+7 (495) 687-96-95
info@temp-bp.ru
Что такое HSS сталь
HSS — это один из самых известных и востребованных материалов в мире инструментального производства. Аббревиатура расшифровывается как High Speed Steel («быстрорежущая сталь»). Уже в названии отражается её ключевая особенность — способность сохранять твёрдость и режущие свойства при высоких скоростях обработки и нагреве.
Что такое HSS
High Speed Steel — это группа инструментальных сталей, позволяющих в разы увеличить производительность станков, сделать возможным массовое производство точных деталей. Группа специально разработана для работы на высоких скоростях резания. Главное отличие HSS от обычных углеродистых или легированных сплавов — «красностойкость» — способность сохранять твёрдость и режущие свойства даже при нагреве до 600–650 °C. Классические быстрорежущие стали содержат повышенное количество легирующих элементов — вольфрам, молибден, ванадий, хром, а в некоторых случаях кобальт. Эти добавки обеспечивают сочетание твёрдости, износостойкости и вязкости, необходимых для стабильной работы на высоких оборотах.
История появления HSS
До конца XIX века в металлообработке использовались в основном углеродистые инструментальные стали. Они быстро теряли твёрдость при нагреве, а при нагреве не могли работать на высоких скоростях.
Ситуация изменилась в 1898 году, когда американские инженеры экспериментально разработали новый состав сплава, легированного вольфрамом. Оказалось, что он сохраняет режущие свойства даже при нагреве до 600 °C, что позволило увеличить скорость резания почти вдвое. С этого момента началась новая эра в машиностроении: станки стали работать быстрее, себестоимость продукции снизилась, а качество деталей заметно выросло.
В дальнейшем состав HSS совершенствовался: появились молибденовые и кобальтовые варианты, которые ещё больше повысили износостойкость, увеличили жаропрочность.
Почему HSS популярна в металлообработке
Секрет популярности в уникальном сочетании свойств:
- Высокая твёрдость. Позволяет эффективно обрабатывать как мягкие, так и закалённые материалы.
- Красностойкость. Режущая кромка сохраняет свойства при нагреве до 600–650 °C, что критично при высоких оборотах.
- Ударная вязкость. В отличие от керамики или твёрдых сплавов, HSS менее хрупкая, лучше переносит ударные нагрузки.
- Технологичность. Рабочий инвентарь из HSS легко затачивать, а их стоимость значительно ниже, чем у изделий из твёрдых сплавов или карбидов.
Отличие HSS от других видов стали
Чтобы понять уникальность High Speed Steel, важно сравнить её с другими распространёнными видами стали.
-
Углеродистая инструментальная
- Особенности: содержит в основном железо и углерод (до 1,3%). Может достигать высокой твёрдости после закалки, но сохраняет её только при невысоких температурах.
- Ограничения: при нагреве выше 200–250 °C быстро теряет прочность.
- Различие: High Speed Steel выдерживает температуры в 2–3 раза выше и позволяет вести обработку на скоростях в несколько раз больше.
-
Легированная инструментальная
- Особенности: в состав вводятся элементы (хром, никель, ванадий), улучшающие износостойкость, повышающие прочность.
- Различие: High Speed Steel имеет более высокую красностойкость, обеспечивает стабильное качество обработки при высоких оборотах.
-
Твёрдые сплавы (например, ВК8, карбиды).
- Особенности: изготавливаются из карбида вольфрама, титана или других тугоплавких соединений с металлической связкой. Обладают очень высокой твёрдостью и стойкостью.
- Различие с HSS: сплавы более хрупкие и дорогие. High Speed Steel сочетает хорошую твёрдость с ударной вязкостью, доступной ценой.
-
Современные порошковые.
- Особенности: производятся по порошковой металлургии, имеют равномерный состав, улучшенные свойства.
- Различие: порошковые материалы дороже, технологически сложнее в производстве, тогда как High Speed Steel остаётся массовым, универсальным вариантом.
Главные отличия HSS:
- сохраняет режущие свойства при нагреве до 600–650 °C;
- позволяет увеличить скорость резания в 2–4 раза по сравнению с углеродистыми или легированными сплавами;
- сочетает твёрдость с относительной пластичностью, что делает предметы из неё менее хрупким, чем из твёрдых сплавов;
- проста в обработке, включая заточку.
Характеристики стали HSS
- высокая твёрдость после закалки и отпуска (62–67 HRC);
- сохранение твёрдости при нагреве до 600–650 °C;
- высокая износостойкость режущей кромки;
- ударная вязкость — стойкость к сколам, трещинам;
- хорошая обрабатываемость, возможность многократной заточки;
- универсальность применения: сверление, точение, штамповка, резьбонарезание.
Основные свойства материала
- Твёрдость. Это позволяет изготавливать инструмент, способный обрабатывать твёрдые сплавы, закалённые материалы.
- Красностойкость. Ключевое свойство. В процессе резания кромка нагревается до сотен градусов, и если материал теряет твёрдость, инструмент становится бесполезным. У HSS этот предел в 2–3 раза выше, чем у обычных стальных сплавов.
- Износостойкость. Легирующие элементы (вольфрам, молибден, ванадий) образуют твёрдые карбиды, которые препятствуют быстрому истиранию кромки.
- Вязкость и прочность. Способна выдерживать ударные нагрузки, что особенно важно при работе по прерывистому резу (например, фрезерование).
- Обрабатываемость. Несмотря на твёрдость, поддаётся шлифовке и заточке. Это делает инструмент многоразовым: его можно точить десятки раз, продлевая срок службы.
- Стоимость. Дороже углеродистой стали, но значительно дешевле твёрдых сплавов, а также порошковых материалов.
Сплав HSS
Это не один конкретный состав, а целая группа сталей, объединённых общими свойствами. Их характеристики зависят от комбинации легирующих элементов, а также термической обработки.
Современные стандарты High Speed Steel
- ISO (Международная организация по стандартизации) — классифицирует HSS по содержанию вольфрама, молибдена, ванадия, кобальта.
- DIN (Германия), AISI (США), ГОСТ (Россия). У каждой системы есть свои обозначения и номера марок.
Например:
- Р6М5 (ГОСТ) соответствует марке M2 по AISI.
- Р18 (ГОСТ) — аналогT1 по американской классификации.
- Кобальтовые сплавы обозначаются буквами Co или HSCo.
Все стандарты описывают содержание основных элементов и допускаемые отклонения. Это обеспечивает взаимозаменяемость марок в разных странах, упрощает выбор материала.
Эволюция легирующих элементов
Со временем в состав начали вводить:
- Вольфрам (W). Повышает красностойкость, усиливает твёрдость.
- Молибден (Mo). Улучшает прочность, снижает хрупкость.
- Ванадий (V). Повышает износостойкость за счёт образования твёрдых карбидов.
- Кобальт (Co). Увеличивает жаропрочность, позволяет работать при температурах до 650 °C.
- Хром (Cr). Улучшает прокаливаемость и коррозионную стойкость.
Влияние на производительность
Комбинация легирующих элементов влияет на эффективность работы HSS-инструментария:
- Вольфрамовые стали — самые стойкие при высоких температурах, используются для тяжёлых условий.
- Молибденовые — более дешёвый, универсальный вариант.
- Кобальтовые марки (Co-HSS) — работают дольше, выдерживают экстремальные нагрузки, но стоят дороже.
- Высокованадиевые — применяются там, где требуется максимальная износостойкость (фрезы, резцы для прерывистого реза).
Виды High Speed Steel
Классифицируется по разновидности, химическому составу, наличию покрытий, которые улучшают эксплуатационные характеристики инструмента.
Классификация по составу
- Углеродистая быстрорежущая. Содержит минимальное количество легирующих добавок, кроме углерода и хрома.
- Классическая легированная. Содержит вольфрам, молибден, ванадий, хром. Это основной тип HSS, используемый в производстве сверл, фрез, резцов, метчиков. Отличается универсальностью, высокой твёрдостью (до 65 HRC).
- Кобальтовая (HSCo). Содержит от 5 до 8% кобальта, что значительно повышает жаропрочность. Изделия из такой стали способны работать при температурах до 650 °C, выдерживать экстремальные нагрузки.
- Высокованадиевая. Характеризуется повышенным содержанием ванадия, что даёт высокую износостойкость. Используется в фрезах и резцах, предназначенных для работы по прерывистому резу.
Классификация по покрытию
Современные технологии позволяют улучшать свойства HSS за счёт нанесения покрытий методом напыления.
- TiN (нитрид титана). Золотистое покрытие. Повышает твёрдость, уменьшает трение, увеличивает срок службы инструмента примерно на 30–40%.
- TiAlN (нитрид титана и алюминия). Тёмно-фиолетовое или чёрное покрытие. Обеспечивает высокую жаростойкость и стойкость к окислению. Используется для обработки твёрдых сплавов и «нержавейки».
- TiCN (нитрид титана и углерода). Обладает ещё большей твёрдостью, чем TiN. Хорошо работает при резке абразивных материалов, снижает износ изделий.
- Black Oxide (оксидирование). Чёрное матовое покрытие, защищает от коррозии, улучшает удержание смазки. Наиболее бюджетное среди покрытий.
Применение стали HSS
Основное направление — производство режущего инструмента, но возможности HSS этим не ограничиваются.
- Металлообработка — сверла различных типов, токарные и фрезерные резцы,ьметчики, плашки, развертки, зенкеры, протяжки.
- Машиностроение, станкостроение — детали для автомобилей, станков, энергетического оборудования, авиационной техники.
- Строительство — сверла для бетона и металла, корончатые сверла, пилы.
- Производство инструмента для резьбонарезания — метчики, плашки, резьбонарезные вставки.
- Медицина — хирургический, стоматологический инструментарий.
- Бытовое применение — в бытовых дрелях, ручных фрезерах, наборах метчиков и плашек.
- Ножевая индустрия — износостойкие ножи повышенной твёрдости.
Основные марки
|
Марка (ГОСТ / AISI / ISO) |
Основные легирующие элементы |
Характеристика и свойства |
|
Р6М5 / M2 |
Вольфрам ~6%, молибден ~5%, ванадий ~2% |
Универсальная быстрорежущая сталь, сочетает твёрдость (до 63–65 HRC) и вязкость. Хорошая красностойкость. |
|
Р18 / T1 |
Вольфрам ~18%, хром, ванадий |
Классическая вольфрамовая сталь, отличается высокой износостойкостью и красностойкостью. |
|
Р9К5 / M35 (Co 5%) |
Вольфрам ~9%, кобальт ~5%, молибден, ванадий |
Повышенная жаропрочность за счёт кобальта, высокая стойкость к перегреву. |
|
Р10К8 / M42 (Co 8%) |
Вольфрам ~10%, кобальт ~8%, молибден, ванадий |
Максимальная износостойкость и стойкость к высоким температурам. |
|
Р2М8Ф2 |
Молибден ~8%, ванадий ~2%, фосфор |
Бюджетный вариант с высокой вязкостью, но меньшей жаростойкостью. |
Как выбрать марку стали HSS
Выбор марки зависит от того, какие материалы предстоит обрабатывать, в каких условиях будет работать инструмент.
Универсальные задачи. Если требуется инструментарий для повседневной работы по стали, цветным металлам или древесине, оптимально брать марку Р6М5 (M2). Она недорогая, широко доступна и подходит для большинства операций.
Работа с твёрдыми и закалёнными сталями. Здесь лучше использовать Р18 (T1). Эта марка обеспечивает высокую стойкость, стабильность режущей кромки, особенно при интенсивных нагрузках.
Нержавеющие и жаропрочные сплавы. Для таких материалов важна повышенная жаростойкость. Подойдут кобальтовые сплавы:
- Р9К5 (M35) — универсальный вариант с 5% кобальта;
- Р10К8 (M42) — для самых тяжёлых условий, например обработки титана или никелевых сплавов.
Штамповка, нарезание резьбы. Для метчиков, плашек, матриц применяют Р2М8Ф2 или аналогичные марки с хорошей вязкостью, но меньшей красностойкостью.
Как читать маркировку инструментов
- Марка стали. Например, Р6М5, М35, М42. Это подсказывает, какой состав использован.
- Покрытие. TiN (золотое), TiAlN (чёрное/фиолетовое), TiCN (серо-голубое), Black Oxide (чёрное матовое).
- Назначение. Для сверл — диаметр, длина, форма спирали. Для фрез — количество зубьев и тип обработки.
- ГОСТ или ISO. Обеспечивает стандартизацию размеров и допусков.
Стальной HSS-нож
Такие ножи обладают повышенной долго сохраняют остроту режущей кромки. Это особенно ценно для инструментальных или хозяйственных ножей, где требуется высокая износостойкость.
Преимущества для ножей:
- высокая твёрдость (65+ HRC),
- долгое удержание заточки,
- стойкость к износу, а также абразивным нагрузкам,
- цена.
Недостатки:
- относительно низкая коррозионная стойкость — такие ножи требуют защиты от влаги;
- сложность в заточке: высокая твёрдость делает процесс более трудоёмким;
- невысокая пластичность — при сильных ударах возможны сколы кромки.
Таким образом, HSS-ножи хороши для работы по дереву, пластику, мягким металлам, но не всегда удобны в быту, где важна устойчивость к воде.
Уход и заточка HSS-инструментов
- храните в сухом месте, защищая их от влаги, конденсата;
- используйте смазку или защитные масла, особенно при редкой эксплуатации;
- очищайте от грязи после каждой работы;
- применять охлаждающую жидкость (для сверл, фрезер) — это уменьшает нагрев, сокращает износ кромки.
Одно из главных преимуществ High Speed Steel — возможность многократной переточки. При правильной эксплуатации сверло или фрезу можно затачивать десятки раз, восстанавливая рабочие качества.
- Для заточки используют абразивные или алмазные круги.
- Угол заточки выбирают в зависимости от материала.
- Важно избегать перегрева режущей кромки при заточке: локальный нагрев выше 650 °C приводит к потере твёрдости. Поэтому применяют охлаждение водой или маслом.
- Лучше производить заточку на специализированных станках, где можно выдержать правильную геометрию кромки.
Смотрите также:
