HSS ocel – hlavní charakteristiky, vlastnosti, třídy ocelí a značky

HSS (High Speed ​​​​Steel) – označuje skupinu rychlořezných ocelí, v překladu ocel pro práci ve vysokých rychlostech. HSS ocel se používá k výrobě široké škály různých nástrojů pro obrábění kovů. To zahrnuje spirálové vrtáky, jádrové vrtáky, stupňovité vrtáky, frézy, záhlubníky, závitníky, matrice, nože a pilové kotouče.

Rychlořezná ocel se vyrábí klasickým způsobem – litím oceli do ingotů, následným válcováním a kováním, dále práškovou metalurgií – zde je proud tekuté oceli rozstřikován dusíkem. Oceli HSS jsou považovány za vysoce uhlíkové, obvykle nástroje z HSS oceli mají tvrdost 62-64 HRC. Hlavní výhodou oproti tvrdokovovým nástrojům je odolnost a nižší cena nástrojů. HSS ocel funguje dobře při přerušovaném řezání; použití HSS může být omezeno nízkou řeznou rychlostí ve srovnání s karbidovými slitinami.

Co je HSS ocel

Zkratka HSS pochází z anglického slova High Speed ​​​​Steel. Používá se při výrobě různých nástrojů pro práci s kovovými výrobky. K výrobě se používá klasický způsob lití do ingotů s následným válcováním a kováním. Používají také práškovou metodu – postřik proudu tekuté oceli dusíkem.

Slitiny HSS patří do skupiny s vysokým obsahem uhlíku, přičemž některé druhy obsahují v určitých množstvích wolfram. Tvrdost nástrojů vyrobených z tohoto materiálu odpovídá 62-64 jednotkám na stupnici HRC.

Výrobky z rychlořezné oceli jsou vysoce odolné a jsou v dostupné cenové relaci.

Oblast použití rychlořezných ocelí

Složení materiálu určuje oblast použití a výkonnostní charakteristiky. Nástroje vyrobené z tohoto kovu vydrží dlouhodobé používání.

Čtěte také: Co je povrchové kalení oceli? K čemu slouží povrchové kalení?

• pro výrobu vrtáků složitých tvarů a provedení získaných odléváním;
• při výrobě břitů fréz pro zvýšení odolnosti proti opotřebení;
• pro tváření pájení řezných nástrojů;
• pro výrobu fréz, záhlubníků, závitníků, zápustek, nožů nebo pilových kotoučů.

Druhy HSS ocelí

HSS oceli se dodávají ve třech kategoriích:

• wolfram (T1-T15);
• molybden (M1-M36);
• vysoce legovaná (M41-M62).

Oceli patřící do skupiny wolframu nejsou v dnešní době populární kvůli vysokým nákladům na wolfram.

Nejčastěji se používají slitiny T1 a T15 s přídavkem kobaltu a vanadu. Ocel T15 se používá k výrobě nástrojů, které musí pracovat při vysokých teplotách a zvýšeném opotřebení.

Wolfram

Skupina wolframu je známá pro čtyři typy oceli:

1. T1 (analogový – P18). Má vysokou pevnost, odolnost proti opotřebení a brousitelnost. Používá se pro vrtáky a další nástroje, které se nejčastěji používají pro zpracování legovaných a uhlíkových ocelí.
2. T2 (analogový – R18F2). V této slitině dosahuje obsah vanadu 2 %. Vyrábí se z něj polodokončovací a dokončovací vrtáky pro zpracování středně legovaných ocelí.
3. T3 (analogový – R18K5F2). Slitina obsahuje: wolfram – 18 %, kobalt – 5 %, vanad – 2 %. Nástroje vyrobené z této slitiny se vyznačují zvýšenou odolností proti opotřebení a tvrdostí, ale mají nízkou brousitelnost. Vrtáky se nejčastěji používají pro práci s obrobky z korozivzdorných, vysokopevnostních a žáruvzdorných slitin.
4. T15 (analogový – R12F5K5). Obsahuje: wolfram – 12 %, kobalt – 5 %, vanad – 5 %. Nástroje mají vysokou pevnost, odolnost proti opotřebení a viskozitu. Používají se především pro vrtání těžkoobrobitelných materiálů.

Obsah wolframu dává vyrobenému nástroji červenou tvrdost, která umožňuje zachovat tvrdost a ostrost řezné hrany při zvýšených teplotách.

Molybden

Skupina molybdenu je rozšířenější. Slitiny také obsahují kobalt a wolfram.

Oceli obsahující komponenty jako uhlík a vanad vykazují odolnost proti opotřebení během broušení.

Výrobky, které si zachovávají zvýšenou tvrdost během provozu za vysokých teplot, jsou vyrobeny z molybdenové oceli jakosti M41 a vyšší. Nástroje s vysokou rázovou houževnatostí při nízkých teplotách jsou vyráběny ze slitin molybdenu s následným tepelným zpracováním.

• M1. Obsah molybdenu: 8 %. Používá se pro univerzální nástroje. Vrtáky jsou pružné a odolné vůči zatížení, ale jejich červená tvrdost je výrazně nižší než u jiných značek.
• M2 (analogový – P6M5). Složení slitiny: wolfram – 6 %, molybden – 5 %. Má dostatečnou pevnost, tvrdost a tepelnou odolnost. Během provozu jsou řezné hrany nástroje déle zachovány.
• M3 (analogový – R6M5F3). Obsahuje 3% vanadu. Nástroj vyrobený z této oceli má nízkou odolnost proti opotřebení při broušení.
• M7. Složky ve složení: wolfram – 1,75%, vanad – 2%, molybden – 8,75%. Slitina se používá k výrobě vrtáků, které jsou potřebné pro práci s tlustými plechy a tvrdými kovy.
• M35 (analogový – R6M5K5). Kompozice obsahuje 5% kobaltu, molybdenu, wolframu a také malé množství křemíku, niklu a manganu. Výhodou slitiny je její viskozita, dobrá brousitelnost, tepelná odolnost a odolnost proti opotřebení. Vrtáky se používají při zpracování výrobků z nerezavějících a vylepšených legovaných ocelí za předpokladu, že je řezná hrana vysoce zahřátá.

Vysoká slitina

Vysoce legované slitiny patří do skupiny molybdenu. Oceli, které prošly speciálním tepelným zpracováním, se používají k výrobě nástrojů se zvýšenou rázovou houževnatostí a schopností pracovat v chladných podmínkách.

• M74 (analogový – P2AM9K5). Obsahuje: molybden – 9 %, kobalt – 4,7-5,2 %. Vyznačuje se zvýšeným sklonem ke ztrátě uhlíku, přehříváním při kalení a sníženou brousitelností. Nástroje vyrobené z této slitiny se používají pro obrobky z nerezových a vylepšených legovaných ocelí.
• M42. Obsah slitiny: kobalt – 8 %, molybden – 9,5 %. Vrtáky jsou odolné proti oděru. Nástroje se používají pro zpracování složitých a viskózních kovů.

symboly

Označení zahraničních výrobců zcela neodhaluje chemické složení HSS oceli, ze které jsou výrobky vyrobeny. Konkrétnímu nástroji je přiřazena konkrétní úloha, která je popsána v katalogu. Další podrobnosti lze zjistit stanovením chemického složení, to lze provést pomocí přenosného analyzátoru kovů, nebo experimentálním testováním výrobků. Takové značení samozřejmě může vyhovovat bezohlednému výrobci, který může na vrtáku uvádět HSS ocel, ale nesplňuje potřebné požadavky. Níže jsou uvedeny hlavní značky, které charakterizují materiál, ze kterého je nástroj vyroben, a rozsah jeho použití.

Čtěte také: Třída oceli C255 – dekódování, vlastnosti a složení

(nebo jednoduše HSS) je označení na výrobcích, které prošly válcováním a tepelným zpracováním. Takové výrobky mají nejnižší trvanlivost.

– označení na výrobcích, které jsou vyrobeny z HSS ocelí, řezná část je broušena CBN (kubický nitrid boru). Výrobky mají zvýšenou odolnost a menší radiální házení. Nástroje HSS-G jsou nejběžnější a používají se k řešení standardních problémů.

– kobalt se přidává do výrobků z HSS oceli typu M35. Používá se při práci na viskózních a složitých materiálech. Existují také taková označení jako HSS Co 5 a HSS Co 8, která udávají obsah kobaltu 5 a 8 %

– toto označení označuje ukládání nitridu titanu. Tento povlak umožňuje zvýšit tvrdost povrchu o cca 2300 HV a tepelnou odolnost až do 600°C.

— povrch výrobků potažený nitridem titanu a hliníku. Tento povlak umožňuje zvýšit tvrdost povrchu o cca 3000 HV a tepelnou odolnost až do 900°C.

HSS-E VAP – VAP

-používá se pro zpracování nerezových ocelí (V2A a V4A). Získává se „odpařením“ oxidové nekovové vrstvy. Tím se snižuje přilnavost třísek obrobku k povrchu nástroje, což může vést k selhání výrobku. Díky tomu se zlepšuje kvalita povrchu a díky VAP se zlepšuje přilnavost chladicí kapaliny k povrchu nástroje.

Charakteristika tepelné odolnosti uhlíku a červené odolnosti rychlořezných nástrojových ocelí
ocel	Teplota, °C	Doba expozice, hodina	Tvrdost, HRCэ
U7, U8, U10, U12	150-160	1	63
R9	580	4
U7, U8, U10, U12	200-220	1	59
Р6М5,Р6М5К5, Р9, Р9М4К8, Р18	620-630	4

Charakteristika rychlořezných ocelí

Při výčtu charakteristik je nutné vzít v úvahu, že vytvořený materiál je nezbytný pro provoz řezných zařízení při vysokých rychlostech tření, které vznikají při procesu řezání. Rychlořezné oceli mají zvýšenou tvrdost a lze je použít při práci vyžadující vysoké rychlosti.

Tvrdost za tepla

Při použití řezných nástrojů se během provozu neustále vytváří teplo, přičemž asi 80 % je vynaloženo na ohřev nástroje. Zvyšuje se teplota břitu a dochází k popouštění materiálu, což vede ke snížení jeho tvrdosti. Rychlořezná ocel si však zachovává své vlastnosti i při zahřátí na 500-600°C.

Červená stálost

Ukazatel, který bere v úvahu časové období, během kterého ocel vydrží zvýšené teploty, aniž by se změnily její výkonnostní charakteristiky. Zvýšená hodnota tření vede k zahřívání kovu, což způsobuje změny v krystalové mřížce. V důsledku toho se některé vlastnosti rychlořezné oceli výrazně mění.

Čtěte také: Chemické složení a jeho vliv na strukturu a vlastnosti SC 20

Odolnost proti lomu

Materiál používaný k výrobě řezných nástrojů musí mít vysoké mechanické vlastnosti – odolnost proti křehkému lomu. Vysoká pevnost slitiny poskytuje řezacímu zařízení odolnost vůči vysoké síle, posuvu a hloubce řezu, což následně vede ke zvýšení produktivity procesu.

Pár slov o práškové oceli

V popisech výše jste si mohli všimnout zkratky CPM u některých názvů oceli. V ruštině lze tuto zkratku přeložit jako Crucible Powder Metallurgy. Crucible je název americké značky, která vyrábí nástrojové oceli výjimečné kvality.

Společnost používá speciální technologii, která zpracovává roztavenou ocel na jemný prášek. Lisuje se do předem připravených forem, ve kterých se následně peče. Do takového prášku je snadné přidávat různé přísady, což umožňuje vyrábět ocel s určitými výkonnostními parametry.

Vlastnosti tepelného zpracování

Výsledkem vysokoteplotního zpracování rychlořezných ocelí je změna struktury materiálu pro získání určitých fyzikálních a mechanických vlastností požadovaných při práci s daným nástrojem.

Žíhání

HSS ocel získává zvýšenou tvrdost a vnitřní pnutí po procesu válcování a kování. V tomto ohledu jsou polotovary předem žíhány. Žíhání uvolňuje vnitřní pnutí v materiálu, zlepšuje obrobitelnost a připravuje jej na kalení.

Proces žíhání probíhá při teplotě asi 850-900 °C. Je však třeba dávat pozor na nadměrné zvýšení teploty a doby zdržení, protože to může způsobit, že ocel bude ještě tvrdší. Vzhledem k nízké tepelné vodivosti slitiny se ohřev provádí pomalu a rovnoměrně.

Produkty se vkládají do pece při teplotě 200-300°C, přičemž následné zahřívání se zvyšuje rychlostí 150-200°C/hod. Proces končí pomalým chlazením: nejprve v peci na 650 °C a poté na pokojovou teplotu pod širým nebem.

Pro ochranu před oduhličením se žíhání provádí v uzavřených boxech s neutrálním prostředím.

Strojírenské závody podrobují malý počet polotovarů izotermickému žíhání. Krátce se zahřejí na 880-900 °C a poté se přenesou na 720-730 hodiny do pece s teplotou ne vyšší než 2-3 °C. Pro ochranu před vznikem nadměrného vnitřního pnutí jsou obrobky ochlazeny v peci na 400-450 °C a poté ponechány na vzduchu.

Konvenční žíhání trvá déle než izotermický proces. Následně polotovary procházejí mechanickým opracováním a následně je nástroj podroben finálnímu procesu tepelného zpracování – kalení a popouštění.

Kalení

Nástroje vyrobené z rychlořezné oceli se kalí při teplotách nad 1300°C. Po procesu kalení probíhá vícenásobné popouštění při 550-560 °C. Tato teplota je nezbytná pro rozpuštění velkého množství karbidů v austenitu pro získání vysoce legovaného austenitu.

Při dalším ochlazení se získá vysoce legovaný martenzit, který obsahuje velké množství wolframu, vanadu a chrómu. Martenzit se nerozpadá při zahřátí na 600 °C, což dává rychlořezné oceli červenou tvrdost.

Pro dosažení vysokých hodnot červené tvrdosti musí být teplota během kalení velmi vysoká. Existuje však hranice, nad kterou rychlořezná ocel začíná rychle růst zrna a tavit se.

Dovolená

Kalená rychlořezná ocel musí projít procesem popouštění. Při teplotě 550-560 °C se provádí vícenásobný proces v intervalech 1 hodiny. Účelem temperování je přeměna austenitu na martenzit. Rychlořezná ocel prochází dvěma vnitřními procesy:

1. Při zahřátí a následném temperování se ze zbytkového austenitu uvolňuje drcený karbid. V důsledku toho se snižuje legování austenitu, což usnadňuje snadnou přeměnu na martenzit.
2. Při chlazení na 100-200°C vzniká martenzit. Tím se také uvolní vnitřní pnutí, které vzniká při otužování.

V dnešní době je nejběžnějším procesem používaným v továrnách zrychlené popouštění oceli, které probíhá za zvýšených teplot.

Zlepšení vlastností výrobků z HSS oceli

Pro dosažení tvrdosti materiálu, odolnosti proti opotřebení a odolnosti proti korozi je povrch nástrojů podroben dodatečné úpravě. Mezi tyto metody patří:

1. Nitridace. Nasycení povrchové vrstvy dusíkem se provádí v plynném prostředí sestávajícím z 80 % dusíku a 20 % amoniaku nebo 100 % amoniaku. Technologický proces trvá od 10 do 40 minut při teplotě 500-600 °C a vede ke zpevnění povrchové skořepiny.
2. Kyanidace. Nasycení se provádí v kapalném nebo plynném médiu sestávajícím z chemického prvku – zinku. Vysokoteplotní kyanidační proces trvá od 5 do 45 minut při teplotě 800-900 °C. Nízkoteplotní proces probíhá při 500-600 °C a poskytuje nástroji odolnost proti opotřebení a vysokou tvrdost.
3. Sulfidace. Nasycení povrchů ocelových výrobků sírou se provádí při 550-600 °C zahříváním v sirných dusíkatých solích po dobu 2-3 hodin. V důsledku procesu se zvyšuje odolnost ocelových výrobků proti opotřebení.

Podstatou chemicko-tepelného zpracování je pronikání různých chemických prvků do atomové krystalové mřížky železa ohřevem ocelových dílů v prostředí nasyceném potřebnými prvky.

Rychlořezné legované oceli jsou určeny pro výrobu kovoobráběcích nástrojů, které se používají při práci při vysokých rychlostech. Slitiny HSS se vyznačují schopností udržovat odolnost proti opotřebení a odolnost proti destrukci při zvýšených teplotách. Přídavek molybdenu, wolframu, kobaltu a vanadu do oceli zajišťuje červenou tvrdost a tvrdost za tepla.

Jaký je rozdíl mezi HSS vrtáky a monolitními karbidovými modely?

V první řadě se HSS vrtáky od tvrdokovových liší technologií výroby materiálu.

1. Rychlořezná ocel se vyrábí přidáním wolframu, chrómu, molybdenu a dalších složek do uhlíkové oceli. HSS vrtací materiál má vysokou pevnost.
2. Karbid je kompozitní materiál vyrobený technologií práškové metalurgie. Skládá se z částic o velikosti mikronu. Hlavní složkou je karbid wolframu. Mezi další materiály patří karbid titanu, karbid tantalu atd.

Tvrdokovové nástroje z HSS vrtáků se vyznačují vyšší tvrdostí a tepelnou odolností. Tvrdé slitiny však mají nižší pevnost. Bojí se vibrací a silového zatížení. To neumožňuje použití tvrdokovových vrtáků pro přerušované obrábění obrobků při vysokých rychlostech.

Kvůli složité výrobní technologii jsou tvrdokovové nástroje drahé. Ceny vrtáků z rychlořezné oceli jsou výrazně nižší.

Vrták 19,0×198 mm c/v do kovu soustružený do Ø13 HSS-R RUKO art. 200190 1 105 s.

Čtěte také: Klasifikace vad: koroze kovů, ohyb, svařování, šroubové a nýtované spoje

Vrták 19,5×198 mm c/v do kovu soustružený do Ø13 HSS-R RUKO art. 200195 1 204 s.

Vrták 20,0×205 mm c/v do kovu soustružený do Ø13 HSS-R RUKO art. 200200 1 279 s.

Vrták 22,0×205 mm c/v do kovu soustružený do Ø13 HSS-R RUKO art. 200220 1 891 s.

Vrták 24,0×205 mm c/v do kovu soustružený do Ø13 HSS-R RUKO art. 200240 2 419 s.

Vrták 25,0×205 mm c/v do kovu soustružený do Ø13 HSS-R RUKO art. 200250 2 585 s.