртегі 0,60%-дан астам болады. Бірыңғай нөмірлеу жүйесінде (UNS) вольфрам типтері (мысалы, T1, T15) T120xx сериясында, ал молибден (мысалы, M2, M48) және аралық типтер T113xx сериясында нөмірленеді. ASTM стандарттары 7 вольфрам және 17 молибден типін мойындайды. Вольфрам мен молибденнің шамамен 10% қосылуы жоғары жылдамдықты болаттардың қаттылығы мен беріктігін ең тиімді деңгейге дейін арттырады және металдарды кесу кезінде туындайтын жоғары температурада осы қасиеттерді сақтайды. + Көбінесе қолданылатын жоғары жылдамдықты болат маркаларының қорытпа құрамының үлгісі (% салмақтық) (қоспа шектері көрсетілмеген) Марка С Cr Mo W V Co Mn Si T1 0,65–0,80 4,00 18 1 0,1–0,4 0,2–0,4 M1 0,80 4 8 1,5 1,0 M2 0,85 4 5 6,0 2,0 M7 1,00 4 8,75 1,75 2,0 M35 0,92 4,3 5 6,4 1,8 5 0,35 M42 1,10 3,75 9,5 1,5 1,15 8,0 M5 0,85 4 4,25 1,0 1,0

Молибденді жылдамдықты болаттар (ХСБ)

Молибден, вольфрам және хром болаттарын біріктіру арқылы 63-65 Роквелл С қаттылығы бар "HSS" деп аталатын бірнеше қорытпалар жасалады. M1 M1, M2-нің қызыл қаттылық қасиеттерінің бір бөлігіне ие болмаса да, соққыға төзімділігі артық және көбірек иіледі. M2 M2 – өнеркәсіпте ең көп қолданылатын HSS. Оның кішкентай және тегіс таралған карбидтері тозуға жоғары төзімділік береді, бірақ көмірсусыздануға сезімталдығы біршама жоғары. Жылулық өңдеуден кейін оның қаттылығы T1-ге тең, бірақ иілу беріктігі жоғарырақ, ал беріктігі мен термопластикалық қасиеттері T1-ден 50%-ға артық. Әдетте бұрғылар, резьбелер және калибрлер сияқты әртүрлі құралдарды жасау үшін қолданылады. 1.3343 – ISO 4957 стандартында белгіленген M2 материалының сандық коды. M7 M7 икемділік пен бұрғының қызмет ету мерзімі маңызды болатын ауыр құрылыс бұрғыларын жасауға қолданылады. M50 M50-де вольфрамды HSS-дің басқа маркаларындағы қызыл қаттылық жоқ, бірақ бұрғының иілуінен сыну проблемасы туғанда бұрғылар үшін өте жақсы. Көбінесе аппараттық дүкендерде және құрылысшылар қолданады. Сондай-ақ жоғары температурада жұмыс істейтін шарлы подшипниктерде де қолданылады.

Кобальттан жасалған жылдамдықты болат

Кобальт қосылуы жылуға төзімділікті арттырады және 70 Роквелл С дейін қаттылыққа жетеді. M35 M35, M2-ге ұқсас, бірақ құрамына 5% кобальт қосылған. M35 кобальт болат, HSSE немесе HSS E деп те аталады. Ол M2-ге қарағанда жылдам кесіп, ұзақ қызмет етеді. M42 M42 – молибдендік серияға жататын жоғары жылдамдықты болат қорытпасы, құрамында қосымша 8% кобальт бар.

Қолданбалар

Жоғары жылдамдықты болаттардың негізгі қолданысы әртүрлі кескіш құралдарды дайындауда: бұрғылар, крандар, фрезерлер, кескіштер, тісті дөңгелектерге арналған кескіштер, ара тістері, рейсмус және фуганок пышақтары, маршрутизаторлар және т.б. Сонымен қатар, пуансон мен қалыптарды жасауда қолданылуы артып келеді. Жоғары жылдамдықты болаттар жоғары қаттылықтағы жеткілікті беріктігімен және жоғары тозуға төзімділігімен бірге, ұзаққа сақталатын кескіш жиекті қажет ететін төмен жылдамдықты қолданбаларға да ыңғайлы болды, мысалы, жұмыршалар, кескіштер, қолмен ұсталатын ұшақ пышақтары, дамаск асүй пышақтары және қалта пышақтары. Ағаш өңдеуде жоғары жылдамдықты болат құралдары ең көп қолданылады, себебі жұмыс дайындамасының жиекке қатысты қозғалу жылдамдығы қолмен ұсталатын құралдар үшін салыстырмалы түрде жоғары, ал HSS жоғары көміртекті болат құралдарға қарағанда жиегін ұзақ сақтайды.