Stal szybkotnąca

Stal szybkotnąca, HSS (ang. high speed steel) – stal stopowa narzędziowa używana do wytwarzania narzędzi do wysokowydajnej obróbki skrawaniem (prędkości skrawania dochodzą do 50 m/min) takich jak: noże tokarskie, frezy, wiertła. Wymaga się od nich wysokiej twardości, odporności na ścieranie oraz stałości kształtu, aż do temperatury 600 °C. Własności te uzyskuje się dzięki efektowi twardości wtórnej, który wynika z wydzielania węglików wtórnych.

Skład chemiczny stali szybkotnących:

• węgiel 0,75–1,4%,
• wolfram do 18%
• molibden do 10%
• wanad do 4%
• chrom do 4% (odpowiada za własności antykorozyjne stali)
• kobalt do 10%

Powyższe pierwiastki stopowe dodaje się przede wszystkim w celu wytworzenia odpowiedniej ilości stabilnych węglików.

Polska Norma PN-EN ISO 4957:2002 stale szybkotnące oznacza się w sposób następujący:

HS--- np HS6-5-2-5 - Stal szybkotnąca zawierająca 6% wolframu, 5% molibdenu, 2% wanadu oraz 5% kobaltu.

Obróbka cieplna stali szybkotnących^[1][2]:

1. Wyżarzanie.
   1. Wyżarzanie odprężające w temperaturze 600–650 °C w celu usunięcia potencjalnych naprężeń wewnętrznych w stali.
   2. Końcowa obróbka skrawaniem w celu nadania kształtu.
2. Hartowanie.
   1. Nagrzewanie z dwoma (opcjonalnie z trzema, dla elementów o dużych gabarytach) przystankami temperaturowymi 550 °C, 950 °C (1050 °C) po 15 minut na każdym przystanku.
   2. Wygrzewanie w temperaturze o 50-70 °C niższej od temperatury solidus (zwykle nie więcej niż 1250 °C) przez 80-150 sekund. Tak wysoka temperatura jest wymagana w celu rozpuszczenia jak największej ilości węglików w austenicie, aby został on nasycony pierwiastkami stopowymi i węglem dla zwiększenia hartowności, a jednocześnie pozostawienie pewnej ilości węglików nie rozpuszczonych, które zahamują rozrost ziarn austenitu.
   3. Studzenie do temperatury 80 °C.

   Po hartowaniu stop składa się z:

   • martenzytu nieodpuszczonego
   • nierozpuszczonych węglików pierwotnych
   • austenitu szczątkowego (około 25%).
3. I odpuszczanie.
   1. Nagrzewanie z temperatury 80 °C do 550–600 °C.
   2. Wygrzewanie w temperaturze 550–600 °C przez 2 h.
   3. Studzenie na powietrzu do temperatury pokojowej.

   W czasie odpuszczania dochodzi do:

   • wydzielenia drobnodyspersyjnych węglików wtórnych z martenzytu nieodpuszczonego, proces ten zaczyna się w temperaturze około 200 °C
   • odpuszczenia martenzytu
   • zahartowania części austenitu szczątkowego.

   Po I odpuszczaniu stop składa się z:

   • martenzytu odpuszczonego
   • martenzytu nieodpuszczonego (25%) (jest to austenit szczątkowy który zahartował się podczas odpuszczania)
   • węglików pierwotnych
   • węglików wtórnych
   • austenitu szczątkowego (około 3%).
4. II Odpuszczanie.
   1. Nagrzewanie z temperatury pokojowej do 520–570 °C (stal przegrzewana jest o około 20-30 °C poza maksymalne umocnienie wynikające z efektu twardości wtórnej, aby uzyskać nieco większą maksymalną temperaturę pracy narzędzia kosztem minimalnej utraty twardości).
   2. Wygrzewanie w temperaturze 520–570 °C przez 2 h (temperatura ostatniego odpuszczania jest maksymalną temperaturą pracy narzędzia).
   3. Studzenie na powietrzu do temperatury pokojowej.

   Po II odpuszczaniu stop składa się z:

   • martenzytu odpuszczonego
   • węglików pierwotnych
   • węglików wtórnych
   • minimalnej ilości austenitu szczątkowego oraz martenzytu nieodpuszczonego.