Gyorsacél

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
1. ábra: 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 (1. ábra). 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 (2. ábra). 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 (3. ábra) 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 (4. ábra). Nagymodulú fogazószerszámok esetében (20 modul felett) felrakóhegesztést is alkalmaznak.

Bevonatok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A gyorsacél alapanyagból készült általános célú szerszámok (például az 5. ábrán látható 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 (6. és 9. ábrák). Egyszerűbb esetekben a bevonat csupán általános korrózióvédelemre szolgál (6. ábra).

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]