Все что нужно знать о hss стали за 10 минут

Если вы хотите узнать все о том что это за материал с обозначением HSS (или «ХСС»), где и для чего его применяют, то все это Вы узнаете из нашей статьи. Мы подготовили подробное описание этих сталей, их расшифровки, описали основные характеристики.

включает также группу материалов. Они нужны для изготовления режущих инструментов в широком спектре – от сверл и ножей до фрез и специальных изделий.

Сталь HSS применяется в странах Запада чуть ли не с конца 19 века, но почему? Об этом наша статья.

Что такое сталь hss

Сталь HSS (англ. аббр. high speed steel) класс быстрорежущих сталей, представляет собой целую группу твердосплавных материалов с особыми технологическими свойствами. Основная их особенность – высокое содержание углерода (С), вольфрама (W), молибдена (Мо) и хрома (Cr). Из-за этого твердость стали доходит до 63-64 HRC.

Для сравнения: обычные плоскогубцы имеют до 50 HRC, а гаечные ключи – до 52 HRC.

Функциональное назначение – резание прерывистого типа. В сравнении с другими быстрорежущими сталями они должны применяться на пониженных скоростях. Одно из основных достоинств материалов – мощная прочность и сравнительно низкая цена готового инструмента.

Виды hss сталей

Все материалы с обозначением HSS классифицируются в три большие группы: вольфрамовые, молибденовые и высоколегированные.

Первые не пользуются высокой популярностью – из-за значительной стоимости вольфрама. Из этой группы наибольшим спросом пользуются Т1 и Т15. Все остальные группы имеют более высокую распространенность.

Вольфрамовые стали

Их отличает высокая доля вольфрама – он придает инструменту красностойкость (свойство сохранения твердости при высокой температуре). Обозначаются маркировкой от Т1 до Т15, к примеру:

• Т1 (наиболее близкий аналог по химическому составу и эксплуатационным свойствам – сталь Р18): отличается такими основным характеристиками как прочность, износостойкость, шлифуемость;
• Т2 (или Р18Ф2): для изготовления сверл по легированным сталям;
• Т3 (Р18К5Ф2): для сверл с высокими твердостью и износостойкостью – по высоколегированным и специальным сталям;
• Т15 (Р12Ф5К5): для сверл и других инструментов для обработки износостойких и особо прочных материалов.

Наиболее популярна марка Т15, с легированием ванадием и кобальтом – она интересна при производстве изделий, применяемых при высокой абразивности и повышенных температурах.

Молибденовые hss сверла

Мо (наравне с кобальтом) придает сталям значительную износостойкость и ударную вязкость. Обозначаются маркировкой от М1 до М36, вот основные из них:

• М1: сверла общетехнические;
• М2 (Р6М5): более твердые и теплостойкие режущие кромки;
• М7: для сверл из твердых металлов;
• М35 (Р6М5К5): отличается износостойкостью, вязкостью и шлифуемостью, для сверл по нержавеющим сталям.

Инструмент из них производят с обязательной последующей термообработкой.

Полезная статья: Технологическая карта сварочных работ

Высоколегированные hss сверла

Такие отличаются повышенной твердостью и ударной вязкостью, что дает возможность широко применять их при низких температурах. Обозначаются маркировкой от М41 до М62, например:

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

В группе много уникальных по свойствам материалов. Так, интересна сталь М42: она обладает хорошей триботехнической устойчивостью, применяется для обработки вязких сталей.

Химический состав и характеристики

Маркировка HSS подразумевает существенно более высокие термостойкость и твердость стали. Это делает ее качественно устойчивой к силовым нагрузкам и вибрациям при значительном нагреве.

Горячая твердость

Термин «горячая твердость» означает саму возможность вести механическую обработку другого металла из такой стали, в ходе чего она сильно нагревается и не теряет свои прочностные показатели.

Количественно и качественно это прослеживается с помощью анализа температурных нагрузок:

• высокое содержание углерода позволяет сохранять режущие свойства до 150-200°С, что соответствует непродолжительной обработке;
• при этом твердость у высокоуглеродистых сплавов выше;
• легирование вольфрамом повышает порог температуры, при которой сохраняет способность стали вести обработку – до 500°С и выше.

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

Красностойкость

Параметр «красностойкости» определяет свойство металла сохранять необходимую степень твердости при нагреве до темно-красного цвета (около 600°С и выше). При этом материал должен оставаться износостойким и по-прежнему вести механическую обработку.

Достигаются такие возможности с помощью легирования определенными химическими элементами: кобальтом, вольфрамом, хромом, ванадием, молибденом. Они образуют соответствующие карбиды, которые и определяют твердость при существенном нагреве.

Сложность получения достаточной степени красностойкости – в значительной стоимости требуемой лигатуры.

Полезная статья: Сухая сварка для металла

Сопротивление разрушению

При механической обработке одним из ключевых свойств для режущей кромки является сопротивление разрушению – или устойчивость к хрупкой потере целостности поверхности. Обеспечивается это требование силами высокой прочности, которая создается легированием.

Как следствие, инструмент устойчив к значительному прилагаемому давлению, обеспечивает качественную подачу при резании и отличается высоким КПД.

Примером изделия с высоким сопротивлением разрушению являются сверла HSS CO 8.

Разновидности режущего инструмента

Из сталей HSS выпускается режущий инструмент, рассчитанный на самые разные материалы – стали, чугуны, цветные сплавы. Это – сверла, метчики, плашки, резцы и ряд других, более специфичных, инструментов. Наибольшей популярностью отличаются сверла.

Классифицировать изделие можно по обозначению – на какой материал оно рассчитано и в каких условиях будет применяться (какие свойства гарантирует лигатура). Так, производятся молибденовые, вольфрамовые и высоколегированные HSS стали.

Полезная статья: Как пользоваться жидкой сваркой для металла

Условные обозначения и маркировка hss сталей

Как сплав сложного состава HSS сталь обозначается непривычным для нас образом: у нее отсутствуют буквенные и численные указания на добавленные примеси. Это – основная сложность в планировании обработки и покупке расходного инструмента.

«Привычным» путем можно пойти, если определить химсостав стали по каталогу. При наличии трудностей – сделать пробу или химический анализ, по результатам которых судят о составе и назначении материала.

Фактические характеристики сплава выявляются опытным путем и с помощью статистики. Так, сталь м35 (аналог «нашей» стали Р6М5К5) подходит для резания жаропрочных и высокопрочных сталей. При этом почти гарантированно происходит нагрев режущей кромки, против которого и работает лигатура.

Импортные марки быстрорежущих сталей hss

HSS (high speed steel) поставляется в нескольких основных вариантах:

• HSS, HSS-R: минимальная твердость;
• HSS-G: повышенная твердость для обычных задач (режущая поверхность шлифована нитридами);
• HSS-G-Tin: на поверхность добавлен нитрид титана, который увеличивает твердость и термостойкость (не менее 600°С)%
• HSS-G-TiAn: на поверхность добавлен сложный нитрид алюминия и титана, который увеличивает твердость и термостойкость (не менее 900°С)%
• HSS-E-VAP: особая режущая поверхность рассчитана на резание нержавеющей стали;
• HSS-Е: допускается обработка вязких металлов – благодаря добавлению кобальта.

По этим обозначениям судят о сфере применения сверла.

Таблица общих химических составов HSS сталей. Российские аналоги.

Рассмотрим некоторые марки сталей, которые применяются для сверления металлов.

Существуют устойчивые соотношения между импортными и отечественными марками сталей, к примеру:

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

Ниже в таблице приведем еще некоторые молибденовые стали.

Также и для выскоколенированных.

Особенности термической обработки

Для режущих и быстрорежущих сталей ключевым является изменение внутренней структуры металла. Это позволяет получить требуемые физические, химические и эксплуатационные характеристики, на которых основывается применение инструмента.

Отжиг

В ходе ковки и прокатки металл получает высокую твердость и приличные внутренние напряжения. Первым этапом термообработки является отжиг: он устраняет напряжения и повышает дальнейшую обрабатываемость материала.

Заготовки загружаются в печь, где нагреваются до 850°С с небольшой скоростью (до 200°С в час), после этого охлаждаются вне печи. Для защиты от атмосферного кислорода и потери ценных углерода и лигатуры заготовки отжигают в специальной закрытой таре.

Полезная статья: Чем варить нержавейку в домашних условиях

Закалка

Быстрорежущие стали необходимо подвергнуть закаливанию с последующим отпуском. Температура закалки – около 1250°С: она оптимальна для нейтрализации карбидов, в большом количестве находящихся в металле.

После достижения этого рубежа нагрева сталь охлаждается, в результате чего образуется мартенсит с высоким содержанием ванадия, вольфрама, хрома. Он не будет распадаться при рабочем нагреве режущего инструмента – красностойкость обеспечена.

Отпуск

После закалки сталь HSS обязательно «отпускают» для преобразования аустенита в твердый мартенсит. Выполняется это при 550°С, несколько раз равными промежутками около 1 часа.

Остаточный аустенит начинает переходить в мелкозернистые карбиды, легирование фазы аустенита снижается. При охлаждении до 100°С из него образуется мартенсит, параллельно устраняются внутренние напряжения.

Область применения быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали полезны длительностью и постоянством создаваемой нагрузки с учетом высокой температуры, образующейся при обработке. Поэтому из них удачно создавать такие изделия как:

• сверло, фреза: изготавливаются полностью из HSS стали методом литья;
• резцы: литьем в случае небольшого размера или в виде износостойкой напайки для расходника значительного типоразмера;
• отдельные напайки для ремонта и восстановления режущих расходников для получистовой и чистовой обработки;
• другие фасонные режущие инструменты и их рабочие кромки;
• пиловочные полотна и ножи для более мягких материалов.

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

Полезная статья: Принцип работы сварочного трансформатора

Лучшие производители

Как и прочий инструмент, режущие изделия важно подбирать не только по характеристикам, но и от проверенного производителя. Сегодня оптимальные варианты такие:

• советский производитель: мощь и не убиваемая прочность, рассчитанные на оборонные изделия, но найти их в приличном качестве все сложнее, к тому же возможно это только на рынках, их обозначения есть в справочниках;
• «ЗУБР»: отличается приятным балансом цены и качества, выпускается как поштучно, так и наборами;
• BOSCH: гарантия высокого качества при любом типоразмере, может иметь высокую цену, но качество себя оправдывает.

Есть множество других (в т.ч., и русских), но каждая покупка всегда является лотереей, а маркирование не всегда быстро распознается.

Разновидности и маркировки hss сверл

Сверла выпускаются с обозначением химсостава и свойств материала, расшифровку которого возможно узнать только из каталога производителя – по условному обозначению на хвостовике.

Маркировка

На самом сверле по металлу указываются диаметр (в мм) и условная маркировка. Выглядит это как аббревиатура или просто цифры.

Сюда закладываются также область применения (материалы и условия сверления) и технология изготовления – для общего представления об инструменте.

Особенности работы сверлами hss

Сверла по металлу HSS нуждаются в особом подходе:

• корректный подбор диаметра и типа с учетом свойств материала заготовки;
• подбор оборотов и скорости резания;
• обеспечение отсутствия биения и излишних ударных нагрузок;
• задействовать только рекомендуемые производителем смазочно-охлаждающие жидкости;
• применять только по предписанному назначению и в подходящем оборудовании.

Под такие расходники необходимо подстраивать технологию производства: выверять температуру и другие параметры режима резания.

Полезная статья: А вы знаете сколько атмосфер в кислородном баллоне?

Чем отличаются hss сверла от твердосплавных моделей

Главное различие – в технологии производства материала:

• сталь (в том числе и HSS) получают посредством добавления специальных добавок, в результате чего изменяется структура металла, повышается прочность;
• сплав представляет собой композит, получаемый с помощью частиц с минимальными размерами – это карбиды вольфрама, титана, тантала и т.д.

Стали более пригодны к эксплуатации в сложных условиях, твердые сплавы «боятся» вибрации, долгого воздействия высокой температуры и динамических нагрузок.

Если у Вас остались вопросы, то Вы можете задать их в комментариях или в специальном разделе «задать вопрос эксперту»