Введение

Подмножество инструментальных сталей

Высокоскоростная сталь (HSS или HS) является подмножеством инструментальных сталей, широко используемым в качестве материала для режущего инструмента. Она часто применяется в ленточных пилах и сверлах. Кроме того, она часто используется для изготовления стамесок для токарной обработки древесины. Высокоскоростная сталь превосходит инструменты из высокоуглеродистой стали тем, что способна выдерживать более высокие температуры, не теряя своей закалки (твердости). Благодаря этому свойству HSS позволяет резать быстрее, чем высокоуглеродистую сталь, что и отражено в названии. При комнатной температуре, после рекомендованной термической обработки, марки HSS обычно демонстрируют высокую твердость (более 60 HRC по Роквеллу) и износостойкость по сравнению с обычными углеродистыми и инструментальными сталями. Существует несколько различных типов высокоскоростной стали, например M42 и M2.

История

В 1868 году английский металлург Роберт Форестер Мушет разработал мушетовскую сталь, считающуюся предшественницей современных быстрорежущих сталей. Она состояла из 2% углерода, 2,5% марганца и 7% вольфрама. Главным преимуществом этой стали было то, что она затвердевала при охлаждении на воздухе от температуры, при которой большинство сталей требовали закалки для упрочнения. В течение следующих 30 лет наиболее значительным изменением стала замена марганца хромом. В 1899 и 1900 годах Фредерик Уинслоу Тейлор и Маунсел Уайт (родившийся как Маунсел Уайт III; 1856–1912; внук Маунсела Уайта; 1783–1863), работая с командой помощников в компании Bethlehem Steel Company в Вифлееме, штат Пенсильвания, США, провели серию экспериментов по термической обработке существующих высококачественных инструментальных сталей, таких как мушетовская сталь, нагревая их до значительно более высоких температур, чем обычно считалось допустимым в отрасли. Их эксперименты отличались научным эмпиризмом: было изготовлено и протестировано множество различных комбинаций, без учета общепринятых представлений или алхимических рецептов, и велись подробные записи о каждой партии. Результатом стал процесс термической обработки, который превратил существующие сплавы в новый вид стали, способный сохранять свою твердость при более высоких температурах, что позволяло достигать гораздо более высоких скоростей и производительности резания при обработке. Процесс Тейлора-Уайта был запатентован и произвел революцию в машиностроительной промышленности. Для полного использования преимуществ новой стали требовалось более тяжелое и жесткое оборудование, что привело к перепроектированию и замене установленных станков. Патент был оспорен и в конечном итоге аннулирован. Первым сплавом, официально классифицированным как быстрорежущая сталь, является сплав с обозначением AISI T1, представленный в 1910 году. Он был запатентован компанией Crucible Steel Co. в начале XX века.

Типы

Высокоскоростные стали – это сплавы, которые приобретают свои свойства благодаря различным легирующим металлам, добавляемым к углеродистой стали, как правило, включая вольфрам и молибден, или их комбинацию, часто с другими сплавами. Они относятся к многокомпонентной системе сплавов Fe–C–X, где X обозначает хром, вольфрам, молибден, ванадий или кобальт. Обычно содержание компонента X превышает 7% наряду с более чем 0,60% углерода. В единой системе нумерации (UNS) маркам вольфрамового типа (например, T1, T15) присваиваются номера серии T120xx, а молибденовым (например, M2, M48) и промежуточным типам – T113xx. Стандарты ASTM признают 7 вольфрамовых и 17 молибденовых типов. Добавление в общей сложности около 10% вольфрама и молибдена максимально эффективно повышает твердость и вязкость высокоскоростных сталей и сохраняет эти свойства при высоких температурах, возникающих при обработке металлов резанием. + Пример химического состава распространенных марок высокоскоростных сталей (в % мас.) (пределы примесей не указаны) Марка C 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 M50 0,85 4 4,25 1,0 1,0

Молибденовые скоростные стали (HSS)

Комбинируя молибден, вольфрам и хромистую сталь, создается несколько сплавов, обычно называемых "HSS", с твердостью от 63 до 65 Rockwell C.

M1 M1 лишен некоторых свойств сохраняющих твердость при нагреве, характерных для M2, но менее подвержен ударам и более гибок. M2 M2 – наиболее широко используемая промышленная HSS. Он имеет мелкодисперсные и равномерно распределенные карбиды, обеспечивающие высокую износостойкость, хотя его чувствительность к декарбонизации несколько выше. После термической обработки его твердость соответствует твердости T1, но предел прочности при изгибе может достигать , а прочность и термопластичность выше, чем у T1, на 50%. Обычно используется для изготовления различных инструментов, таких как сверла, метчики и развертки. 1.3343 – числовое обозначение, эквивалентное материалу M2 согласно ISO 4957. M7 M7 применяется для изготовления более мощных строительных сверл, где важны как гибкость, так и увеличенный срок службы. M50 M50 не обладает сохраняющей твердость при нагреве, как другие марки вольфрамовой HSS, но хорошо подходит для сверл, склонных к поломкам из-за изгиба. Обычно используется в розничной торговле и для подрядных работ. Также применяется в высокотемпературных шариковых подшипниках.

Кобальтовые скоростные стали

Добавление кобальта повышает жаропрочность и может обеспечить твердость до 70 по шкале Роквелла C.

M35 M35 аналогичен M2, но с добавлением 5% кобальта. M35 также известен как кобальтовая сталь, HSSE или HSS E. Он режет быстрее и служит дольше, чем M2. M42 M42 – высокоскоростной стальной сплав молибденовой серии с дополнительным содержанием 8% кобальта.

Приложения

Основное применение высокоскоростных сталей по-прежнему связано с производством различных режущих инструментов: сверл, метчиков, фрез, резцов, червячных шестерен, пильных полотен, ножей для фуговальных и строгальных станков, фрезерных резцов и т.д., хотя растет и их использование для штампов и пуансонов. Высокоскоростные стали также нашли применение в производстве тонких ручных инструментов, где их относительно высокая прочность при высокой твердости в сочетании с высокой износостойкостью делают их подходящими для низкоскоростных операций, требующих долговечной и острой режущей кромки, таких как напильники, зубила, ножи для рубанков, а также кухонные и карманные ножи. Инструменты из высокоскоростной стали наиболее популярны при токарной обработке дерева, поскольку скорость перемещения заготовки относительно высока для ручных инструментов, а высокоскоростная сталь сохраняет остроту режущей кромки значительно дольше, чем инструменты из высокоуглеродистой стали.