Porównanie ostrzy z węglika spiekanego (HM) i stali szybkotnącej (HSS) – właściwości i zastosowanie w obróbce skrawaniem
Wybór odpowiedniego materiału na narzędzia skrawające ma kluczowe znaczenie dla efektywności procesu obróbki, trwałości narzędzia oraz jakości wykonania detalu. Dwie najczęściej stosowane grupy materiałów to **węglik spiekany (HM – Hard Metal, zwany również widią)** oraz **stal szybkotnąca (HSS – High-Speed Steel)**. Każda z nich ma odmienne właściwości, co wpływa na ich zastosowanie w różnych warunkach obróbczych.
1. Charakterystyka materiałów
Węglik spiekany (HM)
- Skład: głównie węglik wolframu (WC) z dodatkiem kobaltu (Co) lub innych spoiw metalicznych.
- Twardość: 80–92 HRA (znacznie wyższa niż HSS), doskonała odporność na ścieranie.
- Wytrzymałość termiczna: zachowuje twardość nawet w temperaturach 800–1000°C.
- Kruchość: podatny na wykruszanie przy obciążeniach dynamicznych i udarowych.
- Prędkości skrawania: 3–5 razy wyższe niż w przypadku HSS.
- Typowe zastosowania:
- Tokarka CNC, frezowanie przy wysokich prędkościach.
- Obróbka wykańczająca i zgrubna twardych materiałów.
- Głównie stosowany w postaci płytek wymiennych i frezów monolitycznych.
Stal szybkotnąca (HSS)
- Skład: wysokostopowa stal z dodatkami wolframu (W), molibdenu (Mo), wanadu (V) i kobaltu (Co).
- Twardość: 62–67 HRC (mniejsza niż HM, ale wystarczająca dla wielu zastosowań).
- Wytrzymałość termiczna: traci twardość powyżej 600°C.
- Odporność na uderzenia: znacznie lepsza niż HM, mniej podatna na pękanie.
- Prędkości skrawania: niższe niż HM, ale wystarczające do obróbki miękkich i średnio twardych metali.
- Typowe zastosowania:
- Wiertła, frezy kręte, narzynki, narzędzia do gwintowania.
- Obróbka ręczna i na konwencjonalnych obrabiarkach.
- Stosowana również w narzędziach specjalistycznych o skomplikowanych kształtach.
2. Zalecane materiały do obróbki
Kiedy stosować węglik spiekany (HM)?
- Twarde i trudnoobrabialne materiały:
- Stale hartowane (powyżej 45 HRC)
- Żeliwo (szare, sferoidalne, ciągliwe)
- Stopy tytanu (np. Ti6Al4V) i niklu (Inconel, Hastelloy)
- Kompozyty wzmacniane włóknem (np. CFRP, GFRP)
- Materiały ceramiczne i kamień
- Obróbka wysokowydajna (HSM – High-Speed Machining)
- Długie serie produkcyjne wymagające dużej trwałości ostr
Kiedy lepsza jest stal szybkotnąca (HSS)?
- Miękkie i średniotwarde metale:
- Stale nisko- i średniowęglowe
- Aluminium i stopy lekkie (np. AlSi, dural)
- Miedź, mosiądze, brązy
- Tworzywa sztuczne (np. PA, POM, PC)
- Obróbka z prędkościami konwencjonalnymi
- Praca z przerywanym skrawaniem (np. frezowanie rowków, wiercenie)
- Narzędzia o złożonej geometrii (np. frezy do gwintów, narzynki)
3. Powłoki zwiększające wydajność
Aby poprawić żywotność obu rodzajów narzędzi, często stosuje się powłoki:
- Dla HM: TiN (azotek tytanu), TiAlN (azotek tytanowo-glinowy), Al₂O₃ (tlenek glinu).
- Dla HSS: TiN, TiCN (węglikotlenek tytanu), powłoki diamentowe (do aluminium).
4. Podsumowanie – który materiał wybrać?
- HM – najlepszy do obróbki twardych materiałów przy wysokich prędkościach, gdzie liczy się precyzja i trwałość.
- HSS – bardziej uniwersalny, tańszy, lepszy do miękkich metali i narzędzi o skomplikowanych kształtach.
Wybór między tymi materiałami zależy od obrabianego materiału, warunków skrawania i wymagań dotyczących wydajności. W wielu przypadkach optymalnym rozwiązaniem jest stosowanie obu technologii w zależności od etapu obróbki (np. HSS do zgrubnego toczenia, a HM do wykańczania).