Katalog stali szybkotnących

Kliknij na dowolny produkt, aby zobaczyć szczegóły

Czym jest stal szybkotnąca

Stal szybkotnąca (HSS) to złożony stop na bazie żelaza, specjalnie zaprojektowany do obróbki materiałów z dużymi prędkościami skrawania. Podczas obróbki metali z dużą prędkością powstają wysokie temperatury, które powodują utratę twardości i właściwości skrawających zwykłej stali. Stal szybkotnąca nie traci jednak twardości nawet po nagrzaniu do temperatury bliskiej rozżarzeniu do czerwoności i zachowuje dobrą twardość skrawania.

Skład i pierwiastki stopowe

Stale narzędziowe szybkotnące składają się głównie z węgla, chromu, wanadu, molibdenu lub wolframu, lub ich kombinacji, a czasami ze znacznych ilości kobaltu. Całkowita zawartość stopu w stalach szybkotnących waha się zazwyczaj od 20% do 40%. Wszystkie stale szybkotnące, zarówno molibdenowe, jak i wolframowe, zawierają około 4% chromu. Różnorodne pierwiastki stopowe w stali szybkotnącej są kluczowymi czynnikami decydującymi o jej hartowności, wysokiej odporności na zużycie, odporności na mięknięcie termiczne i doskonałej ciągliwości, co czyni ją idealną do przemysłowych operacji skrawania.

Kluczowe elementy stopowe i ich wpływ obejmują:

• Wolfram (W)Seria T stali HSS zawiera wolfram 12% do 20%, a także chrom, wanad i kobalt jako inne główne pierwiastki stopowe. Wolfram jest bardzo silnym pierwiastkiem węglikotwórczym, a jego znaczna ilość pozwala uzyskać duże ilości węglików stopowych odpornych na wysokie temperatury, znacznie zwiększając odporność na zużycie i „czerwoną twardość”. Wczesny popularny gatunek, 18-4-1 (T1), zawiera około 18% wolframu.
• Molibden (Mo)Seria M zawiera od około 3,5% do 10% molibdenu, a chrom, wanad, wolfram i kobalt to pozostałe pierwiastki stopowe. Molibden, podobnie jak wolfram, jest silnym węglikotwórcą i znacząco przyczynia się do odporności na odpuszczanie oraz utrzymania wysokiej twardości w temperaturach skrawania („twardość czerwona”). Gatunki molibdenowe są generalnie tańsze i charakteryzują się wyższą odpornością na ścieranie oraz mniejszymi odkształceniami podczas obróbki cieplnej niż stale serii T.
• Chrom (Cr)Wszystkie stale szybkotnące zawierają około 4% chromu. Chrom tworzy węgliki (np. M23C6 i M7C3), które łatwo rozpuszczają się i rozpuszczają w typowych temperaturach obróbki cieplnej, co sprzyja hartowności. Poprawia również odporność na tworzenie się zgorzeliny w wysokich temperaturach obróbki.
• Wanad (V)Zawartość wanadu w stali szybkotnącej (HSS) jest zmienna i zazwyczaj wraz ze wzrostem zawartości wanadu wzrasta również zawartość węgla. Wanad jest bardzo silnym węglikotwórcą i tworzy bardzo twarde, odporne na ścieranie węgliki MC. Zwiększenie zawartości wanadu zapewnia większą odporność na zużycie i twardość na gorąco. Węglik wanadu działa również jako środek rozdrabniający ziarno.
• Kobalt (Co):Kobalt jest dodawany do niektórych gatunków stali szybkotnących (HSS) w celu poprawy skrawalności i jest głównym składnikiem stopowym w niektórych stalach serii T i M. Jego głównym efektem jest zwiększenie twardości na gorąco, co poprawia wydajność skrawania, gdy narzędzia osiągają wysokie temperatury podczas skrawania. Kobalt podwyższa temperaturę topnienia i może podwyższać temperatury obróbki cieplnej. Chociaż zwiększa twardość w stanie czerwonym, dodatki kobaltu nieznacznie zwiększają kruchość stali narzędziowych szybkotnących. Kobalt nie tworzy węglików, ale wzmacnia efekt utwardzania wydzieleniowego innych pierwiastków stopowych.
• Węgiel (C)Wysoka zawartość węgla jest kluczowa dla uzyskania twardej osnowy martenzytycznej i formowania węglików pierwotnych, co zapewnia odporność na ścieranie. Zawartość węgla waha się zazwyczaj od 0,70% do 1,5%. Gatunki o niskiej zawartości węgla są bardziej wytrzymałe, natomiast gatunki o wysokiej zawartości węgla oferują wyższą twardość i odporność na zużycie.
• Azot (N)Azot jest zazwyczaj obecny w stopach HSS topionych w powietrzu w ilościach od 0,02% do 0,03%. Celowe zwiększenie zawartości azotu do 0,04–0,05% przy wyższej zawartości krzemu może nieznacznie zwiększyć maksymalną możliwą do uzyskania twardość po odpuszczeniu i zmienić morfologię węglika.

Obróbka cieplna

1. AustenityzowaniePo podgrzaniu stali szybkotnącej do około 840°C ferryt przekształca się w austenit, a niektóre węgliki stopowe mogą się rozpuścić. Po podgrzaniu do temperatury 1120°C lub wyższej wszystkie węgliki M23C6 ulegają rozpuszczeniu, a węgliki M6C i MC do 50% również mogą się rozpuścić. Powoduje to rozpuszczenie węgla w osnowie austenitu, zapewniając niezbędną zawartość stopu i węgla dla hartowności, twardości na gorąco i odporności na odpuszczanie.
2. GaszeniePo austenityzacji stal HSS można schłodzić w nieruchomym powietrzu do niemal maksymalnej twardości, ale często hartuje się ją w ciepłym oleju w celu szybszego odprowadzenia ciepła i uzyskania wyższych poziomów twardości. Hartowanie przekształca większość austenitu wysokowęglowego w martenzyt, ale część austenitu może pozostać.
3. OdpuszczanieOstateczna mikrostruktura po odpuszczaniu składa się głównie z odpuszczonego martenzytu i dobrze rozłożonych twardych węglików. Stal szybkotnąca jest stalą hartowaną wtórnie. Wielokrotne odpuszczanie może przekształcić austenit szczątkowy w martenzyt.

Właściwości

1. TwardośćTwardość to opór na penetrację twardym diamentem wgłębnikiem, mierzony w temperaturze pokojowej. Stal szybkotnąca (HSS) zazwyczaj zawiera wystarczającą ilość węgla, aby umożliwić hartowanie do twardości 64 HRC. Stale szybkotnące ogólnego przeznaczenia, takie jak M1 i M7, są zazwyczaj poddawane obróbce cieplnej do twardości 64-66 HRC, podczas gdy stale szybkotnące zawierające kobalt zazwyczaj osiągają twardość 65-67 HRC. Stale superszybkie, szczególnie seria M40, można poddać obróbce cieplnej do twardości 70 HRC.
2. Twardość na gorąco (twardość czerwona). Jest to zdolność stali do zachowania wysokiej twardości w podwyższonych temperaturach. Zwiększają ją przede wszystkim kobalt, wanad i molibden. Narzędzia HSS zachowują ostrą krawędź skrawającą do temperatur około 650°C (1200°F).
3. Odporność na zużycieJest to odporność na ścieranie. Jest ona silnie uzależniona od twardości i składu osnowy, wydzielonych węglików wtórnych (M2C i MC) oraz objętości i charakteru nadmiaru węglików stopowych. Wyższa twardość zazwyczaj przekłada się na wyższą odporność na zużycie, szczególnie w warunkach obróbki ściernej.
4. WytrzymałośćStal szybkotnąca HSS charakteryzuje się zazwyczaj dobrą wytrzymałością, co pozwala na jej efektywne wykorzystanie w przemysłowych procesach skrawania. Jest ona wyraźnie bardziej wytrzymała niż materiały węglikowe, zwłaszcza w zastosowaniach wymagających cięcia przerywanego. Jednakże, wyjątkowo wysoka twardość i wysoka zawartość węglika mogą obniżać wytrzymałość w porównaniu z innymi stalami narzędziowymi. Stal szybkotnąca P/M HSS oferuje lepszą wytrzymałość dzięki równomiernemu i drobnemu rozkładowi węglika.
5. Hartowność. Stal HSS twardnieje tak głęboko, że prawie każdy spotykany w handlu przekrój będzie miał jednolitą twardość od środka do powierzchni.

Klasyfikacje

Tutaj korzystamy z Amerykańskiego Instytutu Żelaza i Stali (AISI) klasyfikacja.

1. Seria T (stale narzędziowe szybkotnące z wolframem): Stale te zawierają wolfram 12% do 20% i są oznaczone literą „T”. T1, znana również jako 18-4-1 (18% W, 4% Cr, 1% V), jest klasycznym przykładem. Stal T1 nie zawiera molibdenu ani kobaltu. Stale wolframowe na bazie kobaltu mają zakres od T4 do T15 i zawierają różne ilości kobaltu.
2. Seria M (stale narzędziowe szybkotnące z molibdenem): Stale te zawierają od około 3,5% do 10% molibdenu i są oznaczane literą „M”. Stale serii M są generalnie tańsze, charakteryzują się wyższą odpornością na ścieranie i mniejszymi odkształceniami podczas obróbki cieplnej niż stale serii T. Do popularnych stali molibdenowych ogólnego przeznaczenia należą M1, M2 i M7.

Powłoki

Stale narzędziowe szybkotnące można pokrywać azotkiem tytanu, węglikiem tytanu i innymi powłokami metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD), co poprawia wydajność i wydłuża żywotność narzędzia. Metoda PVD jest preferowana w porównaniu ze starszą metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) w przypadku stali szybkotnących (HSS), ponieważ działa w niższych temperaturach i eliminuje potrzebę późniejszej obróbki cieplnej.

Aplikacje

Stale narzędziowe szybkotnące są szeroko stosowane do produkcji najpopularniejszych rodzajów narzędzi skrawających. Należą do nich:

• Narzędzia tokarskie jednoostrzowe (ostrza narzędziowe, noże tnące, płytki).
• Wiertła, rozwiertaki, gwintowniki, frezy, frezy trzpieniowe, frezy ślimakowe, piły i przeciągacze.
• Narzędzia do ciężkiej obróbki lub obróbki z dużą prędkością.
• Narzędzia formularzy.
• Matryce do formowania na gorąco, wykrawanie precyzyjne i inne zastosowania w zakresie formowania na zimno i na gorąco.
• Zastosowania łożysk (np. łożyska lotnicze).
• Elementy konstrukcyjne o dużym obciążeniu i wysokiej temperaturze.
• Narzędzia specjalne wymagające określonych właściwości, np. przeciąganie rowków ewolwentowych w przekładniach samochodowych ciężarowych.

Często zadawane pytania