Gyorsacél

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Csigafúró - a legismertebb gyorsacél szerszám (1/8", balos)

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 wolfrám-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 | forrásszöveg szerkesztése]

A gyorsacélokat az 1900-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 wolfrám 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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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.

Bevonatok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.

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 titánkarbid 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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Akár 30%-ot is elérheti az ötvözők aránya.
  2. http://www.wisegeek.com/what-is-high-speed-steel.htm What is High Speed Steel?
  3. George Roberts: Tool Steels, ASM International, 1998, ISBN 1615032010
  4. Boccalini, M., H. Goldenstein (2001. February). „Solidification of high speed steels”. International Materials Reviews 46 (2), 92–115 (24). o. DOI:10.1179/095066001101528411.  
  5. ISO 4957 Tool Steels
  6. 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.
  7. DORMER: Technical Handbook 16-18.o.
  8. L. Nitridálás
  9. 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)
  10. Ohmacht - Sárközi: Műszaki táblázatok és képletek 613. o., Műszaki Könyvkiadó, Táncsics Könyvkiadó, 1963, ISBN nélkül

Kapcsolódó cikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]