Gyorsacél – Wikipédia
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/58/Left_hand_drill_bit.jpg/220px-Left_hand_drill_bit.jpg)
A gyorsacél (ismert még: HSS-acél az angol High Speed Steel szavak kezdőbetűiből) olyan erősen ötvözött[1] különleges szerszámacél, amely az egyéb szerszámacélokhoz képest 5–30-szor gyorsabb megmunkálást tesz lehetővé. A gyorsacél szerszámok – összetételtől függően – akár 500–600 °C-ra is felhevülhetnek munka közben a forgácsoló él számottevő károsodása nélkül. A gyorsacél szerszámok keménysége 60 HRC felett van. Rendkívüli tulajdonságait a nagyon kemény és hőálló volfrám-karbidnak, a szemcsefinomító egyéb ötvözeteknek, továbbá a megfelelő hőkezelésnek köszönhetik.[2]
Leginkább ismert gyorsacél szerszám a csigafúró. A csigafúrókon kívül gyorsacélból (is) készülnek például: eszterga-, gyalu- és vésőkések, palást- és hosszlyukmarók, központfúrók, süllyesztők. Előszeretettel alkalmazzák automata gépek hidegalakító-térformázó és kivágó-lyukasztó szerszámainak készítésére is.
Története
[szerkesztés]A gyorsacélokat az 1800-as évek végén a növelt sebességű forgácsolási igények miatt fejlesztették ki. Az első hivatalosan is bejegyzett gyorsacél 1910-ben T1 jelű[3] A T1 jelű gyorsacélt a Crucible Steel Co. szabadalmaztatta.[4] A II. világháborúban a volfrám hiánya miatt a hiányzó fémet molibdén ötvözővel helyettesítették, amely további új típusokat hozott létre. Az 1970-es évek válságai nyomán további új gyorsacéltípusok kerültek kifejlesztésre. Bár a keményfém elterjedése néhány helyről visszaszorította gyorsacélok használatát a forgácsolás terén (például esztergálás, marás) a gyorsacélok felhasználása továbbra is jelentős.
Típusai
[szerkesztés]A II. világháború óta számos új gyorsacéltípust fejlesztettek ki a felhasználás céljától függően. A leggyakrabban használt gyorsacél típusokat és vegyi összetételeiket az 1. táblázat tartalmazza:
1. táblázat
Szabvány jele | Vegyi összetétel (%) | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EU | MSZ | W.Nr. | BS | ASTM/AISI | JIS | C | Cr | W | Mo | V | Co |
HS 0-4-1 | 1.3325 | BM50 | M50 | 0.77-0.82 | 3.9-4.4 | 4.0-4.5 | 0.9-1.1 | ||||
HS 1-4-2 | 1.3326 | 0.85-0.95 | 3.6-4.3 | 0.8-1.4 | 4.1-4.8 | 1.7-2.2 | |||||
HS 1-8-1 | 1.3327 | 0.77-0.87 | 3.5-4.5 | 1.2-2.0 | 8.0-9.0 | 1.0-1.4 | |||||
HS 2-9-1 | 1.3346 | BM1 | M1 | 0.84 | 3.9 | 1.55 | 8.6 | 1.15 | |||
HS 2-9-1-8 | R11 | 1.3247 | BM42 | M42 | SKH-59M | 1.05-1.15 | 3.5-4.5 | 1.2-1.9 | 9.0-10.0 | 0.9-1.3 | 7.8-8.5 |
HS 2-9-2 | 1.3348 | BM7 | M 7 | SKH-58 | 0.95-1.05 | 3.5-4.5 | 1.5-2.1 | 8.2-9.2 | 1.7-2.2 | ||
HS 3-3-2 | 1.3333 | 0.95-1.03 | 3.8-4.5 | 2.7-3.0 | 2.5-2.9 | 2.2-2.5 | |||||
HS 4-5-2-12 | BM6 | M 6 | - | 0.8 | 4.1 | 4.25 | 5 | 1.5 | 12 | ||
HS 4-8-3 | BM9V | M 9 | 1.2 | 4.2 | 4.25 | 8.4 | 2.7 | 3.4 | |||
HS 6-5-2 | R6 | 1.3339 | BM2 | M2 | SKH-51 | 0.8-0.88 | 3.8-4.5 | 5.9-6.7 | 4.7-5.2 | 1.7-2.1 | |
HS 6-5-2-5 | R8 | 1.3243 | BM35 | M35 | SKH-55 | 0.87-0.95 | 3.8-4.5 | 4.7-5.2 | 5.9-6.7 | 1.7-2.1 | 4.7-5.2 |
HS 6-5-3 | 1.3344 | BM3 | M3:2 | SKH-53 | 1.15-1.25 | 3.8-4.5 | 5.9-6.7 | 4.7-5.2 | 2.7-3.2 | ||
HS 6-5-3-8 | 1.3244 | BM3 | M3:2 | SKH-53 | 1.15-1.25 | 3.8-4.5 | 5.9-6.7 | 4.7-5.2 | 2.7-3.2 | 8.0-8.8 | |
HS 6-5-4 | R13 | 1.3351 | 1.25-1.4 | 3.8-4.5 | 5.2-6.0 | 4.2-5.0 | 3.7-4.2 | ||||
HS 6-6-2 | R12 | 1.3350 | 1.0-1.1 | 3.8-4.5 | 5.9-6.7 | 5.5-6.5 | 2.3-2.6 | ||||
HS9-4-3-11 | 1.3208 | 1.41 | 4.2 | 8.8 | 3.6 | 3.4 | 11.0 | ||||
HS 10-4-3-10 | R14 | 1.3207 | BT42 | T42 | SKH-57 | 1.2-1.35 | 3.8-4.5 | 9.0-10.0 | 3.2-3.9 | 3.0-3.5 | 9.5-10.5 |
HS 12-1-4-5 | 1.3202 | BT15 | T15 | SKH-10 | 1.55 | 4.4 | 12.3 | 0.5 | 4.8 | 4.8 | |
HS 18-0-1 | R3 | 1.3355 | BT1 | T1 | SKH-2 | 0.73-.83 | 3.8-4.5 | 17.2-18.7 | 1.0-1.2 | ||
HS 18-1-2-5 | 1.3255 | BT4 | T4 | SKH-3 | 0.8 | 4 | 18 | 0.6 | 1.5 | 4.6 |
A gyorsacélok új nemzetközi jelölése[5] HS (High Speed = nagy sebességű), amelyet az ötvözőelemek %-os értékei követnek a következő sorrendben: W-Mo-V-Co. A Cr-tartalmat nem kell feltüntetni, mivel az általában 3,5-4,5%.
Felhasználási terület
[szerkesztés]A Magyarországon is elterjedtebb gyorsacélfajták felhasználási területeit a 2. táblázat ismerteti.
2. táblázat
Jel | EU jel | Alkalmazási terület |
---|---|---|
R6 (R12) | HS6-5-2 (HS6-6-2) | Csigafúró, menetfúró, menetmetsző, maró, üregelő szerszám, alakos kés, gépi fűrészlap, faipari kés, hidegfolyató bélyeg, matrica, kivágóbélyeg. |
R13 | HS6-5-4 | Az R6 növelt vanádiumtartalmú változata. Esztergakés, alakos kés, üregelő, dörzsár, süllyesztő, hajlító- és domborító szerszám. |
R8 | HS6-5-2-5 | Az R6 kobalttal növelt változata. Alakos kés, csigafúró, süllyesztő, fűrészlap, maró, fogazószerszámok. |
R9 | HS7-4-2-5 | Esztergakés, alakos kés, nagyobb átmérőjű maró, dörzsár, süllyesztő, nemfémes anyagok forgácsolószerszámai. |
R14 | HS10-4-3-10 | Esztergakés, alakos kés, hántolószerszám, tárcsa- és alakmaró, fogazó- és famegmunkáló szerszámok. |
R11 | HS2-9-1-8 | Ausztenites acélok és nikkel megmunkálására alkalmas szerszámok. Leszúrókés, alakos kés, automata kés, csigafúró, menetfúró, dörzsár, folyatószerszám. |
Kialakítás
[szerkesztés]Kisebb szerszámok tömör gyorsacélból általában köszörüléssel érik el végleges méretüket. A gyorsacéllal való takarékoskodás érdekében gyakran nem a teljes szerszámot készítik gyorsacélból, hanem csak a szerszám dolgozó részét. A szerszám befogó része általában olcsó nemesített elektroacélból (C45 vagy 42CrMo4) készül. Az ilyen szerszám két részét tompahegesztéssel rögzítik egymáshoz. Néha a keményfém váltólapkához hasonlóan cserélhető betétkéseket alkalmaznak, például marófejekben. Ismert az a megoldás is, amikor nemesített vagy betétedzett tüskére feltűzhető szerszámokat alkalmaznak, például palást- és idommarók esetében. Nagymodulú fogazószerszámok esetében (20 modul felett) felrakóhegesztést is alkalmaznak.
- Tömör gyorsacél központfúrók
- Gyorsacél csigafúró szénacél szárral
- Feltűzhető marószerszám
Bevonatok
[szerkesztés]A gyorsacél alapanyagból készült általános célú szerszámok (például a csigafúró) kielégítően működnek hagyományos gépeknél normál forgácsolási sebességet használva. Alkalomszerű, kis és közepes szériáknál való alkalmazásuk még gazdaságosnak is mondható. Vannak azonban esetek, mikor a némileg magasabb szerszámárak ellenére a megmunkálási költségek drasztikusan csökkenthetőek.
Az 1960-as évek végén olyan új alapanyagok kerültek kifejlesztésre, amelyeket az akkoriban elterjedt szerszámokkal szinte reménytelen vállalkozás volt megmunkálni:[6] nagy volt a szakítószilárdságuk és gyakran a szerszámanyagokkal is reakcióba léptek. E tényekből eredő megmunkálási nehézségeket a bevonatos szerszámanyagok kifejlesztése oldotta meg. A bevonatolási eljárások elterjedésével a bevonatos szerszámok ára csökkent; az árcsökkenés azt eredményezte hogy az ezredforduló körül általánossá vált a hagyományos, aránylag könnyen megmunkálható fémek bevonatolt szerszámokkal való megmunkálása nemcsak a forgácsolás, hanem az egyéb anyagalakítás terén is. A bevonatok terjedése olyan mérvű, hogy az általános célú szerszámok között is megjelentek a bevonatos szerszámok. Egyszerűbb esetekben a bevonat csupán általános korrózióvédelemre szolgál.
- Bevonat nélküli gyorsacél csigafúró
- Gyorsacél csigafúró, korrózióvédő bevonattal
- Titán-nitrid bevonatú lyukasztóbélyegek
- Alumínium-titán-nitrid bevonatú marószerszámok
- Titán-nitrid bevonatú gyorsacél csigafúró, famegmunkáláshoz
A bevonatok kétszeresére növelik a gyorsacél szerszámanyagokkal elérhető forgácsolási sebességeket. A bevonatok keménysége 3-10-szerese a gyorsacél szerszámnak. Legismertebb a titán-nitrid és a titán-karbid bevonat[7] A bevonatok sokféleképpen készíthetőek: klasszikus eljárás a nitridálás, keménykrómozás és a fémszórás. A forgácsoló szerszámok többsége vákuumgőzöléses eljárással kapja bevonatát. A különféle bevonatolási eljárások összehasonlítása a 3. táblázatban található.
3. táblázat
Bevonat | Keménység, HV | Rétegvastagság, µm | Jellemzők | Bevonat színe | Max. üzemi hőfok °C |
---|---|---|---|---|---|
Fe 304 | 400 | Max. 5 | Felületvédelem | Sötétszürke | 550 |
Fe 304 | 400 | Max. 5 | Felületvédelem | Bronz | 550 |
FeN | 1300 | 20 | Diffúziós[8] | Szürke | 550 |
Cr | 1100 | Max. 5 | Egyrétegű | Ezüst | 550 |
TiN | 2300 | 1-4 | Egyrétegű | Arany | 600 |
TiCN | 3000 | 1-4 | Többrétegű | Kékesszürke | 500 |
TiAlN | 3300 | 3 | Nanostruktúra | Szürkésfekete | 900 |
TiAlN | 3500 | 1-3 | Egyrétegű | Ibolyaszürke | 900 |
CrN | 1750 | 3-4 | Egyrétegű | Ezüstszürke | 700 |
Ti, C, N[9] | 2900 | 3,5-3,7 | Összetett | Réz | 475 |
AlCrN | 3200 | Egyrétegű | Kékesszürke | 1100 | |
TiAlN+WC/C | 3000 | 2-6 | Összetett | Fekete | 800 |
ZrN | 2800 | 2-3 | Egyrétegű | Aranysárga | 800 |
Polikristályos gyémánt | 8000 | 6, 12, 20 | Egyrétegű | Világosszürke | 700 |
Magyarországi helyzetkép
[szerkesztés]Magyarországon a rendszerváltás előtti időkben eltérő tulajdonságú és összetételű gyorsacélokat gyártottak az MSZ 4351-56 szerint,[10] amelyek minőségeit és vegyi összetételét a 4. táblázat tartalmazza. A 4. táblázat szerinti összetételű anyagokból még számos helyen komoly mennyiség áll rendelkezésre, amit gazdasági okokból sem célszerű megsemmisíteni.
4. táblázat
Jel | C | Cr | W | Mo | V | Co |
---|---|---|---|---|---|---|
R1 | 0.7-0.85 | 4-5 | >17 | 0.5-1.2 | 1-1.5 | 8-12 |
R2 | 0.7-0.85 | 4-5 | >17 | 0.5-1.2 | 1-1.5 | 4-6 |
R3 | 0.7-0.9 | 4-5 | >17 | 0.3-1.2 | 0.8-1.5 | |
R4 | 0.7-0.85 | 4-5 | >14 | 0.3-1.0 | 0.8-1.2 | |
R5 | 0.8-1.05 | 4-5 | 8.5-12 | 0.3-0.8 | 2-3 |
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ Akár 30%-ot is elérheti az ötvözők aránya.
- ↑ http://www.wisegeek.com/what-is-high-speed-steel.htm What is High Speed Steel?
- ↑ George Roberts: Tool Steels, ASM International, 1998, ISBN 1615032010
- ↑ Boccalini, M., H. Goldenstein (2001. February). „Solidification of high speed steels”. International Materials Reviews 46 (2), 92–115 (24). o. DOI:10.1179/095066001101528411.
- ↑ ISO 4957 Tool Steels
- ↑ A megmunkálandó anyag nagy szilárdsága miatt a megmunkálás sebességét (vágósebesség) drámaian csökkenteni kellett. A csökkentett sebesség – amellett, hogy nem termelékeny – a szerszámok számára is kedvezőtlen helyzetet teremtett: nem alakult ki határozott vágás, a megmunkált anyagok felkenődtek, ráhegedtek a szerszám élére (élsisak-képződés), idő előtti törést, selejtet okozva.
- ↑ DORMER: Technical Handbook 16-18. o.
- ↑ L. Nitridálás
- ↑ http://scitation.aip.org/content/avs/journal/jvsta/4/6/10.1116/1.573709 Herman A. Jenh et. al.: Morphology and properties of sputtered (Ti,Al)N layers on high speed steel substrates... (1986)
- ↑ Ohmacht - Sárközi: Műszaki táblázatok és képletek 613. o., Műszaki Könyvkiadó, Táncsics Könyvkiadó, 1963, ISBN nélkül
Kapcsolódó cikkek
[szerkesztés]További információk
[szerkesztés]- High Speed Steel
- ISO 4957:1999 Tool steels
- ASM Handbook, Volume 16: Machining 51-59., Alan M. et al.: High.Speed Tool Steels Archiválva 2021. augusztus 31-i dátummal a Wayback Machine-ben
- SELECTION OF HIGH SPEED STEEL CUTTING TOOL MATERIALS
- ASTM A600 - 92a(2010) Standard Specification for Tool Steel High Speed
- High Speed Steel Grade, Chemical Composition and Properties