Narzędzia ze stali szybkotnącej HSS i HSSE – różnice, właściwości i zastosowanie

Stal HSS (High-Speed Steel) i HSSE (High-Speed Steel with Cobalt) są powszechnie używane w przemyśle narzędziowym do produkcji narzędzi skrawających, takich jak wiertła, frezy, noże tokarskie, gwintowniki i inne narzędzia do obróbki metali. Obie te stopy stali szybkotnącej mają doskonałe właściwości mechaniczne, ale istnieją pewne kluczowe różnice między nimi. Przyjrzymy się bliżej, czym są te materiały, jakie są ich różnice oraz które z nich jest lepsze do określonych zastosowań.

Różnice między stalą HSS a HSSE

1. Skład chemiczny:HSSE zawiera dodatek kobaltu, co odróżnia ją od standardowej stali HSS.
2. Właściwości termiczne: HSSE ma lepszą odporność na wysokie temperatury niż HSS.
3. Odporność na zużycie: Narzędzia HSSE są bardziej odporne na zużycie w porównaniu do narzędzi HSS.
4. HSSE jest bardziej odpowiednia do obróbki trudnych materiałów i pracy w warunkach wymagających dużej wytrzymałości na ciepło.
5. Odporność na ciepło:
1. HSS: Ma dobrą odporność na wysokie temperatury, ale może tracić twardość przy bardzo intensywnym skrawaniu.
2. HSSE: Kobalt zwiększa odporność na ciepło, co pozwala narzędziom HSSE utrzymywać twardość nawet przy wyższych temperaturach, co jest szczególnie korzystne przy obróbce trudnych materiałów.

Za wysoką twardość odpowiada m. in. Węgiel – C, który w stalach szybkotnących występuje w granicach 0,7-1,15%. Im więcej dodatków stopowych węglikotwórczych występuje w stali, tym zakres węgla proporcjonalnie musi wzrastać, aby zachować ilość węglików na odpowiednim poziomie.Wolfram tworzący z węglem twarde, drobne i równomiernie rozłożone węgliki, odpowiada za wysoką odporność na ścieranie, i zapobiega obniżeniu twardości stali w trakcie pracy w wysokich temperaturach tzw. „czerwonego żaru”.

Kobalt zapobiega przegrzewaniu się stali szybkotnących w czasie hartowania. Wpływa to na podwyższenie ilości węglików w stali, oraz podwyższa temperaturę topnienia wyrobu w trakcie pracy.Wanad również zapewnia zwiększenie odporności na ścieranie, oraz sprzyja drobnoziarnistości struktury wyrobu. Poprawia odporność na działanie wysokich temperatur. Chrom poprawia hartowność stali, a Molibden mogący w pewnym stopniu zastąpić Wolfram poprawia odporność na ścieranie.

Odporność na zużycie

• HSS: Wysoka odporność na ścieranie, odpowiednia do większości standardowych zastosowań.
• HSSE: Większa odporność na zużycie dzięki obecności kobaltu, co przekłada się na dłuższą żywotność narzędzi.

Twardość:

• HSS: Wysoka twardość, ale nieco niższa niż w przypadku HSSE.
• HSSE: Wyższa twardość, szczególnie w wyższych temperaturach, dzięki czemu narzędzia lepiej zachowują swoje właściwości skrawające.

Trwałość:

• HSS: Dobra trwałość, ale może się szybciej zużywać w trudnych warunkach obróbki.
• HSSE: Większa trwałość, co oznacza, że narzędzia wykonane z HSSE są bardziej opłacalne w dłuższej perspektywie, zwłaszcza przy obróbce trudnych materiałów.

Zastosowania

HSS :

• Idealne do standardowych operacji skrawających w materiałach takich jak stal węglowa, aluminium, mosiądz i inne metale nieżelazne.
• Stosowane w warunkach umiarkowanej temperatury i obciążenia.
• Ekonomiczne rozwiązanie dla ogólnych zastosowań.

HSSE:

• Lepsze do obróbki trudnych materiałów, takich jak stal nierdzewna, stopy niklu, tytanu i inne wysokowytrzymałe materiały.
• Stosowane w warunkach wysokiej temperatury i dużego obciążenia.
• Optymalne dla operacji wymagających wysokiej precyzji i trwałości narzędzi.

Koszty, cena stali:

HSS: Narzędzia są zazwyczaj tańsze niż HSSE, co czyni je atrakcyjnymi dla standardowych zastosowań o umiarkowanych wymaganiach.

HSSE: Narzędzia są droższe, ale ich dłuższa żywotność i lepsze właściwości skrawające w trudnych warunkach mogą uzasadniać wyższy koszt.

Wybór między stalą HSS a HSSE zależy od konkretnego zastosowania:

HSS: Jest wystarczająca do większości standardowych zastosowań skrawających, zwłaszcza gdy obróbka odbywa się w umiarkowanych warunkach termicznych. Jest również bardziej ekonomiczna.

HSSE: Jest lepsza do zastosowań wymagających wysokiej wydajności w ekstremalnych warunkach, takich jak obróbka stali nierdzewnej, stopów wysokotemperaturowych i innych trudnych materiałów. Narzędzia HSSE są droższe i bardziej odporne na zużycie i zachowują twardość w wyższych temperaturach, co przekłada się na dłuższą żywotność narzędzia.

Zarówno stal HSS, jak i HSSE mają swoje miejsce w przemyśle narzędziowym, a ich wybór powinien być podyktowany specyfiką materiału obrabianego oraz wymaganiami dotyczącymi trwałości i wydajności narzędzia. Jakościowo, narzędzia HSSE (High-Speed Steel with Cobalt) są generalnie lepsze niż narzędzia HSS (High-Speed Steel) ze względu na dodatki kobaltu, które poprawiają ich właściwości.

Czym jest stal szybkotnąca HSS?

Stal szybkotnąca (HSS) to rodzaj stali narzędziowej, która charakteryzuje się wysoką twardością, odpornością na zużycie i zdolnością do utrzymania ostrości nawet w wysokich temperaturach do 650° C. Dzięki tym właściwościom, stal HSS jest idealna do produkcji narzędzi skrawających używanych do cięcia metali z dużą prędkością.

Skład chemiczny stali HSS

Stal HSS zawiera różne dodatki stopowe, które przyczyniają się do jej wyjątkowych właściwości. Typowy skład chemiczny obejmuje:

• Węgiel (C): 0,6% - 1,3%
• Chrom (Cr): 3,5% - 4,5%
• Wolfram (W): 5,5% - 6,75%
• Wanad (V): 1% - 2,2%
• Molibden (Mo): 5% - 10%
• Kobalt (Co) (w niektórych gatunkach): 5% - 8%

Właściwości stali szybkotnącej.

Stal HSS charakteryzuje się szeregiem kluczowych właściwości:

1. Wysoka twardość: HSS osiąga twardość w zakresie 60-67 HRC (skala Rockwella), co pozwala na efektywne skrawanie metali. Ta wysoka twardość jest utrzymywana nawet w wysokich temperaturach, co jest kluczowe dla narzędzi skrawających.

2. Odporność na ścieranie: Dzięki dodatkom stopowym takim jak chrom, wanad i wolfram, stal HSS jest bardzo odporna na zużycie. Te pierwiastki tworzą twarde węgliki, które zwiększają wytrzymałość stali na ścieranie.
3.  
4. Odporność na wysokie temperatury: HSS może pracować w temperaturach do około 600-650°C bez utraty swoich właściwości mechanicznych, co jest kluczowe podczas skrawania z dużą prędkością. To pozwala na skrawanie z dużą prędkością, stąd nazwa "stal szybkotnąca".
5. Wytrzymałość mechaniczna: Wysoka wytrzymałość na rozciąganie umożliwia przenoszenie dużych obciążeń mechanicznych podczas obróbki.
6. Łatwa obróbka: Pomimo wysokiej twardości, stal HSS jest stosunkowo łatwa do szlifowania i ostrzenia, co jest istotne przy produkcji i konserwacji narzędzi skrawających.

Zastosowanie stali szybkotnącej

Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom, stal HSS znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu, w tym w:

1. Obróbce metali: Produkcja narzędzi skrawających do frezowania, wiercenia, toczenia i gwintowania.
2. Przemysł lotniczy: Produkcja precyzyjnych narzędzi do obróbki stopów aluminium i tytanu.
3. Przemysł motoryzacyjny: Narzędzia do obróbki elementów silników, skrzyń biegów i innych komponentów mechanicznych.
4. Przemysł narzędziowy: Wytwarzanie specjalistycznych narzędzi do obróbki drewna i tworzyw sztucznych.
5. Budownictwo: Produkcja narzędzi do wiercenia i skrawania stosowanych w budownictwie.

Narzędzia wykonane ze stali szybkotnącej

Stal HSS jest używana do produkcji szerokiego spektrum narzędzi skrawających, które znajdują zastosowanie w różnych branżach przemysłowych. Najpopularniejsze narzędzia wykonane ze stali HSS to:

1. Wiertła HSS:
• Wiertła spiralne: Służą do wiercenia otworów w metalu, drewnie i tworzywach sztucznych.
• Wiertła stopniowe: Pozwalają na wiercenie otworów o różnych średnicach w jednym cyklu pracy.
2. Frezy:
• Frezy walcowo-czołowe: Używane do obróbki płaszczyzn i krawędzi na frezarkach.
• Frezy trzpieniowe: Przeznaczone do precyzyjnej obróbki konturów i kieszeni w metalu.
3. Noże tokarskie:
• Noże tokarskie proste: Stosowane do obróbki zewnętrznej i wewnętrznej elementów toczonych.
• Noże tokarskie profilowe: Umożliwiają skomplikowane operacje tokarskie, takie jak nacinanie gwintów.
4. Gwintowniki:
• Gwintowniki ręczne: Do ręcznego nacinania gwintów w otworach.
• Gwintowniki maszynowe: Przeznaczone do automatycznego nacinania gwintów w procesach produkcyjnych.
5. Narzynki: Służą do nacinania gwintów zewnętrznych na wałkach i prętach.

Stal szybkotnąca (HSS) to wszechstronny materiał o doskonałych właściwościach, które czynią ją niezastąpioną w produkcji narzędzi skrawających. Jej zdolność do utrzymywania twardości i ostrości w wysokich temperaturach, odporność na ścieranie oraz wytrzymałość mechaniczna sprawiają, że jest kluczowym materiałem w wielu gałęziach przemysłu. Dzięki szerokiemu zakresowi zastosowań, stal HSS pozostaje jednym z najważniejszych materiałów narzędziowych na rynku.