stringtranslate.com

Быстрорежущей стали

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 при токарной обработке дерева.[1] Он превосходит более старые инструменты из высокоуглеродистой стали, широко использовавшиеся в 1940-х годах, поскольку он 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 (выше твердости по Роквеллу 60) и стойкость к истиранию (обычно связанную с содержанием вольфрама и ванадия , часто используемых в HSS) по сравнению с обычными углеродистыми и инструментальными сталями . Существует несколько различных типов стали HS, например M42 и M2. [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. В течение следующих 30 лет наиболее значительным изменением стала замена марганца хромом . [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 протестировано 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 быстрорежущие стали с высоким содержанием молибдена , 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.


Молибденовые быстрорежущие стали (HSS)

Сочетание молибдена, вольфрама и хромистой стали позволяет получить несколько сплавов, обычно называемых «HSS», с твердостью 63–65 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 — это «стандарт» и наиболее широко используемый промышленный HSS. 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, а ударная вязкость и термопластичность выше 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 . Эти стали получают путем легирования стали вольфрама, хрома, ванадия, кобальта и молибдена.

Кобальтовые быстрорежущие стали (HSS)

Добавление кобальта увеличивает термостойкость и может придать твердость по Роквеллу до 70 минут. [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] Он широко используется в металлообрабатывающей промышленности из-за его превосходной красной твердости по сравнению с более традиционными быстрорежущими сталями, что позволяет сократить время цикла в производственных условиях из-за более высоких скоростей резания или увеличения времени между сменами инструмента. . [14]

Модификация поверхности

Лазеры и электронные лучи могут использоваться в качестве источников интенсивного нагрева поверхности для термообработки , переплавки ( глазурования ) и модификации состава. Возможно достижение различных форм и температур ванн расплава, а также скоростей охлаждения в диапазоне от 10 3 до 10 6 К с -1 . Преимущество состоит в том, что образование трещин или пористости незначительно или отсутствует. [2]

Хотя возможности термической обработки поверхности должны быть очевидны, другие применения требуют некоторого объяснения. При скоростях охлаждения более 10 6 К с -1 эвтектические микрокомпоненты исчезают и наблюдается выраженная сегрегация легирующих элементов замещения. Это обеспечивает преимущества глазурованной детали без соответствующего повреждения при приработке. [2]

Состав сплава детали или инструмента также можно изменить для образования быстрорежущей стали на поверхности обедненного сплава или для образования слоя, обогащенного сплавом или карбидом, на поверхности детали из быстрорежущей стали. Можно использовать несколько методов, таких как фольга, борирование упаковки, плазменное напыление порошков, полоски с порошковой сердцевиной, устройства подачи инертного газа и т. д. Хотя сообщалось, что этот метод является одновременно полезным и стабильным, он еще не нашел широкого коммерческого применения. [2]

Формирование

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

Приложения

Основное применение быстрорежущих сталей по-прежнему приходится на изготовление 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 ударная вязкость 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 цитата ]

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Чаша Гужс" . Популярная работа по дереву . 9 февраля 2020 г. Проверено 28 ноября 2023 г.
  2. ^ abcdef * 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.
  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...
  7. ^ Робертс, Джордж (1998) Инструментальные стали , 5-е издание, ASM International, ISBN 1615032010 
  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 о высокоскоростном инструменте - Режущие инструменты ICS» . www.icscuttingtools.com .
  13. ^ ab «Быстрорежущая сталь M42» (PDF) . Проверено 15 апреля 2020 г.
  14. ^ ab «Режущие инструменты из кобальтовой стали | Режущие инструменты Regal» . www.regalcuttingtools.com .
  15. ^ «Руководство по покупке сверл» . совет.manomano.co.uk .