Быстрорежущая сталь

Быстрорежущая сталь ( HSS или HS ) представляет собой разновидность инструментальных сталей , обычно используемых в качестве материала режущего инструмента .

Его часто используют в пилах и сверлах . Кроме того, его часто используют в выемках чаш и перекосах при токарной обработке дерева. [1] Он превосходит инструменты из высокоуглеродистой стали , поскольку может выдерживать более высокие температуры, не теряя при этом закалки (твердости). Это свойство позволяет HSS резать быстрее, чем высокоуглеродистую сталь, отсюда и название быстрорежущей стали . При комнатной температуре, при обычно рекомендуемой термообработке, марки HSS обычно демонстрируют высокую твердость (более 60 ° по шкале Роквелла ) и стойкость к истиранию по сравнению с обычными углеродистыми и инструментальными сталями . Существует несколько различных типов быстрорежущей стали, например М42 и М2. ^[1]

История

В 1868 году английский металлург Роберт Форестер Мушет разработал сталь Мушет , считающуюся предшественником современных быстрорежущих сталей. Он состоял из 2% углерода , 2,5% марганца и 7% вольфрама . Основным преимуществом этой стали было то, что она затвердевала при охлаждении на воздухе от температуры, при которой большинство сталей приходилось закаливать для закалки. изменением стала замена марганца хромом В течение следующих 30 лет наиболее значительным . ^[2]

В 1899 и 1900 годах Фредерик Уинслоу Тейлор и Монсел Уайт ( урожденный Монсел Уайт III; 1856–1912; внук Монсела Уайта ; 1783–1863), работая с командой помощников на Bethlehem Steel Company в Вифлееме, штат Пенсильвания , США, выступали серия экспериментов по термообработке существующих высококачественных инструментальных сталей, таких как сталь Мушет, с нагревом их до гораздо более высоких температур, чем обычно считалось желательным в отрасли. ^[3]^[4] Их эксперименты характеризовались научным эмпиризмом: было создано и проверено множество различных комбинаций, без учета общепринятых представлений или алхимических рецептов, а для каждой партии велись подробные записи. Результатом стал процесс термообработки, который превратил существующие сплавы в новый вид стали, которая могла сохранять свою твердость при более высоких температурах, что позволяло использовать гораздо более высокие скорости и скорость резания при механической обработке.

Процесс Тейлора-Уайта ^[5] был запатентован и произвел революцию в обрабатывающей промышленности. Чтобы в полной мере использовать новую сталь, требовались более тяжелые станки с более высокой жесткостью, что потребовало модернизации и замены установленного оборудования. Патент был оспорен и в конечном итоге аннулирован. ^[6]

Первый сплав, официально классифицированный как быстрорежущая сталь, известен под обозначением AISI T1, которое было введено в 1910 году. ^[7] Он был запатентован компанией Crucible Steel Co. в начале 20 века. ^[2]

Хотя молибдена быстрорежущие стали с высоким содержанием , такие как AISI M1, нашли некоторое применение с 1930-х годов, именно нехватка материалов и высокие затраты, вызванные Второй мировой войной, стимулировали разработку менее дорогих сплавов, заменяющих вольфрам молибденом. Достижения в области быстрорежущей стали на основе молибдена в этот период поставили их на один уровень, а в некоторых случаях и лучше, чем быстрорежущие стали на основе вольфрама. Это началось с использования стали М2 вместо стали Т1. ^[2]^[8]

Типы

Быстрорежущие стали — это сплавы, которые приобретают свои свойства за счет добавления к углеродистой стали различных легирующих металлов, обычно включая вольфрам и молибден или их комбинацию, часто также с другими сплавами. ^[9] Они принадлежат к многокомпонентной системе сплавов Fe-C-X, где X представляет собой хром , вольфрам , молибден , ванадий или кобальт . Обычно компонент X присутствует в количестве более 7% вместе с более чем 0,60% углерода .

В единой системе нумерации (УНС) вольфрамовым маркам (например, Т1, Т15) присвоены номера серии Т120хх, а молибденовым (например, М2, М48) и промежуточным типам — Т113хх. Стандарты ASTM признают 7 типов вольфрама и 17 типов молибдена. ^[10]

Добавление около 10% вольфрама и молибдена в общей сложности эффективно максимизирует твердость и ударную вязкость быстрорежущих сталей и сохраняет эти свойства при высоких температурах, возникающих при резке металлов.

Образец легирующих составов распространенных марок быстрорежущих сталей (мас.%) ^[11]^[12] (пределы примесей не включены)
Оценка	С	Кр	Мо	В	V	Ко	Мин.	И
Т1	0.65–0.80	4.00	-	18	1	-	0.1–0.4	0.2–0.4
М1	0.80	4	8	1.5	1.0	-	-	-
М2	0.85	4	5	6.0	2.0	-	-	-
М7	1.00	4	8.75	1.75	2.0	-	-	-
М35	0.92	4.3	5	6.4	1.8	5	-	0.35
М42	1.10	3.75	9.5	1.5	1.15	8.0	-	-
М50	0.85	4	4.25	.10	1.0	-	-	-

Молибденовые быстрорежущие стали (HSS)

Сочетание молибдена, вольфрама и хромистой стали позволяет получить несколько сплавов, обычно называемых «HSS», с твердостью от 63 до 65 по шкале Роквелла C.

М1: М1 не обладает некоторыми свойствами жесткости в красном цвете , как М2, но он менее восприимчив к ударам и больше изгибается.
М2: M2 — наиболее широко используемый промышленный быстрорежущий металл. Он имеет мелкие и равномерно распределенные карбиды, что обеспечивает высокую износостойкость, хотя его чувствительность к обезуглероживанию несколько высока. После термообработки его твердость такая же, как у Т1, но прочность на изгиб может достигать 4700 МПа (680 000 фунтов на квадратный дюйм), а его ударная вязкость и термопластичность выше, чем у Т1, на 50%. Обычно его используют для изготовления различных инструментов, таких как сверла, метчики и развертки. 1.3343 — эквивалентное цифровое обозначение материала М2, указанного в стандарте ISO 4957.
М7: M7 используется для изготовления более тяжелых строительных сверл, где одинаково важны гибкость и увеличенный срок службы сверла.
М50: M50 не имеет красной твердости, как другие марки вольфрама HSS, но очень хорош для сверл, поломка которых является проблемой из-за изгиба сверла. Обычно предпочтительнее для хозяйственных магазинов и подрядчиков. Он также используется в высокотемпературных шарикоподшипниках .

Кобальтовые быстрорежущие стали

Добавление кобальта повышает термостойкость и может придать твердость до 70 по шкале Роквелла. ^[13]

М35: М35 аналогичен М2, но с добавлением 5% кобальта. M35 также известен как кобальтовая сталь, HSSE или HSS-E. Он будет резать быстрее и прослужит дольше, чем M2. ^[14]
М42: М42 — сплав быстрорежущей стали молибденового ряда с дополнительным содержанием кобальта 8%. ^[13] Она широко используется в металлообрабатывающей промышленности из-за ее превосходной твердости в красном цвете по сравнению с более традиционными быстрорежущими сталями, что позволяет сократить время цикла в производственных условиях за счет более высоких скоростей резания или увеличения времени между сменами инструмента. ^[14]

Формирование

из быстрорежущей стали Сверла , изготовленные путем прокатки , обозначаются HSS-R. Шлифование применяется для создания сверл из быстрорежущей стали, кобальта и твердого сплава. ^[15]

Приложения

Основное применение быстрорежущих сталей продолжает оставаться при изготовлении различного режущего инструмента: сверл, метчиков , фрез , резцов , червячных (зубчатых) фрез, пильных полотен, строгальных и фуганковых полотен, фрезерных резцов и т. д., хотя использование пуансонов и штампов увеличивается.

Быстрорежущие стали также нашли рынок в производстве тонкого ручного инструмента, где их относительно хорошая прочность при высокой твердости в сочетании с высокой стойкостью к истиранию делает их пригодными для низкоскоростных операций, требующих прочной острой (острой) кромки, таких как напильники , долота , ручные рубанки. лезвия, дамасские кухонные ножи и карманные ножи . ^{[ нужна ссылка ]}

Инструменты из быстрорежущей стали являются наиболее популярными для использования при токарной обработке дерева, поскольку скорость перемещения заготовки за кромку относительно высока для ручных инструментов, а HSS удерживает заточку гораздо дольше, чем инструменты из высокоуглеродистой стали. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ «Чаша Гужс» . Популярная работа по дереву . 9 февраля 2020 г. Проверено 28 ноября 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с * Боккалини, М.; Х. Гольдштейн (февраль 2001 г.). «Затвердевание быстрорежущих сталей». Международные обзоры материалов . 46 (2): 92–115 (24). дои : 10.1179/095066001101528411 . S2CID 138926712 .
^ Канигель, Роберт (1997). Единственный лучший путь: Фредерик Уинслоу Тейлор и загадка эффективности . Викинг Пингвин. ISBN 0-670-86402-1 .
^ Миса, Томас Дж. (1995). Нация стали: создание современной Америки 1865–1925 гг . Балтимор и Лондон: Издательство Университета Джонса Хопкинса. ISBN 978-0801860522 .
^ «Процесс Тейлора-Уайта» . Пересмотренный полный словарь Вебстера . МИКРА, ООО . Проверено 13 апреля 2013 г.
^ «Решение о патенте на быстрорежущую инструментальную сталь». Электрохимическая и металлургическая промышленность . 7 . Март 2021 г. Вынесено решение по знаменитому патентному иску компании Bethlehem Steel против компании Niles-Bement-Pond о нарушении двух фундаментальных патентов Ф. В. Тейлора и М. Уайта (668 369 и 668 270, оба от 19 февраля 1907 г.). в пользу ответчика... В решении суда подчеркивается, что никакого нового состава стали, изобретенного Тейлором и Уайтом, не существует...
^ Робертс, Джордж (1998) Инструментальные стали , 5-е издание, ASM International, ISBN 1615032010
^ Общество металлов, Лондон, «Инструменты и штампы для промышленности», 1977 г.
^ Американский машинист . МакГроу-Хилл. 1908.
↑ Быстрорежущая сталь (HSS). Архивировано 1 апреля 2010 г. в Wayback Machine . Проверено 17 мая 2010 г.
^ «Свойства инструментальной стали AISI T1» . Проверено 17 марта 2008 г.
^ «Данные высокоскоростного инструмента — ICS Cutting Tools» . www.icscuttingtools.com .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Быстрорежущая сталь М42» (PDF) . Проверено 15 апреля 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Режущие инструменты из кобальтовой стали | Режущие инструменты Regal» . www.regalcuttingtools.com .
^ «Руководство по покупке сверл» . совет.manomano.co.uk .

[1] «Чаша Гужс» . Популярная работа по дереву . 9 февраля 2020 г. Проверено 28 ноября 2023 г.

[Boccalini-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с * Боккалини, М.; Х. Гольдштейн (февраль 2001 г.). «Затвердевание быстрорежущих сталей». Международные обзоры материалов . 46 (2): 92–115 (24). дои : 10.1179/095066001101528411 . S2CID 138926712 .

[3] Канигель, Роберт (1997). Единственный лучший путь: Фредерик Уинслоу Тейлор и загадка эффективности . Викинг Пингвин. ISBN 0-670-86402-1 .

[Misa_1995-4] Миса, Томас Дж. (1995). Нация стали: создание современной Америки 1865–1925 гг . Балтимор и Лондон: Издательство Университета Джонса Хопкинса. ISBN 978-0801860522 .

[5] «Процесс Тейлора-Уайта» . Пересмотренный полный словарь Вебстера . МИКРА, ООО . Проверено 13 апреля 2013 г.

[6] «Решение о патенте на быстрорежущую инструментальную сталь». Электрохимическая и металлургическая промышленность . 7 . Март 2021 г. Вынесено решение по знаменитому патентному иску компании Bethlehem Steel против компании Niles-Bement-Pond о нарушении двух фундаментальных патентов Ф. В. Тейлора и М. Уайта (668 369 и 668 270, оба от 19 февраля 1907 г.). в пользу ответчика... В решении суда подчеркивается, что никакого нового состава стали, изобретенного Тейлором и Уайтом, не существует...

[roberts-7] Робертс, Джордж (1998) Инструментальные стали , 5-е издание, ASM International, ISBN 1615032010

[msoc-8] Общество металлов, Лондон, «Инструменты и штампы для промышленности», 1977 г.

[9] Американский машинист . МакГроу-Хилл. 1908.

[10] Быстрорежущая сталь (HSS). Архивировано 1 апреля 2010 г. в Wayback Machine . Проверено 17 мая 2010 г.

[11] «Свойства инструментальной стали AISI T1» . Проверено 17 марта 2008 г.

[12] «Данные высокоскоростного инструмента — ICS Cutting Tools» . www.icscuttingtools.com .

[wys20200415-13] Перейти обратно: ^а ^б «Быстрорежущая сталь М42» (PDF) . Проверено 15 апреля 2020 г.

[cobaltsteel-14] Перейти обратно: ^а ^б «Режущие инструменты из кобальтовой стали | Режущие инструменты Regal» . www.regalcuttingtools.com .

[15] «Руководство по покупке сверл» . совет.manomano.co.uk .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]