Быстрорежущая сталь vs Вольфрамовая сталь (твердые сплавы): ключевые различия

Быстрорежущая сталь (БРС / HSS)

Быстрорежущая сталь (HSS) — инструментальная сталь с высокой твердостью, износостойкостью и термостойкостью. Также называют «ветряной сталью» или «фронтовой сталью» — способна закаляться даже при охлаждении на воздухе, очень острая. Еще название — «белая сталь».

БРС — сложнолегированная сталь, содержит вольфрам, молибден, хром, ванадий, кобальт и другие карбидообразующие элементы. Сумма легирующих добавок 10–25%. При высокоскоростном резании с нагревом до ~500 °C сохраняет высокую твердость, HRC выше 60. Это главная черта — красная твердость. Углеродистая инструментальная сталь после закалки и низкотемпературного отпуска имеет высокую твердость при комнатной температуре, но выше 200 °C твердость резко падает. При 500 °C твердость сравнивается с отжигом — полностью теряет способность резать металлы, что ограничивает применение. БРС благодаря красной твердости устраняет этот фатальный недостаток.

БРС применяют для сложных тонких лезвий и ударностойких режущих инструментов, высокотемпературных подшипников и холодных пресс-форм: резеля, сверла, гоби, дисковые пилы, формы с высокими требованиями.

Вольфрамовая сталь (Твердые сплавы / Cemented Carbide)

Вольфрамовая сталь (твердый сплав) обладает отличными свойствами: высокой твердостью, износостойкостью, хорошей прочностью и вязкостью, термостойкостью, коррозионной стойкостью. Особенно высокая твердость и износостойкость практически не меняются при 500 °C, при 1000 °C сохраняется высокая твердость.

Основной состав — карбид вольфрама (WC) и кобальт (Co), 99% компонентов, 1% — другие металлы. Поэтому называют вольфрамовой сталью, или твердым сплавом, считают «зубами современной промышленности».

Вольфрамовая сталь — спеканный композит, содержащий хотя бы один металлический карбид. Типичные компоненты: WC, Co, NbC, TiC, TaC. Размер зерен карбидной фазы 0,2–10 мкм, зерна связаны металлическим связующим. Связующие металлы — железная группа, обычно кобальт и никель. Получают вольфрам-кобальтовые, вольфрам-никелевые, вольфрам-титано-кобальтовые сплавы.

Спеканье: прессуют порошок в заготовки, нагревают в спеканной печи до температуры спекания, выдерживают, охлаждают — получают материал с нужными свойствами.

① Вольфрам-кобальтовые твердые сплавы (YG)

Основные компоненты: WC и связующее Co. Марка: «YG» (первые буквы пinyin «твердое, кобальт») + % Co в среднем. YG8 — среднее Co 8%, остальное WC.

② Вольфрам-титано-кобальтовые (YT)

Основные: WC, TiC, Co. Марка: «YT» (пinyin «твердое, титан») + средний % TiC. YT15 — TiC 15%, остальное WC и Co.

③ Вольфрам-титано-танталовые (ниобиевые) (YW)

Основные: WC, TiC, TaC (или NbC), Co. Называют универсальными твердыми сплавами. Марка: «YW» (пinyin «твердое, десять тысяч») + порядковый номер, напр. YW1.

Вольфрамовая сталь: высокая твердость, износостойкость, прочность, вязкость, термо- и коррозионная стойкость. Твердость и износостойкость стабильны до 500 °C, при 1000 °C высокая твердость сохраняется. Твердые сплавы широко применяют как материалы режущих инструментов: резеля, фрезы, сверла, растачиватели. Скорость резания новых твердых сплавов в сотни раз выше углеродистой стали.

Различия между вольфрамовой сталью и БРС

1. Разные характеристики

БРС — инструментальная сталь с высокой твердостью, износостойкостью, термостойкостью.

Вольфрамовая сталь — высокие твердость, износостойкость, прочность, вязкость, термостойкость, коррозионная стойкость.

2. Разный состав

БРС — сложная сталь, углерод 0,70–1,65%, сумма легирующих элементов 10–25%.

Вольфрамовая сталь: WC, Co, NbC, TiC, TaC. Зерна карбидов 0,2–10 мкм, связаны металлическим связующим (обычно Co, для спец. целей Ni, Fe или сплавы).

3. Разные технологические процессы

Вольфрамовая сталь — спеканье порошков: прессовка, нагрев до температуры спекания, выдержка, охлаждение.

Термическая обработка БРС сложная: закалка, отпуск, обычно в электропечи. Порошковая металлургия дает равномерное распределение карбидов в виде сверхтонких частиц, повышая ресурс.