Виды и назначения сверл HSS — маркировка, параметры, производители

Изобретение быстрорежущей стали в начале ХХ века стало прорывом в развитии машиностроения. Новый материал повлиял на изобретение быстроходных станков и автоматов большой мощности, а также поспособствовал резкому скачку производительности в работе механических цехов. Несмотря на то, что HSS-сталь имеет довольно сложный состав, ее активно используют для производства инструмента повышенной прочности.

Что такое сталь HSS

Аббревиатура HSS образована от английского High Speed Steel — «быстрорежущая сталь». Ее применяют при производстве различного инструмента для работы с металлическими изделиями. Для изготовления применяют классический метод разливки в слитки с последующей прокаткой и проковкой. Также используют порошковой метод — распыление азотом струи жидкой стали.

HSS-сплавы принадлежат группе с высоким содержанием углерода, некоторые марки которой содержат вольфрам в определенном количестве. Твердость изготовленных инструментов из данного материала соответствует 62-64 единицам по шкале HRC.

Изделия из быстрорежущей стали обладают повышенной прочностью и находятся в доступном ценовом сегменте.

Рукоятка отвёртки

Рукоятка отвёртки не менее важна, чем стержень. При подборе инструмента следует изучить профиль рукоятки, материал основы, есть ли накладки или дополнительное покрытие. А также способность рукоятки выдерживать едкое воздействие нефтехимии.

Поперечный профиль рукоятки

Формы рукояток сейчас ограничены только фантазией проектировщиков и промышленных дизайнеров. И советовать — какую выбрать — не приходится, так как слишком много вариантов.

Но есть один параметр, который обязательно нужно изучить перед покупкой. Это поперечный профиль. Он напрямую влияет не столько на комфорт работы, сколько на величину крутящего момента, которое можно передать через отвёртку на крепеж.

Три основных вида профиля рукоятки — круглый, треугольный и шестиугольный.

Круглый профиль

Круглый профиль отвёртки Matrix
В поперечном сечении рукоятка представляет собой круг. Такая форма удобна при изготовлении — литьевые формы легко изготовлять. Однако по крутящему моменту это самый слабый вариант рукоятки. Ладони не за что надёжно зацепиться. Да и проскальзывания более чем вероятны.

Треугольный профиль

Треугольный профиль отвёртки Ombra Basic
Треугольник в основе рукоятки — наилучший вариант с точки зрения крутящего момента. Треугольный профиль повторяет анатомическую форму сжатой ладони и позволяет передать на крепеж максимальное усилие.

Шестиугольный профиль

Шестиугольный профиль отвёртки Jonnesway Full Star
Шестиугольный профиль рукоятки второй по качеству передачи крутящего момента на крепеж. Он лучше круглого, но уступает треугольному за счет меньшего соответствия анатомии руки.

Особую любой шестиугольные рукоятки снискали в Америке, где такая форма отвёрток считается классической.

Материал основы

Современные рукоятки отвёрток изготавливают из различных видов пластика и термопластичной резины. Времена деревянных ручек или цельностальных ручек ушли в прошлое.

Наибольшее распространение получили цельнолитые однокомпонентные и двухкомпонентные рукоятки. В качестве основы и тех, и других используются ударопрочные сорта пластика.

Нередко для декоративного эффекта двухкомпонентные рукоятки делают из прозрачного пластика.

Однокомпоненная рукоятка отвёртки Swiss Tools PB195

В двухкомпонентных рукоятках в качестве основы чаще применяются непрозрачные пластики.

Прозрачность/непрозрачность пластика основы рукоятки не влияет на эксплуатационные характеристики.

Накладки или дополнительное покрытие

Если в однокомпонентных рукоятках кроме основы других материалов нет, то в двухкомпонентных присутствует второй поверхностный материал или накладки.

Такой материал одновременно увеличивает трение между рукой и отвёрткой и работает амортизатором.

Рукоятка отвёртки Jonnesway Anti-slip Grip сверху покрыта сантопреном

Антифрикционное покрытие может как закрывать почти всю площадь отвертки, так и представлять собой отдельные накладки в наиболее нагруженных трением плоскостях.

В Ombra Basic резиновые накладки напоминают крылья

Оптимальным вариантом станут термопластичные накладки. При схожем коэффициенте трения они лучше амортизируют ударные вибрации, чем обычная резина. А значит с ними рука будет меньше уставать.

Защита от разъедания нефтехимией

Этот параметр важен для тех, кто собирается активно пользоваться отвёрткой в гараже. Там полно различной нефтехимии — бензин, автомасла, тормозная жидкость. Всё это довольно едко и может губительно сказаться на рукоятке.

Добротная рукоять сделана из материалов, выдерживающих воздействие нефтепродуктов. Пластик, термопластичная резина накладок — всё это должно жить даже, если уронить отвёртку в ведро с бензином.

Проверить у прилавка магазина стойкость материалов будет затруднительно. Поэтому, как минимум, нужно продавцу. Опытные торговцы знают, какие из отвёрток нейтральны к ГСМ, и всегда подскажут, на чем остановить выбор.

Область применения быстрорежущих сталей

Состав материала определяет область применения и рабочие характеристики. Инструменты, изготовленные из данного металла, способны выдержать длительную эксплуатацию.

HSS-сталь применяют:

• для изготовления сверл со сложной формой и конструкцией, получаемой с помощью литья;
• при производстве режущей кромки резцов для повышения износостойкости;
• для формирования напаек режущего инструмента;
• для изготовления фрез, зенкеров, метчиков, плашек, ножей или пильных полотен.

Виды HSS-сталей

HSS-стали бывают трех категорий:

• вольфрамовые (Т1-Т15);
• молибденовые (М1-М36);
• высоколегированные (М41-М62).

Стали, относящиеся к вольфрамовой группе, в наше время не популярны в связи с завышенной стоимостью вольфрама.

Чаще всего применяют марку Т1 и сплав с добавлением кобальта и ванадия Т15. Сталь Т15 используют для производства инструмента, который нужен для работы при высоких температурах и повышенном износе.

Вольфрамовые

Вольфрамовая группа известна четырьмя типами стали:

1. Т1 (аналог — Р18). Обладает высокой прочностью, стойкостью к износу и шлифуемостью. Применяют для сверл и другого инструмента, который чаще всего используют для обработки легированных и углеродистых сталей.
2. Т2 (аналог — Р18Ф2). В данном сплаве содержание ванадия достигает 2%. Из него делают получистовые и чистовые сверла для работы по обработке среднелегированных сталей.
3. Т3 (аналог — Р18К5Ф2). В сплаве находится: вольфрам – 18%, кобальт – 5%, ванадий – 2%. Инструменты из данного сплава выделяются повышенной износостойкостью и твердостью, однако обладают низкой шлифуемостью. Сверла чаще всего используют для работы с заготовками из коррозионностойких, высокопрочных и жаропрочных сплавов.
4. Т15 (аналог — Р12Ф5К5). Содержит: вольфрам – 12%, кобальт – 5%, ванадий – 5%. Инструменты имеют высокую прочность, износостойкость и вязкость. Их в основном используют для сверления труднообрабатываемых материалов.

Содержание вольфрама наделяет изготовленный инструмент красностойкостью, что позволяет сохранить твердость и остроту режущей кромки при повышенных температурах.

Молибденовые

Молибденовая группа имеет более широкое распространение. В сплавах также содержатся кобальт и вольфрам.

Стали с содержанием таких компонентов, как углерод и ванадий, проявляют стойкость к изнашиванию при шлифовании.

Изделия, сохраняющие повышенную твердость во время работы при высоких температурах, изготавливают из молибденовых сталей марки М41 и выше. Инструменты, обладающие высокой ударной вязкостью в условиях низких температур, производят из молибденовых сплавов с последующей термической обработкой.

• М1. Содержание молибдена — 8%. Используется для инструментов общего назначения. Сверла обладают гибкостью и стойкостью к нагрузкам, однако красностойкость значительно ниже, чем у других марок.
• М2 (аналог — Р6М5). Состав сплава: вольфрам – 6%, молибден – 5%. Наделен достаточной прочностью, твердостью и теплостойкостью. При работе режущие кромки инструмента дольше сохраняются.
• М3 (аналог — Р6М5Ф3). Содержит 3% ванадий. Инструмент из данной стали наделен низкой изнашиваемостью при шлифовке.
• М7. Компоненты в составе: вольфрам – 1,75%, ванадий – 2%, молибден – 8,75%. Сплав применяют для изготовления сверл, которые нужны для работы с толстолистовыми и твердыми металлами.
• М35 (аналог — Р6М5К5). В составе присутствует 5% кобальта, молибден, вольфрам, а также в незначительных количествах кремний, никель и марганец. Преимущество сплава заключается в его вязкости, хорошей шлифуемости, теплостойкости и сопротивляемости износу. Сверла используют при обработке изделий из нержавеющих и улучшенных легированных сталей при условии высокого разогрева режущей кромки.

Высоколегированные

Высоколегированные сплавы относятся к молибденовой группе. Стали, которые прошли специальную термическую обработку, используются для производства инструментов с повышенной ударной вязкостью и возможностью эксплуатации при холодных условиях.

• М74 (аналог — Р2АМ9К5). В состав входит: молибден – 9%, кобальт – 4,7-5,2%. Отличается повышенной склонностью к потере углерода, перегреву в процессе закалки и пониженной шлифуемости. Инструмент из данного сплава применяют для заготовок из нержавеющих и улучшенных легированных сталей.
• М42. Содержание сплава: кобальт – 8%, молибден – 9,5%. Сверла отличаются устойчивостью к истиранию. Инструменты применяют для обработки сложных и вязких металлов.

Условные обозначения

Расшифровка химического состава сталей, относящихся к категории HSS, затруднена, так как в их обозначении не содержится никаких подробных данных. Как правило, в каталогах на инструмент, изготовленный из сталей данной категории, есть информация о материалах, для обработки которых его можно использовать. Чтобы относительно точно определить химический состав HSS-сталей, необходимо использовать специальное оборудование или решать этот вопрос опытным путем.

Скорее всего, это немецкий аналог быстрорежущей стали HSS М2

HSS

К такой аббревиатуре часто добавляется буква R. Это сверла, отличающиеся наименьшей стойкостью. Они проходят роликовую прокатку и термическую обработку.

HSS G

Это обозначение наносится на сверла, режущая часть которых подвергается шлифовке при помощи боразона (CBN). Инструменты HSS G являются наиболее распространенными, их отличает повышенная стойкость. Кроме того, сверло по металлу, на которое нанесено такое обозначение, создает наименьшее биение при выполнении обработки с его помощью.

HSS c литерой E

Это обозначение указывает на то, что в составе материала изготовления изделия содержится кобальт. Инструмент с обозначением HSSE оптимально походит для обработки сложных материалов, а также материалов, отличающихся высокой вязкостью. Как уже говорилось выше, аналогом обозначения HSSE является маркировка М35. Существуют и международные аналоги обозначения HSSE (HSS-Co5 и HSS-Co8), по которым можно точно определить, какое количество кобальта содержится в стальном сплаве.

Сталь этой марки чрезвычайно трудно режется болгаркой

HSS G TiN

Данное обозначение указывает на то, что на поверхность инструмента нанесено напыление из нитрида титана. За счет этого повышается как твердость поверхностного слоя изделия (приблизительно на 2300 HV), так и его термостойкость (до 600°).

HSS G TiAIN

На поверхность инструмента с таким обозначением нанесено напыление из нитрида титана, легированного алюминием. Твердость поверхностного слоя такого сверла благодаря этому покрытию повышается примерно на 3000 HV, а термическая стойкость – на 900°.

HSS E VAP

Изделия с таким обозначением можно использовать для . На их поверхность меньше налипает стружка, поэтому они реже ломаются и обеспечивают высокое качество обработки.

Нередко можно встретить инструменты с обозначением HSS 4241, которые используются преимущественно для обработки изделий из древесины, пластика и алюминия. Что касается обозначения Super HSS, то каждый производитель вкладывает в него свои представления о качестве инструмента.

На видео показан тест ножа из стали марки HSS W18.

Характеристики быстрорежущих сталей

Перечисляя характеристики, необходимо учитывать, что созданный материал необходим для эксплуатации режущих приспособлений при высоких показателях трения, возникающих в процессе резания. Быстрорежущие стали обладают повышенной твердостью и могут использоваться в работе, требующей высоких скоростей.

Горячая твердость

При использовании режущих приспособлений в процессе работы происходит постоянное выделение тепла, при этом около 80% тратится на разогрев инструмента. Температура режущей кромки повышается и происходит отпуск материала, что влечет за собой понижение его твердости. Тем не менее быстрорежущая сталь сохраняет свои показатели даже при нагреве до 500-600оС.

Красностойкость

Показатель, учитывающий временной промежуток, в период которого сталь сможет выдержать повышенную температуру, не меняя своих эксплуатационных характеристик. Завышенный показатель трения приводит к разогреву металла, от чего происходят изменения в кристаллической решетке. В результате некоторые свойства быстрорежущей стали существенно меняются.

Сопротивление разрушению

Материал, который применяют для изготовления режущего инструмента, должен обладать высокими механическими свойствами — сопротивлением хрупкому разрушению. Высокая прочность сплава обеспечивает режущему приспособлению стойкость к большому усилию, подаче и глубине резания, что в свою очередь приводит к повышению производительности процесса.

Советы по выбору

Чтобы выбрать нужное сверло, необходимо обратить внимание на важные моменты

• Изучить характеристики материала и возможности сверла, чтобы инструмент удовлетворял требованиям выполняемой работы.
• Посмотреть на цвет изделия. Он может говорить о том, как был обработан металл.
  стальной цвет показывает, что термообработка не производилась;
• желтый – металл обработан, устранено внутреннее напряжение в материале;
• ярко-золотой оттенок говорит о наличии нитрида титана, что повышает износостойкость;
• черный – металл обработан горячим паром.
• Изучить маркировку, чтобы узнать тип стали, диаметр, твердость.
• Узнать о производителе, проконсультироваться со специалистами.
• Изучить вопрос заточки инструмента.

Часто сверла продаются наборами, например, с различным диаметром. Вопрос приобретения такого инструмента требует понимания, для каких целей требуется сверло и как много вариантов может быть использовано.

О том, как сделать приспособление для заточки сверла на болгарке, смотрите в видео ниже.

Особенности термической обработки

Результатом высокотемпературной обработки быстрорежущих сталей становится изменение структуры материала для получения определенных физико-механических свойств, требуемых при работе с данным инструментом.

Отжиг

HSS-сталь после процесса прокатки и ковки приобретает повышенную твердость и внутреннее напряжение. В связи с этим заготовки предварительно подвергаются отжигу. Отжиг снимает внутреннее напряжение материала, улучшает обрабатываемость и подготавливает ее для закалки.

Процесс отжига происходит при температуре около 850-900оС. Тем не менее следует опасаться излишнего повышения температуры и длительности выдержки, потому что сталь при этом может получить повышенную твердость. В связи с пониженной теплопроводностью сплава нагрев осуществляется медленно и равномерно.

Изделия загружают в печь при температуре 200-300оС, при этом увеличивают последующий нагрев со скоростью 150-200о/час. Процесс оканчивается медленным охлаждением: сначала в печи до 650оС, а затем до комнатной температуры на открытом воздухе.

Для защиты от обезуглероживания отжиг производят в закрытых ящиках с нейтральной средой.

Машиностроительные заводы небольшое количество заготовок подвергают изотермическому отжигу. Их нагревают до 880-900оС короткое время, а затем переносят в печь с температурой не выше 720-730оС на 2-3 часа. Для защиты от появления излишних внутренних напряжений заготовки охлаждают в печи до 400-450оС, а затем оставляют на открытом воздухе.

Обычный отжиг длится дольше, чем изотермический процесс. В последующем заготовки проходят механическую обработку, а затем инструмент подвергается окончательному процессу термической обработки — закалке и отпуску.

Закалка

Инструменты, выполненные из быстрорежущей стали, подвергаются закаливанию при температурах свыше 1300оС. После процесса закалки происходит многократный отпуск при 550-560оС. Такая температура необходима для растворения в аустените большого количества карбидов для получения высоколегированного аустенита.

При дальнейшем охлаждении получается высоколегированный мартенсит, который содержит большое количество вольфрама, ванадия и хрома. Мартенсит не распадается во время нагрева до 600оС, что придает быстрорежущей стали красностойкость.

Для получения высоких показателей красностойкости температура во время закалки должна быть очень высокой. Однако есть предел, при повышении которого в быстрорежущей стали начинается быстрый рост зерна и происходит оплавление.

Отпуск

Закаленная быстрорежущая сталь в обязательном порядке проходит процесс отпуска. При температуре 550-560оС проводится многократный процесс с промежутками по 1 часу. Цель отпуска заключается в превращении аустенита в мартенсит. Быстрорежущая сталь проходит два внутренних процесса:

1. При нагревании и последующем отпуске из остаточного аустенита выделяется измельченный карбид. Вследствие чего легирование аустенита понижается, что способствует легкому превращению в мартенсит.
2. Во время охлаждения при 100-200оС получается мартенсит. При этом также снимается внутреннее напряжение, возникшее при закалке.

В наше время чаще всего на заводах применяют процесс ускоренного отпуска стали, который проходит при повышенных температурах.

Как принято обозначать на Западе

Сверло из аналогичного материала на Западе маркируются, как «HSS». Наличие дополнительных буквенных указателей помогает сложить представление о способе легирования.

Расшифровка принятых на западе обозначений:

• HSS(R). Наименее стойкие сверла, изготовленные методом роликового обкатывания в режиме высокого нагревания.
• HSS G. Режущую кромку здесь шлифуют боразоном. Это самые популярные инструменты, что объясняется их высокой стойкостью. Во время сверления эффект вибрации здесь минимален.
• HSS E. Литера «E» дает понять, что в составе имеется кобальт. Сверл данного типа можно проделывать отверстия в сложных материалах повышенной вязкости (на отечественном рынке таким образом помечаются сплавы М35). В некоторых случаях производитель может более точное указывать процентное содержание кобальта (к примеру, HSS-Co 5 или HSS-Co8).
• HSS G TiN. В качестве напыления в данном случае применяется нитрид титана. Это позволяет сделать поверхностный слой инструмента на порядок тверже, при увеличении стойкости к нагреву до + 600 градусов.
• HSS G TiAIN. Указание на напыление сверл нитридом титана, который дополнительно легирован алюминием. Таким образом достигается увеличение прочности защитного слоя почти на 3000 HV. Сопротивляемость нагреву увеличивается почти на 900 градусов.
• HSS E VAP. Предназначены для сверления нержавеющих оснований: налипание стружки здесь практически не происходит. Поломки изделий этой серии случаются крайне редко, а отверстия получаются очень качественными.
• HSS 4241. Маркированными подобным образом приспособлениями обрабатывают деревянные, пластиковые и алюминиевые изделия.

Улучшение характеристики изделий из HSS-сталей

Для придания твердости материала, стойкости к износу и устойчивости к коррозии поверхность инструментов подвергают дополнительной обработке. К таким методам относятся:

1. Азотирование. Насыщение азотом слоя поверхности проводится в газовой среде, которая состоит из 80% азота и 20% аммиака или на 100% из аммиака. Технологический процесс длится от 10 до 40 минут при температуре 500-600оС и приводит к укреплению поверхностной оболочки.
2. Цианирование. Насыщение осуществляется в жидкой или газовой среде, состоящей из химического элемента — цинка. Процесс высокотемпературного цианирования длится от 5 до 45 минут при температуре 800-900оС. Низкотемпературный процесс происходит при 500-600оС и обеспечивает износостойкость и высокую твердость инструменту.
3. Сульфидирование. Насыщение поверхностей стальных изделий серой осуществляется при 550-600оС путем нагревания в серноазотистых солях в течение 2-3 часов. В результате процесса повышается износоустойчивость стальных изделий.

Суть химико-термической обработки заключается в проникновении различных химических элементов в атомную кристаллическую решетку железа при нагревании деталей из стали в среде, насыщенной необходимыми элементами.

Быстрорежущие легированные стали предназначены для производства металлорежущего инструмента, который используют при работе на высоких скоростях. HSS-сплавы отличаются способностью сохранения износостойкости и сопротивляемости к разрушению при повышенных температурах. Добавление в состав стали молибдена, вольфрама, кобальта и ванадия обеспечивает красностойкость и горячую твердость.

Из какой стали делают сверла по металлу и какая лучше

Чтобы выбрать качественные сверла, способные прослужить длительное время и сохраняющие заточку несмотря на неоднократное применение, важно знать из каких видов стали производят подобный инструмент и в чем его отличия. Лучшие сверла по металлу изготавливают из быстрорежущей стали HSS (общая аббревиатура) с добавлением ряда примесей

От их вида и количества зависит цена инструмента и вышеописанные свойства.

Быстрорежущая сталь отличается высокой твердостью, способностью сопротивляться разрушениям и переносимостью температуры, возникающей из-за скорости сверления. Материал легируется специальными примесями, что указывается в маркировке.

Например:

• Р — сообщает, что в сплаве присутствует вольфрам.
• Ф — это показатель наличия ванадия.
• М — свидетельствует о добавлении молибдена.

Иногда производители указывают тип стали как особое преимущество их продукции. О чем может рассказать такая маркировка? Давайте рассмотрим популярные варианты.

Сверла из стали HSS-E

В эту быстрорежущую сталь добавляется 5-8% кобальта. Такое технологическое решение позволяет сверлить ими нержавеющие стали с пределом прочности до 1200 Н/мм2. Предназначены для особо вяжущих при нагреве и сложных материалов. Вместо буквы Е могут иметь обозначение Со.

Сверло из стали HSS-E

Сверла из стали стали HSS-TiAIN

Имеют трехслойное напыление (титан-алюминий-нитрид). Это повышает их термостойкость до температуры 900 градусов и разрешает применять на стали с прочностью 1100 Н/мм2. Отличаются повышенным сроком службы, превосходящим другие виды в 5 раз.

Сверло из стали HSS-TiAIN.

Сверла из стали стали HSS-TiN

Маркировка указывает на напыление наружного слоя нитридом титана. Это прибавляет прочности и повышает термостойкость до 600 градусов. Подходят для проделывания отверстий в чугуне, алюминии, углеродистой и легированной стали с пределом прочности 1100 Н/мм2.

Сверло из стали HSS-TiN.

Сверла из стали стали HSS-G

Подходит для чугуна и разных видов стали с пределом прочности 900 Н/мм2. Режущая часть в них вышлифована при помощи кубического нитрида бора. Это дает устойчивость к радиальному биению и стойкость к истиранию. Сверла из такой стали являются самыми распространенными.

Сверло из стали HSS-G.

Сверла из стали стали HSS-R

Это быстрорежущая сталь с наименьшей стойкостью. Может указываться и просто без буквы R, что будет означать обычную термическую обработку (закалку) и роликовую прокатку. Подойдет для создания отверстий в мягких сталях и чугуне.

Сверло из стали HSS-R.

Твердосплавные сверла

Этот вид материала касается только наконечника сверла. Он рассчитан на очень высокие нагрузки от температуры и устойчив к истиранию. Такая HHS применяется для сверл, предназначенных для работы со сплавами титана, жаропрочными сталями и нержавейкой.

Твердосплавные сверла.