Højhastighedsværktøjsstål – egenskaber og kvaliteter
Hurtigstål er et værktøjsstål højlegeret som hovedsageligt bruges til at producere skæreværktøjer, der arbejder med en hastighed på omkring 30 m/min, og som er nødvendige for at opretholde hårdhed og slidstyrke ved temperaturer på 500-650oC. Hurtigstål kan også bruges til at producere blandt andet fjedre arbejder i forhøjede temperaturer og lejer, der opererer ved temperaturer på 400-500oC
Hurtigstål indeholder cirka 30% legeringselementer:
- alle indeholder omkring 4% krom, 1-5% vanadium og op til 19,5% wolfram
-de fleste indeholder 1-10% molybdæn
-omkring 5-10% kobolt, hvilket forbedrer stålets egenskaber ved arbejde ved højere temperaturer
Kulstofindholdet bør være tilstrækkeligt til at danne W-, Mo- og V-karbider.
Hurtigstål er opdelt i grupper:
- hurtig wolframstål med et W-indhold på op til ca. 12%
-højhastighedswolfram med et W-indhold på omkring 18%
- wolfram-molybdæn hurtigstål med et wolframindhold på 6-10% og et Mo-indhold på 3-5,5%
- hurtig molybdænstål med et Mo-indhold på 8-9% og wolfram op til 2%
Hurtigstål indtager en særlig plads inden for gruppen af værktøjsstål og udmærker sig på mange måder: det højeste indhold af hårdmetaldannende legeringselementer, en ledeburitisk struktur efter støbning og en specifik varmebehandling, der muliggør maksimal udnyttelse af det sekundære hærdningsfænomen. Særligt ønskelige egenskaber ved hurtigstål omfatter: den højeste hårdhed med modstandsdygtighed over for kold og varm slid, betydelig duktilitet og meget høj hærdbarhed.
Kvantitativt set udgør hurtigstål kun en lille del af den samlede stålproduktion og taber terræn til hårdmetal. Deres tekniske betydning er fortsat betydelig på grund af deres alsidighed som værktøjsmateriale og det voksende omfang af disse anvendelser. I starten blev de kun brugt til højtydende bearbejdningsværktøjer (deraf deres navn), men med tiden begyndte de at blive brugt ikke kun til forskellige kold- og varmbearbejdningsværktøjer, men også til visse maskinkomponenter, såsom rullelejer, fjedre og andre strukturelle dele, der kræver særlig høj hårdhed og slidstyrke.
Produktionen af de første hurtigstål, hærdet ved temperaturer tæt på soliduslinjen, omkring år 1900, var en af de mest effektive resultater inden for udviklingen af specialstål og muliggjorde enorme fremskridt inden for bearbejdning. Siden da har denne gruppe af stål oplevet en hurtig udvikling med ændringer i kemisk sammensætning, smelteteknologi og varmebehandling. Denne udvikling blev påvirket af forskellige råmateriale-, økonomiske og teknologiske faktorer, såsom det midlertidige behov for at udskifte visse legeringselementer, ændringer i prisforholdet mellem wolfram og molybdæn, fremkomsten af nye metallurgiske produktionsmetoder (som muliggør forbedret strukturel ensartethed), fremskridt inden for varmebehandlingsteknologi (som muliggør undgåelse af vanskeligheder ved hærdning af stål med højt molybdænindhold) og så videre.
Derudover har intensiv forskning klarlagt de specifikke virkninger af individuelle legeringselementer og varmebehandlingsparametre på strukturen og egenskaberne af hurtigstål, hvilket har ført til optimering af deres kemiske sammensætning og anvendelser. Det har også reduceret omkostningerne ved legeringselementer, der er inkorporeret i mange kvaliteter af disse stål. Den fascinerende historie om udviklingen af hurtigstål diskuteres i adskillige lærebøger og oversigtsartikler. Udvalget af hurtigstål, der i øjeblikket produceres i forskellige lande, viser betydelig variation, men et stigende antal kvaliteter standardiseres og inkorporeres i internationale standarder.
Ud over de tre grundlæggende ståltyper (molybdæn, wolfram og wolfram-molybdæn) der findes derivater med varierende indhold af kulstof, vanadium og kobolt, der er kendetegnet ved øget hårdhed og slidstyrke, afhængigt af værktøjets arbejdsforhold.
Da hurtigstål tilhører gruppen af ledeburitiske stål, frigives primære karbider, oftest af M6C-typen med sammensætningen Fe, direkte fra det flydende metal under størkning.4 (V, Mo)2C eller Fe3(V, Mo)3C. Ud over dem kan andre typer karbider også forekomme – M2C med en højere mængde kulstof og molybdæn, oftest i segregationsområder, og MC – med en højere mængde vanadium.
I artsbetegnelsen i henhold til de gamle PN-standarder, bogstavet S betyder hurtigstål, for det andet er der bogstavet, der betegner legeringskomponenten:
M – Molybdæn
S – Silicium
C – øget koncentration kul (for enden af stålskiltet)
V-Vanadium
W – Wolfram
K-kobolt
Den tredje del er et tal (i midten eller i slutningen af stålkvalitetsbetegnelsen), der angiver det gennemsnitlige indhold af et givet legeringselement, hvis symbol står før det givne tal.
For eksempel betyder stålmærket SW12C hurtigstål med et gennemsnitligt wolframindhold på 12% og et forhøjet kulstofindhold.
SW7M – wolfram-molybdænstål
SW18 – wolframstål
SK10V – kobolt-vanadium stål
Andre værktøjsstål
Varmarbejdningslegeret værktøjsstål
legeret værktøjsstål til koldt arbejde
kulstofværktøjsstål
hurtigstål