Быстрорежущая сталь против вольфрамовой стали: сравнение характеристик материалов

Представьте себе высокоточные станки, работающие на невероятных скоростях, разрезающие прочные металлы, искры летят во все стороны. Что позволяет этим режущим инструментам выдерживать такие экстремальные условия, сохраняя при этом остроту и долговечность? Ответ часто кроется в их материале — высокоскоростной стали или вольфрамовой стали. Оба материала являются важными инструментальными сталями в современной промышленности, но что именно их отличает и как следует выбирать между ними для конкретных применений? Эта статья представляет собой углубленный анализ их свойств, применений и критериев выбора.

Высокоскоростная сталь (HSS) — это сложная легированная сталь, известная своей исключительной твердостью, износостойкостью и термостойкостью. Это не однокомпонентный материал, а скорее сплав, содержащий несколько карбидообразующих элементов, таких как вольфрам, молибден, хром, ванадий и кобальт, с общим содержанием легирующих элементов, обычно составляющим от 10% до 25%. Это стратегическое сочетание элементов придает HSS ее уникальные свойства.

• Высокая твердость: После закалки и низкотемпературного отпуска HSS достигает замечательной твердости, обеспечивая эффективную резку различных металлов.
• Износостойкость: HSS сохраняет остроту при длительном использовании с минимальным износом инструмента.
• Термостойкость (красная твердость): Даже при высоких температурах (500°C/932°F) во время быстрой резки HSS сохраняет значительную твердость, не размягчаясь — это ее наиболее отличительная черта.
• Хорошая прочность: По сравнению с другими материалами с высокой твердостью, HSS обеспечивает лучшую ударопрочность, снижая риск сколов.

HSS в основном используется для производства сложных тонкорежущих инструментов, ударопрочных металлорежущих инструментов, высокотемпературных подшипников и штампов для холодной экструзии, в том числе:

• Режущие инструменты: Токарные резцы, сверла, фрезы, протяжки, долбяки, пильные полотна
• Штампы: Высокоточные, долговечные штампы, такие как формы для холодной экструзии
• Подшипники: Компоненты, работающие в высокотемпературных условиях

HSS устраняет ограничения углеродистой инструментальной стали, которая быстро теряет твердость выше 200°C (392°F) и становится неэффективной при 500°C (932°F). Благодаря своей превосходной красной твердости, HSS сохраняет режущую способность при высоких температурах, обеспечивая высокоскоростную обработку.

Вольфрамовая сталь, или твердый сплав, представляет собой спеченный композитный материал, в основном состоящий из карбида вольфрама (WC). Он обладает исключительной твердостью, износостойкостью, прочностью, ударной вязкостью, термостойкостью и коррозионной стойкостью — сохраняя стабильность до 500°C (932°F) и сохраняя значительную твердость даже при 1000°C (1832°F).

Вольфрамовая сталь состоит в основном из карбида вольфрама (70%-95%) и связующих металлов, таких как кобальт (5%-30%). Дополнительные карбиды (титан, тантал или ниобий) могут быть добавлены для повышения производительности.

• Экстремальная твердость: Обладая твердостью HRA86-93, вольфрамовая сталь намного превосходит HSS, обеспечивая обработку более твердых материалов.
• Превосходная износостойкость: Вольфрамовая сталь служит в несколько раз дольше, чем HSS, уменьшая частоту замены инструмента.
• Отличная термостойкость: Сохраняет высокую твердость и прочность при повышенных температурах.
• Регулируемая прочность: Модификации состава и размера зерна могут улучшить прочность на изгиб и ударопрочность.

Известная как «зубы современной промышленности», вольфрамовая сталь широко используется в:

• Режущие инструменты: Токарные резцы, фрезы, сверла, расточные резцы, развертки, метчики, штампы
• Штампы: Волочильные штампы, штампы для холодной штамповки, штампы для штамповки
• Горные инструменты: Сверла, буровые коронки
• Износостойкие детали: Сопла, направляющие, уплотнительные кольца
• Геологические инструменты: Сверла для разведки нефти/газа

Учитывайте следующие факторы при выборе между HSS и вольфрамовой сталью:

• Материал заготовки: Выбирайте вольфрамовую сталь для твердых материалов (закаленная сталь, нержавеющая сталь); HSS подходит для более мягких материалов (углеродистая сталь, легированная сталь).
• Скорость резания: Выбирайте вольфрамовую сталь для высокоскоростной резки; HSS подходит для более низких скоростей.
• Геометрия инструмента: HSS лучше подходит для сложных форм, требующих прочности; вольфрамовая сталь подходит для более простых геометрий.
• Стоимость: HSS более экономична; вольфрамовая сталь обеспечивает более длительный срок службы инструмента и более высокую эффективность.

Как высокоскоростная сталь, так и вольфрамовая сталь являются жизненно важными инструментальными материалами с различными свойствами и областями применения. HSS обеспечивает хорошую прочность и более низкие затраты для инструментов общего назначения, в то время как вольфрамовая сталь обеспечивает экстремальную твердость и износостойкость для требовательных применений. Тщательно оценивая эксплуатационные требования, производители могут оптимизировать эффективность обработки и экономическую эффективность.