Быстрорежущие стали: марки, характеристики, применение

Содержание:

1. Инструментальная быстрорежущая сталь: что это такое
2. Химический состав и легирующие элементы
3. Виды быстрорежущей стали
4. Марки быстрорежущих сталей и их характеристики
   - Классические
   - С кобальтом
   - Порошковые
   - Таблица сравнения характеристик
5. Применение быстрорежущей стали

Металлообработку и машиностроение невозможно представить без инструментов, которые выдерживают высокие нагрузки, работают с максимальной скоростью. Производственные предприятия обращают внимание не только на точность обработки, но и на долговечность режущего инструмента — от его качества зависит экономическая эффективность. В статье расскажем, какие бывают виды быстрорежущих сталей, чем они отличаются и как выбрать оптимальную марку.

Инструментальная быстрорежущая сталь: что это такое

Быстрорежущая сталь (англ. High-Speed Steel, HSS) — это группа высоколегированных сталей, предназначенных для изготовления режущего инструмента, который работает на высоких скоростях.

Их ключевая особенность — способность сохранять твердость и режущие свойства при высоких температурах до 600–750 °C, возникающих в процессе резания. Обычные углеродистые стали при таких температурах полностью теряют твердость и становятся непригодными для работы.

Именно это свойство сделало быстрорежущие стали революционным материалом XX века. Применение новых сплавов позволило увеличить скорость резания в несколько раз и заметно повысить стойкость инструмента. Сегодня такие стали используют для изготовления сверл, фрез, резцов, метчиков и других инструментов, от которых требуется точность, надежность и долговечность.

Химический состав и легирующие элементы

Свойства быстрорежущей стали напрямую связаны с ее составом. Кроме углерода, обычно около 0,7–1,5%, в нем обязательно присутствуют элементы, отвечающие за твердость, тепло- и износостойкость.

• Хром (Cr) — улучшает прокаливаемость, повышает коррозионную стойкость.
• Вольфрам (W) — обеспечивает красностойкость. Образует тугоплавкие карбиды, которые позволяют инструменту работать при температурах свыше 600 °C.
• Молибден (Mo). Частично заменяет дорогой вольфрам, повышая при этом вязкость стали, снижая ее хрупкость.
• Ванадий (V). Образует твердые карбиды, которые значительно увеличивают износостойкость, способствуют измельчению зерна, что делает структуру стали более прочной.
• Кобальт (Co). Усиливает теплостойкость, жаропрочность. Стали с кобальтом применяют там, где требуется работа при экстремальных температурах, скоростях резания.

Именно за счет правильного сочетания этих элементов достигается баланс между твердостью, вязкостью и стойкостью к износу. Поэтому разные марки быстрорежущих сталей имеют различное назначение и применяются в разных условиях.

Обозначения и виды быстрорежущей стали

Быстрорежущие инструментальные стали разделяют на несколько групп в зависимости от состава и технологии производства:

• Классические — HSS. Это наиболее распространенная группа. В их состав входят вольфрам, молибден, ванадий и хром. Марки Р18, Р6М5, HSS (зарубежные аналоги).
• С кобальтом — HSSE, HSSCo. Марки HSSE (Р6М5К5), HSSCo5, HSSCo8. Кобальт повышает теплостойкость и износостойкость.
• Порошковые — HSS-E-PM. Производят по технологии порошковой металлургии. Обладают однородной структурой и улучшенными свойствами.

Как обозначают быстрорежущие стали? В России принята буквенно-цифровая система маркировки:

• Буква «Р» в начале обозначает, что это быстрорежущая сталь.
• Цифра после «Р» указывает процентное содержание вольфрама.
• Далее следуют буквы и цифры. «М» — молибден, «К» — кобальт. Цифры после — содержание соответствующего элемента в процентах.

Разберем на примерах:

• Р6М5 — содержит 6% вольфрама, 5% молибдена.
• Р18 — содержит около 18% вольфрама.
• Р6М5К5 — сталь с 6% вольфрама, 5% молибдена и 5% кобальта.

В международной классификации чаще используют обозначение HSS. Дополнительно встречаются варианты:

• HSS-G — шлифованная,
• HSS-R — катаная,
• HSS-Co — с кобальтом,
• HSS-E-PM — порошковая быстрорежущая сталь.

Марки быстрорежущих сталей и их характеристики

Рассмотрим подробнее состав и характеристики самых распространенных сталей.

Классические

Р18. Универсальная сталь для обработки материалов средней твердости — углеродистые или легированные стали. Обладает высокой износостойкостью и хорошей теплостойкостью.

В составе:

• 17–18,5% вольфрама,
• 3,8–4,4% хрома,
• 1,0–1,4% ванадия,
• 0,7–0,8% углерода.

Характеристики:

• твердость — 62-65 HRC,
• теплостойкость — до 620 °C,
• высокая износостойкость.

Среди недостатков — высокая стоимость из-за вольфрама в составе.

Р6М5. Универсальная быстрорежущая сталь общего назначения. Применяется для изготовления сверл, фрез, метчиков и плашек, подходит для обработки углеродистых и легированных сталей, чугуна и цветных металлов.

В составе:

• 6% вольфрама,
• 5% молибдена,
• 4% хрома,
• 2% ванадия.

Характеристики:

• твердость — 62-65 HRC,
• теплостойкость — до 600 °C,
• сбалансированное сочетание прочности и износостойкости.

Недостаток — ограниченная теплостойкость по сравнению с современными марками с кобальтом.

Стали с кобальтом

HSSE или Р6М5К5. Отличается повышенной теплостойкостью и износостойкостью. Используют для обработки твердых материалов — нержавеющей стали, титана или жаропрочных сплавов.

В составе:

• 6% вольфрама,
• 5% молибдена,
• 5% кобальта,
• 4% хрома,
• 2% ванадия.

Характеристики:

• твердость — 64-66 HRC,
• теплостойкость — до 650 °C,
• пониженная ударная вязкость.

HSSCo5 или Р6М5К5. По своим характеристикам аналогична HSSE, но в своем составе имеет фиксированное содержание кобальта — 5%. Применяют для обработки материалов средней твердости в умеренно нагретых условиях.

HSSCo8 или Р6М5К8. Отличается повышенным содержанием кобальта и очень высокой тепло-, износостойкостью. Применяют для обработки закаленных сталей, жаропрочных сплавов и других особо твердых материалов.

В составе:

• 6% вольфрама,
• 5% молибдена,
• 8% кобальта,
• 4% хрома,
• 2% ванадия.

Характеристики:

• твердость — 68-70 HRC,
• теплостойкость — до 700-750 °C,
• низкая ударная вязкость.

Порошковые

HSS-E-PM. В составе вольфрам, молибден, кобальт, ванадий, хром. Имеет однородную микроструктуру, сочетает высокую твердость и устойчивость к ударным нагрузками. Используют для обработки твердых или абразивных материалов — нержавеющей стали, титана, композитов.

Характеристики:

• твердость — 66-70 HRC,
• теплостойкость — до 650–700 °C.

У порошковых и быстрорежущих сталей с кобальтом есть определенные ограничения в использовании. Это более высокая стоимость по сравнению с универсальными марками, а также снижение ударной вязкости и необходимость более точного режима резания, например охлаждения.

Таблица сравнения характеристик

Для того чтобы ориентироваться в характеристиках было удобнее, собрали их в сводную таблицу.

Применение быстрорежущей стали

Благодаря сочетанию твердости, красностойкости и износостойкости разные марки быстрорежущих сталей используют практически во всех отраслях машиностроения и металлообработки.

Основные направления применения:

• Сверла. Спиральные, центровочные, ступенчатые — для обработки углеродистых или легированных сталей, чугуна, цветных металлов.
• Фрезы. Концевые, торцевые, дисковые, червячные — применяют для обработки плоскостей, пазов, фасонных поверхностей.
• Резцы. Токарные и строгальные — подходят для обработки конструкционных, легированных сталей.
• Резьбонарезной инструмент. Метчики и плашки — используют для нарезания внутренней или наружной резьбы.
• Полотна для пил. Применяют в ленточных и ножовочных пилах для резки сортового проката.
• Промышленные ножи. Используются в гильотинах, бумагорезательных и других машинах, где требуется износостойкая режущая кромка.

Выбор конкретной марки зависит от задач и условий эксплуатации инструмента:

• Р18 — для универсального применения и обработки материалов средней твердости.
• Р6М5 — для общего назначения и обработки мягких материалов.
• HSSE (Р6М5К5) — для обработки твердых материалов, работы в умеренно нагретых условиях.
• HSSCo8 (Р6М5К8) — для экстремальных условий, например, высоких температур или особо твердых материалов
• HSS-E-PM — для обработки твердых и абразивных материалов в условиях высоких нагрузок.

Быстрорежущие стали остаются одним из ключевых материалов современной металлообработки. Их развитие — от классических марок до порошковых сплавов — показывает, как отрасль адаптируется к растущим требованиям к скорости, точности и ресурсу инструмента.

Правильный выбор марки позволяет не только повысить качество обработки, но и существенно сократить производственные издержки. Поэтому при планировании технологических процессов важно учитывать особенности сталей, подбирать инструмент под конкретные условия работы — это инвестиция в стабильность и эффективность производства.