Быстрорежущая сталь HSS: марки и свойства

Сталь скоростного резания HSS: разновидности и параметры для инженера-практика

Нередко, друзья, приходилось ли вам, вероятно, сталкиваться с положением дел, когда инструмент перегревается на первых обрабатываемых заготовках, или прилипает стружка, либо режущая кромка скалывается, несмотря на то что рабочие параметры были заданы, казалось бы, в полном соответствии с научными методиками? Зачастую, причём, корень данной проблемы скрывается отнюдь не в оборудовании, не в действиях оператора и даже не во всех случаях в выбранных режимах. Как известно, источником трудностей часто даёт о себе знать ошибочный подбор материала для оснастки. Безусловно, к твёрдым сплавам, а также керамике и кубическому борнитриду мы уже адаптировались на протяжении двух десятков лет. Однако, стоит признать, что на производстве всё так же ведётся значительное число операций, где без проверенной временем стали скоростного резания (HSS) не обойтись. Ведь именно её сфера применения включает, к примеру, инструмент для нарезания резьбы, развёртки, зенкеры, а также концевые фрезы малого диаметра и значительное число свёрл. Кстати, ключевое заключается в том, что цена оснастки из HSS многократно, а иногда и в десятки раз, даёт более низкое значение, чем стоимость аналога, изготовленного из твёрдого сплава. В целом, это обстоятельство подразумевает, что для выпуска малыми сериями, для участков, занимающихся починкой, и даже для обычных предварительных работ HSS, бесспорно, оказывается незаменимой.

Примечательно, "HSS" не даёт представление о едином материале. Фактически, перед нами совокупность сталей, причём каждая отдельная марка, несомненно, располагает своими особенностями, а также индивидуальными преимуществами и недостатками. Следовательно, без понимания этих различий можно, как показывает практика, без труда снизить выработку примерно на 30-50 процентов, или даже испортить ценную заготовку. В свою очередь, моя цель на сегодня – не просто предоставить вам книжные концепции из учебных пособий, а дать прикладное видение сталей скоростного резания, используя при этом примеры из повседневной практики, а также разбирая допущенные ошибки и успешные подходы, чтобы вы, итого, могли с высокой точностью подобрать сталь под определённую цель. Итак, мы ознакомимся, пожалуй, с отечественными ГОСТами и их зарубежными аналогами, изучим присадки и их воздействие, а также выясним, когда даёт смысл дополнительно расходоваться на кобальтовые HSS-Co, а когда вполне хватает обычного Р6М5. И, конечно, основное – это понять, как избежать повторения тех прежних ошибок, которые совершали лично я и мои сослуживцы за прошедшие два десятка лет.

Оглавление

• Основная классификация быстрорежущих сталей
• Материалы основы и покрытия HSS инструмента
• Критерии выбора HSS инструмента
• Справочные данные и ГОСТы
• Сравнительная таблица марок быстрорежущих сталей
• FAQ по быстрорежущей стали HSS
• Заключение

Основная классификация быстрорежущих сталей

Так, например, на заре моего профессионального пути, однажды, нам было получено поручение на механическую обработку легированной стали 40ХН. В частности, эти отверстия были незначительными, с диаметром 6 мм и залеганием в 25 мм. Изначально были выданы обычные буры марки Р6М5. Однако, после выполнения 10-15 отверстий, сверло, бывало, начинало перегреваться, а его режущие кромки деформировались. Как следствие, выработка снизилась вдвое по сравнению с планируемой. Иными словами, это произошло потому, что стандартная сталь скоростного резания (HSS) не всегда задействуется для столь интенсивных условий и сложных заготовок. В данном контексте, давайте выясним, какие именно разновидности "обычной" HSS существуют и почему они не всегда даёт ожидаемый результат.

Стали скоростного резания с вольфрамом (разновидность Т / М1-М10 по AISI)

Примечательно, что это самое давнее из всех разновидностей HSS. Действительно, её прародитель — легендарная Р18. Знаменитая, она же старая и надёжная "восемнашка". Возникает вопрос: почему именно 18? Ответ кроется в том, что 18% вольфрама содержится в её составе. В сущности, вольфрам, как общепризнано, задействуется в качестве одного из наиболее эффективных присадок для увеличения теплостойкости и прочности при высоких температурных режимах. К примеру, некогда, примерно 30-40 лет назад, Р18, по сути, даёт главную марку в производстве. Иными словами, этой маркой обрабатывались любые материалы. Фактически, после термической обработки её жёсткость достигает 63-65 HRC.

Преимущества Р18:

• В частности, её высокая термостойкость: режущие качества сохраняются до 600-620°C, что, безусловно, значимо при высоких показателях скорости резания.
• Кроме того, проявляется отличная устойчивость к износу.
• Также обширный температурный диапазон закалки даёт относительную невосприимчивость к небольшим вариациям в процессе термической обработки.

Недостатки Р18:

• Однако, это даёт высокую цену из-за значительной концентрации вольфрама, поскольку этот элемент, стоит сказать, является ценным и важным компонентом стратегического значения.
• Кроме того, проявляется предрасположенность к формированию крупнозернистой структуры при перегреве, что, естественно, уменьшает прочностные характеристики.
• Более того, наблюдается сравнительно невысокая пластичность относительно молибденовых сталей, что способно способствовать ломкости при импульсных воздействиях.

Действительно, в реальной работе Р18 встречается по сей день. Так, например, её можно было встретить в устаревших метчиках, лерках, а иногда и в фрезах с внушительным диаметром. При этом для резания пластичных металлов, где значима устойчивость режущей кромки при нагреве, она, конечно, всё ещё уместна. Тем не менее, в условиях серийного изготовления её заменили более рентабельные марки. Среди прочего, из числа зарубежных аналогов, безусловно, можно отметить T1 (1.3355).

Стали скоростного резания с молибденом (разновидность М / М1-М52 по AISI)

В сущности, сейчас это даёт главную разновидность HSS. Почему? Дело в том, что молибден, по большей части, субституирует вольфрам, давая схожие параметры, однако он при этом оказывается гораздо более доступен по цене. Более того, молибденовым сталям обычно присуща повышенная пластичность. Таким образом, наиболее часто встречающаяся марка, без всяких оговорок, — это Р6М5. Так сказать, именно она является нашей основной рабочей сталью. Пожалуй, невозможно подсчитать, сколько тысяч свёрл, фрез и развёрток было изготовлено из неё.

Следует отметить, обозначение Р6М5 означает "6% вольфрама, 5% молибдена". По всей видимости, перед нами гармоничная композиция, дающая приемлемую прочность в 63-65 HRC и достаточную термостойкость вплоть до 600°C.

Преимущества Р6М5:

• Несомненно, обеспечивается наилучший баланс между ценой и качеством.
• Также присуща повышенная пластичность, что снижает риск скалывания режущей кромки при импульсной обработке или динамических воздействиях.
• Кроме того, проявляется отличная податливость шлифованию, что критично при производстве оснастки.
• Более того, многофункциональность: сталь задействуется для резания основной массы конструкционных сталей, чугунов и цветных металлов.

Недостатки Р6М5:

• Однако, термостойкость её уступает марке Р18, что сдерживает скоростные параметры обработки при работе с высокопрочными или сплавами с высоким легированием.
• Иногда, она не всегда эффективно справляется с абразивным износом при резании материалов с высоким содержанием кремния.

Однажды, припоминаю, был случай: партию китайских свёрл, вроде как HSS, было приобретено. Их цена даёт копейки. Затем они были запущены в обработку по стали 45 при обычном сверлении. Тем не менее, буры приходили в негодность уже после 3-5 отверстий, причём их кромки буквально "плавились", а не просто затуплялись. По проведённому анализу, обнаружилось, что это вовсе не Р6М5, а какая-то низколегированная сталь с минимальным содержанием молибдена. Экономия, итого, обернулась убытком: произошли простои, а заготовки были испорчены. Именно с тех пор оснастку мы приобретаем исключительно у надёжных поставщиков.

Среди зарубежных аналогов Р6М5: это M2 (1.3343). Во всём мире, пожалуй, эта марка является наиболее распространённой HSS. При виде инструмента с маркировкой HSS без дальнейшего уточнения, скорее всего, он даёт собой M2 или её близкий вариант.

Среди других сталей с молибденом:

• Р6М3: Здесь меньше молибдена, соответственно, термостойкость немного ниже. Встречается она реже.
• Р9М4К8: Это уже гораздо более сложный состав, с присутствием кобальта, но о нём мы поговорим позже.

Стали скоростного резания с кобальтом (HSS-Co / HSS-E / разновидность М по AISI с добавкой Co)

Именно здесь, как показывает практика, мы приближаемся к "тяжёлой артиллерии". Когда стандартная Р6М5 начинает "сдавать позиции", когда нужно работать с нержавеющей сталью, жаропрочными сплавами, титаном, или просто нужно повысить стойкость инструмента на обычных сталях в 1.5-2 раза – на авансцену выходит кобальт.

Примечательно, кобальт (Co) карбидов не образует, однако он, растворяясь в матрице стали, даёт повышение её прочности при высоких температурных значениях. Его присутствие стабилизирует аустенит, что позволяет увеличить температуру закалки, а значит, и численность карбидов в мартенситной матрице. В конечном итоге, мы получаем:

• Значительно повышенную термостойкость (до 620-650°C).
• Увеличенную прочность при рабочих температурных показателях.
• Улучшенную устойчивость к износу.

Среди наиболее часто встречающихся марок с кобальтом:

• Р6М5К5: Она же "Пять кобальта". По сути, это самая популярная HSS с кобальтом на территории России. В её составе 6% вольфрама, 5% молибдена и 5% кобальта. Твердость её даёт 65-67 HRC.
• Р9К5 и Р9К10: Это стали с 9% вольфрама и, соответственно, 5% или 10% кобальта. Им присуща очень высокая термостойкость, однако из-за большого содержания вольфрама они дороже и отличаются большей хрупкостью.

Среди зарубежных аналогов: M35 (1.3243) – это эквивалент Р6М5К5, он содержит 5% кобальта. M42 (1.3247) – в своём составе имеет 8-10% кобальта, а также повышенную концентрацию ванадия, что даёт ей ещё большую устойчивость к износу.

Ситуация из практики: Детали из нержавеющей стали 12Х18Н10Т были в процессе обработки. Диаметр отверстия равнялся 10 мм, глубина — 30 мм. Свёрла из Р6М5 "умирали" уже после 5-7 отверстий, при этом давая жуткий наклёп и биение. Затем был осуществлён переход на свёрла Р6М5К5. Стойкость выросла до 30-40 отверстий на одну заточку, а качество поверхности улучшилось с Ra 6.3 до Ra 3.2. Скорость резания была увеличена с 15 до 22 м/мин, подача – на 15%. Общая производительность участка выросла на 60%. Цена сверла Р6М5К5 была в 1.5 раза выше, но она с лихвой окупилась.

Преимущества HSS-Co:

• Высокая термостойкость и прочность при высоких температурах.
• Отличная устойчивость к износу, особенно при работе с абразивными и труднообрабатываемыми материалами.
• Повышенная стойкость инструмента, сокращение времени на переточки.

Недостатки HSS-Co:

• Повышенная хрупкость по сравнению со стандартными молибденовыми сталями. Оснастка из HSS-Co требует более осторожного обращения, она чувствительна к ударным воздействиям и вибрациям.
• Значительно более высокая цена из-за присутствия кобальта.
• Требовательность к жёсткости оснастки и станка.

Личная рекомендация: Если вы ведёте работу с нержавеющей сталью, жаропрочными или высоколегированными сплавами и наблюдаете, что обычная HSS "не справляется" – не стоит экономить, сразу же берите HSS-Co. Вы сэкономите на переточках и простоях гораздо больше.

Стали скоростного резания с ванадием (высокованадиевые HSS / разновидность М по AISI с высоким V)

Ванадий (V) – это ещё один значимый присадочный элемент. Он образует карбиды (VC), которые отличаются высокой прочностью и устойчивостью, что значительно даёт повышение устойчивости стали к износу. Особенно это обстоятельство значимо при работе с материалами, способствующими абразивному износу – такими как чугуны с графитом, а также высококремнистые алюминиевые сплавы.

В составе обычных HSS типа Р6М5 концентрация ванадия составляет примерно 1-2%. В марках с высокой прочностью она может достигать 3-4%, а в порошковых сталях – даже 5% и более.

• Р12Ф2М: Эта марка содержит 12% вольфрама, 2% ванадия. Ей присуща повышенная устойчивость к износу.
• Р9Ф5: В ней 9% вольфрама и 5% ванадия. Устойчивость к износу очень высокая, но и хрупкость тоже на высоком уровне.

Среди зарубежных аналогов: M3-2 (1.3344) с 2% ванадия, M4 (1.3348) с 4% ванадия. M4 особенно хорошо себя показывает для фрез, задействуемых по чугуну.

Кейс: На одном из заводов требовалось выполнить фрезерование плоскости на корпусах из серого чугуна СЧ20. Фрезы из Р6М5 "садились" очень быстро, приходилось их часто перетачивать. Затем был осуществлён переход на фрезы с напайными пластинами из Р9Ф5. Устойчивость выросла в 2.5 раза. Абразивный износ был значительно снижен.

Порошковые стали скоростного резания (PM HSS / ASP / Vanadis)

По сути, это уже совсем иной уровень. Порошковая металлургия даёт возможность создавать стали с поистине уникальной структурой. Вместо традиционного литья и ковки, где карбиды зачастую формируют крупные, неравномерно распределённые скопления, порошковая HSS ведётся путём прессования и спекания мелких частиц порошка. Это обстоятельство даёт:

• Очень мелкое и равномерное распределение карбидов.
• Отсутствие карбидной сетки, которая даёт снижение прочности.
• Высокую однородность структуры.

В конечном итоге мы получаем HSS со следующими характеристиками:

• Повышенной прочностью (до 68-70 HRC).
• Значительно улучшенной устойчивостью к износу.
• Повышенной пластичностью и прочностью на изгиб (до 20-30% выше, чем у обычных HSS).
• Улучшенной шлифуемостью.

Это даёт возможность использовать более высокие параметры резания, достигать более высокой стойкости и улучшенного качества поверхности.

Среди типичных марок:

• Р6М5Ф3-МП (порошковая Р6М5 с 3% ванадия).
• Среди зарубежных: ASP 23, ASP 30, ASP 60 (производство Erasteel Söderfors, Швеция), CPM M4, CPM Rex 76 (Crucible Industries, США). Эти стали могут содержать до 10% ванадия и 10-12% кобальта.

Кейс: Велся пилотный проект по растачиванию отверстий в закалённой стали 40ХН2МА (35-40 HRC). Обычные расточные резцы Р6М5К5 давали стойкость в 10-12 деталей, после чего требовалась переточка. Затем были опробованы резцы из порошковой HSS (аналог ASP 30). Стойкость выросла до 40-50 деталей, причём качество поверхности было стабильно лучше, а параметры резания удалось поднять на 15% по скорости и на 10% по подаче. Инструмент, разумеется, дороже в 2-3 раза, но благодаря сокращению простоев и повышению качества деталей, инвестиции окупились за 2 месяца.

Недостаток: Высокая цена. Но для ответственных операций, серийного выпуска, обработки труднообрабатываемых материалов – это весьма выгодное решение.

Азотированные и криогенно обработанные HSS

Это не даёт собой отдельные марки сталей, а, скорее, методы дополнительной обработки, дающие улучшение свойств уже существующих марок.

• Азотирование: Представляет собой поверхностное насыщение азотом. На поверхности инструмента создаётся тонкий, но очень прочный и устойчивый к износу слой (нитриды). Он даёт повышение прочности поверхности до 900-1100 HV, улучшает устойчивость к износу и антифрикционные качества. Но при этом пластичность поверхности даёт снижение, поэтому азотирование задействуется там, где отсутствуют ударные воздействия. Задействуется это для режущих кромок, ножей, штампов.
• Криогенная обработка: Представляет собой охлаждение инструмента до очень низких температур (-150°C и ниже) после закалки, но до отпуска. Это обстоятельство даёт возможность дополнительно преобразовать остаточный аустенит в мартенсит, а также способствует выделению сверхмелких карбидов. В итоге даёт повышение прочности, устойчивости к износу и стабильности размеров оснастки. Согласно исследованиям, она может дать увеличение стойкости на 20-50% исходя из марки стали и обрабатываемого материала.

Один мой знакомый термист проводил эксперименты с криогенной обработкой фрез Р6М5К5 для работы с титаном. Расход фрез сократился примерно на 30%. Дополнительные траты на криогенную обработку были минимальными, а выгода очевидна.

Стали с дополнительными элементами

Помимо основных присадочных элементов, в состав HSS могут быть добавлены и другие, чтобы придать им специфические параметры:

• Алюминий (Al): Он может давать улучшение шлифуемости и прокаливаемости.
• Ниобий (Nb): Сильный карбидообразующий элемент, подобно ванадию. Он даёт повышение устойчивости к износу и термостойкости.
• Титан (Ti): Этот элемент образует очень прочные карбиды и нитриды, но его задействование в HSS имеет ограничения из-за сложности гомогенизации.

Практическая рекомендация из личного опыта: Никогда не пренебрегайте маркировкой инструмента. Если на сверле имеется надпись HSS, но отсутствует уточнение марки, это, скорее всего, даёт собой базовую молибденовую сталь типа Р6М5 или M2. Для большинства задач этого вполне достаточно. Но если вы видите HSS-Co или HSS-E, то это уже сталь с кобальтом (Р6М5К5 или M35/M42), и она, безусловно, оправдает свою более высокую цену на сложных материалах. Если же инструмент маркирован PM HSS (порошковая HSS) – будьте готовы к высокой цене, но и к очень серьёзной производительности.

Материалы основы и покрытия HSS инструмента

Выбор марки стали – это лишь одна часть дела. Вторая часть – это верная геометрия и, что не менее значимо для HSS, покрытия. Многие специалисты считают, что покрытия – это удел твёрдого сплава. Однако, это не так! На HSS они даёт отличный результат, особенно на инструментах, которые не подвергаются частым переточкам по всей режущей части.

Основная HSS для инструмента

Как мы уже обсуждали, для большинства стандартных операций подойдёт Р6М5 (M2). Это универсальный рабочий, справляющийся с углеродистыми и низколегированными сталями (Ст3, Ст45, 40Х), чугунами (СЧ15, СЧ20), а также цветными металлами (АМг6, латунь ЛС59).

Если у вас на производстве много нержавеющей стали (12Х18Н10Т, 08Х18Н10), жаропрочных сплавов (ХН35ВТ, ЖС32), инструментальных сталей (У8, ХВГ), или просто хотите получить максимальный эффект из обычных сталей – ваш выбор Р6М5К5 (M35) или Р9К5/Р9К10 (M42). Они выдерживают значительно более высокие температуры в зоне резания и лучше сопротивляются наклёпу.

Для обработки абразивных материалов, таких как серый чугун с высоким содержанием кремния, некоторые виды алюминиевых сплавов с кремнием, или порошковые материалы, стоит рассмотреть стали с повышенным содержанием ванадия, например, Р9Ф5 (M4) или Р12Ф2М (M3-2).

А вот для обработки пластичных, склонных к налипанию материалов, или для высокоточных операций, где важна стабильность кромки при малых сечениях стружки, порошковые HSS типа ASP 23/30 – это прям находка. Они даёт превосходное качество поверхности и увеличенную стойкость.

Покрытия для HSS инструмента

Покрытие – это тончайший слой (обычно 2-5 микрон), нанесённый на поверхность оснастки. Оно ведётся как барьер, давая уменьшение трения, тепловыделения и налипания стружки, а также давая повышение прочности поверхности.

1. Нитрид титана (TiN):

• Оттенок: Золотистый.
• Прочность: 2000-2500 HV.
• Температурный лимит эксплуатации: до 600°C.
• Характеристики: Универсальное покрытие, даёт повышение прочности поверхности, снижает коэффициент трения, даёт увеличение стойкости инструмента на 30-50%. Подходит для широкого спектра материалов: сталей, чугуна, алюминия.
• Когда задействуется: Для свёрл, фрез, метчиков общего назначения. Это базовое покрытие, которое часто идёт "по умолчанию" на многих инструментах.

2. Карбонитрид титана (TiCN):

• Оттенок: Медно-серый/сине-серый.
• Прочность: 2800-3200 HV.
• Температурный лимит эксплуатации: до 400°C (ниже, чем TiN из-за склонности к окислению азота).
• Характеристики: Оно прочнее и устойчивее к износу, чем TiN, но обладает меньшей термостойкостью. Отлично подходит для обработки абразивных материалов и для операций, где значима прочность, но нет очень высоких температур. Оно даёт увеличение стойкости на 50-80%.
• Когда задействуется: Для фрез по чугуну, для обработки высококремнистого алюминия, для метчиков по прочным сталям.

3. Алюмонитрид титана (TiAlN / AlTiN):

• Оттенок: Фиолетово-чёрный.
• Прочность: 3000-3500 HV.
• Температурный лимит эксплуатации: до 800-900°C (образуется оксидный слой Al2O3, который даёт защиту от окисления и снижает трение).
• Характеристики: По сути, это самое термостойкое из распространённых PVD-покрытий. Оно идеально для высокоскоростной обработки и сухого резания. Даёт повышение стойкости на 100-200% и более.
• Когда задействуется: Для обработки закалённых сталей, нержавеющих сталей, жаропрочных сплавов, где критичны высокие температуры. Часто задействуется на концевых фрезах и свёрлах для станков с ЧПУ.

4. Алюмохромнитрид (AlCrN):

• Оттенок: Сине-серый.
• Прочность: 3000-3300 HV.
• Температурный лимит эксплуатации: до 900-1000°C.
• Характеристики: Оно схоже с TiAlN, но с улучшенной пластичностью и сопротивлением к адгезии (налипанию стружки). Отличные результаты показаны на нержавеющих и пластичных материалах.
• Когда задействуется: Для фрез и свёрл по нержавеющей стали, титановым сплавам.

5. DLC (Diamond-Like Carbon):

• Оттенок: Чёрный.
• Прочность: 4000-8000 HV.
• Температурный лимит эксплуатации: до 350-400°C.
• Характеристики: Очень низкий коэффициент трения, высокая прочность. Отлично предотвращает налипание стружки. Но не задействуется для работы с чёрными металлами при высоких температурах из-за химического взаимодействия углерода с железом.
• Когда задействуется: Идеально для обработки алюминия, меди, пластиков, композитов.

Кейс с покрытием: Было осуществлено сверление глубоких отверстий (15xD) в заготовках из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Свёрла Р6М5К5 без покрытия давали наклёп, стружка плохо отводилась, часто ломались. Затем на свёрла было нанесено покрытие TiAlN. Стойкость выросла в 2.5 раза. Отвод стружки стал значительно лучше, наклёп практически исчез. Покрытие дало возможность поднять скорость резания на 20%, а подачу на 10%. Затраты на покрытие окупились за пару дней.

Личная рекомендация: Не ждите чуда от покрытия, если оснастка уже изношена или изначально неверно подобран материал основы. Покрытие – это усилитель, а не универсальное решение. Также нужно помнить, что при переточке инструмента покрытие удаляется, и его защитные качества теряются. Для инструмента, который часто перетачивается по передней и задней поверхностям (например, профильные фрезы), покрытие имеет смысл только если оно нанесено после заточки, или если оно локально нанесено на неперетачиваемые поверхности.

Критерии выбора HSS инструмента

Однажды я столкнулся с задачей: на старом универсальном токарном станке нужно было выполнить обработку вала из стали 40Х. Нужно было снять значительный припуск, а затем обеспечить чистоту поверхности Ra 1.6. Работать с твёрдым сплавом на этом станке было некомфортно из-за вибраций. Я взял резцы из Р6М5, всё вроде бы шло нормально, но на чистовой обработке качество поверхности "плавало", кромка быстро затуплялась. А причина, очевидно, была в том, что для черновой обработки HSS ещё куда ни шло, но для чистовой требовался более стабильный и устойчивый к износу материал.

1. Обрабатываемый материал

Это, безусловно, самый первый и самый важный критерий.

• Углеродистые и низколегированные стали (Ст3, Ст45, 40Х): Универсальный выбор – Р6М5 (M2). Для более интенсивных режимов или при желании дать увеличение стойкости – Р6М5К5 (M35).
• Нержавеющие стали (12Х18Н10Т, 304, 316): Однозначно Р6М5К5 (M35) или M42. Этим сталям присуща склонность к наклёпу, и им нужен инструмент с высокой термостойкостью и хорошей устойчивостью к адгезии. Покрытие TiAlN или AlCrN крайне желательно.
• Жаропрочные сплавы (Инконель, Хастеллой, ЖС32): Только HSS-Co (M42) с максимально возможным содержанием кобальта, а лучше порошковые HSS-Co (ASP 60). Параметры резания будут невысокими, но стойкость здесь важнее всего.
• Закалённые стали (40Х до 45 HRC): Порошковые HSS (ASP 23/30/60) или M42 с покрытием TiAlN. Обычная HSS "плавится" на таких материалах.
• Чугуны (СЧ20, ВЧ50): Р6М5 (M2) с покрытием TiCN для серого чугуна. Для высокопрочного чугуна или при высоких скоростях – Р6М5К5 (M35) с TiAlN. Высокованадиевые стали (M4) также демонстрируют отличные результаты по абразивному износу.
• Алюминиевые сплавы: Для обычных сплавов – Р6М5 (M2) без покрытия или с DLC. Для высококремнистых сплавов – HSS с повышенным содержанием ванадия (M4) или покрытие TiCN.
• Медь и медные сплавы: Р6М5 (M2). Часто без покрытия, так как медь склонна к налипанию, а покрытия могут давать снижение пластичности.

2. Тип обработки и режимы резания

• Черновое резание, большие припуски, ударные воздействия: Важна пластичность оснастки. Р6М5 (M2) часто даёт лучший выбор, так как кобальтовые HSS более хрупкие.
• Чистовое резание, малые припуски, высокая точность, тонкостенные детали: Нужна высокая стабильность режущей кромки и устойчивость к износу. Р6М5К5 (M35) или порошковые HSS. Покрытия типа TiAlN или AlCrN также дадут улучшение качества поверхности.
• Прерывистое резание, вибрации: Требуется высокая пластичность и прочность на изгиб. Р6М5 (M2) предпочтительнее кобальтовых, но с усиленной геометрией. Порошковые HSS могут быть вариантом, так как обладают лучшим сочетанием прочности и пластичности.
• Высокие скорости резания: Требуется высокая термостойкость. HSS-Co (M35, M42) с покрытиями TiAlN/AlCrN.
• Низкие скорости, ручные операции: Обычные Р6М5 (M2) вполне справятся. Нет смысла переплачивать.

3. Стоимость инструмента и экономическая целесообразность

Не всегда самая дорогая оснастка даёт собой лучшую. И не всегда самая дешёвая – худшую.

• Мелкосерийное производство, единичные детали, ремонтные работы: Зачастую вполне достаточно Р6М5 (M2). Небольшой выигрыш в стойкости от более дорогого инструмента может не окупить его стоимости, особенно если инструмент перетачивается своими силами.
• Серийное производство, высокая стоимость заготовки, автоматизированные линии: Здесь каждый процент увеличения стойкости и скорости резания на счету. Р6М5К5 (M35), M42 или порошковые HSS с покрытиями оправданы. Сокращение простоев на замену инструмента, давая повышение стабильности процесса, давая улучшение качества деталей – это всё приносит реальную экономию.

Кейс ошибки: Для резьбы М10 в сталь 20 были закуплены метчики. Были выбраны самые дешёвые метчики из Р6М5. Они постоянно ломались, особенно на глубине. Возникали простои, требовалось выламывание остатков метчика, появлялся брак. Затем был осуществлён переход на метчики из Р6М5К5 с покрытием TiN от Dormer Pramet. Они стоили в 2.5 раза дороже. Но численность сломанных метчиков сократилась в 5 раз, стойкость выросла в 3 раза. Общие затраты на оснастку и брак снизились на 40%.

4. Тип станка и оснастки

• Жёсткие станки с ЧПУ, стабильная оснастка: Можно задействовать более хрупкие, но производительные кобальтовые или порошковые HSS.
• Универсальные станки, старые станки, недостаточная жёсткость, ручная подача: Предпочтение следует отдавать инструментам из более пластичных сталей, таких как Р6М5 (M2). Нужно избегать хрупких марок, которые не выдерживают вибраций и ударных воздействий.

Личная рекомендация: Всегда начинайте, как показывает практика, с наиболее распространённых и проверенных марок, типа Р6М5. Если они "не тянут", то постепенно повышайте класс инструмента: сначала Р6М5К5, затем покрытия, затем порошковые стали. Нет смысла сразу приобретать самое дорогое, если условия работы не требуют экстремальных параметров. И всегда нужно помнить: инструмент – это расходный материал. Он должен не просто работать, а работать эффективно и с экономической выгодой.

Справочные данные и ГОСТы

Будучи технологом, я не раз сталкивался с ситуацией, когда на чертеже указана одна марка стали, а фактически на производстве – совершенно другая. Или же оснастка приобретается по каталогу без указания конкретной марки HSS, а затем выясняется, что её параметры не соответствуют ожиданиям. Именно здесь и приходят на помощь ГОСТы и международные стандарты. Они даёт возможность однозначно идентифицировать материал и понимать его основные параметры.

Основные отечественные ГОСТы на быстрорежущие стали:

• ГОСТ 19265-73: "Сталь быстрорежущая. Технические условия". Этот документ даёт собой основной регламентирующий состав, прочность, макроструктуру и другие параметры отечественных марок HSS. Здесь вы найдёте подробные требования к Р6М5, Р18, Р6М5К5 и другим маркам.
• ГОСТ 5950-2000: "Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Технические условия". Он описывает сортамент и требования к прокату из инструментальных сталей, в том числе и быстрорежущих.
• ГОСТ 2847-67: "Прутки, полосы и мотки из быстрорежущей стали. Размеры". Он определяет размеры и предельные отклонения для полуфабрикатов быстрорежущих сталей.

Международные стандарты и обозначения:

При работе с импортной оснасткой (Sandvik Coromant, Kennametal, Iscar, Mitsubishi, Walter, Dormer Pramet), важно понимать соответствие их марок нашим.

• AISI (American Iron and Steel Institute): Эта система обозначений является наиболее распространённой в США.
  • Разновидность Т (Tungsten HSS): Стали скоростного резания с вольфрамом. Например, T1 (аналог Р18).
  • Разновидность М (Molybdenum HSS): Стали скоростного резания с молибденом. Здесь содержится большинство марок: M2 (аналог Р6М5), M35 (аналог Р6М5К5), M42 (высококобальтовая HSS).
• EN (European Norm) / DIN (Deutsches Institut für Normung) / ISO (International Organization for Standardization): Европейские стандарты, которые часто задействуют числовые обозначения материалов.
  • 1.3355: Аналог T1 / Р18.
  • 1.3343: Аналог M2 / Р6М5.
  • 1.3243: Аналог M35 / Р6М5К5.
  • 1.3247: Аналог M42.
• JIS (Japanese Industrial Standards): Японские стандарты. Например, SKH51 (аналог M2).

Пример химического состава (по ГОСТ 19265-73):

Эти сведения – не просто сухие цифры. Они даёт вам как технологу провести экспресс-анализ инструмента или материала, если возникнут сомнения. Если вы видите, что на инструменте заявлена, например, M35, а по факту он ведёт себя как M2, можно запросить сертификат или выполнить входной контроль. Разница в содержании кобальта, например, в 5% – это не погрешность, это принципиально другой материал.

Личная рекомендация: Всегда нужно требовать от поставщика сертификаты на инструментальный материал или хотя бы чёткую маркировку. Особенно это обстоятельство актуально для азиатских изготовителей. Маркировка HSS-Co на инструменте не всегда означает Р6М5К5 или M35, иногда это может быть сталь с меньшим содержанием кобальта, а значит, и с более низкой стойкостью.

Сравнительная таблица марок быстрорежущих сталей

Предлагаю вам сводную таблицу, которая даёт быстро сориентироваться в мире HSS. Я постарался собрать наиболее значимые параметры, исходя из моего опыта. Нужно помнить, что это усреднённые значения, и конкретные параметры могут незначительно отличаться исходя из изготовителя и качества термической обработки.

Практическая рекомендация: Обратите внимание на столбец "Относительная стоимость". Если вы переходите с Р6М5 на Р6М5К5, то цена, безусловно, вырастет примерно в 1.5-2 раза. На порошковые HSS – в 3-5 раз. Это, конечно, нормально. Основное, чтобы эта разница в цене окупилась за счёт увеличения производительности, снижения брака и уменьшения простоя оборудования. Если вы работаете на универсальном станке, где оператор постоянно "играет" режимами, то дорогая оснастка может оказаться просто выброшенными деньгами. А на жёстком станке с ЧПУ, где режимы стабильны и оптимизированы – это реальная экономия.

FAQ по быстрорежущей стали HSS