Выбор материала режущего инструмента — это не спор о том, что лучше: HSS или твёрдосплав. Это технологическое и экономическое решение, которое напрямую определяет три вещи: себестоимость детали, производительность участка и стабильность техпроцесса.
На практике вопрос формулируется так: сколько стоит обработка одной детали при использовании конкретного инструмента? Не цена сверла из каталога, а совокупная стоимость — с учётом машинного времени, простоев на смену и переточку, брака и загрузки станка.
Эта статья — для тех, кто выбирает конкретную модель инструмента и обосновывает закупку, кто сталкивается с преждевременным износом и поломками, кто считает экономику обработки и решает — менять ли парк инструмента при переходе на новое оборудование.
В мире металлообработки нет абсолютного лидера. Есть понятие технологической и экономической целесообразности. Ниже — разбор обоих материалов по физике процесса, режимам резания и чёткие алгоритмы выбора.
Быстрорежущая сталь (HSS): наследие индустриализации и современные реалии
Быстрорежущая сталь (High Speed Steel, HSS) — высоколегированная инструментальная сталь, сохраняющая режущие свойства при существенном нагреве (ориентировочно до 600–650 °C в зависимости от марки и условий эксплуатации). Именно способность работать при «красном калении» отличила её от углеродистых инструментальных сталей в начале XX века — появление стали Р18 стало важным этапом развития инструмента и позволило заметно увеличить допустимые скорости резания по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями.
Основные марки и их применение
В российской практике (ГОСТ 19265-73 и действующие ТУ) наиболее распространены следующие марки быстрорежущей стали:
Р6М5 (ближайший аналог — M2 по AISI)
Универсальная «рабочая лошадка» механического цеха. Применяется для обработки большинства конструкционных сталей и цветных металлов. Оптимальное сочетание стоимости, доступности и эксплуатационных свойств.
Р6М5К5 (ближайший аналог — M35)
Кобальтсодержащая быстрорежущая сталь. Добавление кобальта повышает теплостойкость по сравнению с обычной Р6М5. Применение Р6М5К5 оправдано при обработке нержавейки, жаропрочных сплавов на умеренных режимах, где обычная Р6М5 быстро «садится».
Порошковые HSS (PM-HSS)
Например, ASP2030, ASP2060. Получены методом порошковой металлургии, что позволяет получить более однородное распределение карбидов и значительно снизить карбидную неоднородность по сравнению с традиционным литьём. Сочетают вязкость классического HSS и повышенную износостойкость. Ниша — сложный профильный инструмент: протяжки, долбяки, концевые фрезы малых диаметров.
Ключевые свойства и типы инструмента
Главные достоинства HSS — высокая ударная вязкость и хорошая прочность на изгиб (существенно выше, чем у твёрдого сплава). Инструмент из быстрорежущей стали значительно лучше переносит ударные нагрузки и прерывистое резание по сравнению с твёрдым сплавом, легко поддаётся термообработке и шлифованию. Переточка HSS-инструмента выполняется на обычном универсальном заточном станке — силами самого цеха.
Типовой ассортимент: свёрла, метчики, плашки, развёртки, зенкеры, концевые и дисковые фрезы, протяжки, долбяки, ленточные пилы.
На рынке РФ широко представлены аналоги Р6М5 в сегментах «эконом» и «стандарт». Перед постановкой на склад проверяйте фактический химсостав и твёрдость по сертификату производителя: для качественного инструмента из Р6М5 типичная твёрдость рабочей части — не ниже 63 HRC. Экономия при закупке инструмента сомнительного качества нередко оборачивается заметным снижением стойкости и ростом затрат на обработку.
Твёрдый сплав (карбид): когда скорость и стойкость выходят на первый план
Твёрдый сплав (цементированный карбид) — композиционный материал, полученный методом порошковой металлургии на основе карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC) с металлической связкой (как правило, кобальтовой). В статье под словом «карбид» понимается именно цементированный карбид (твёрдый сплав), а не «карбид» как общее название химических соединений. Твёрдость достигает 89–93 HRA и сохраняется при значительно более высоких температурах, чем у HSS (ориентировочно до 800–1000 °C в зависимости от марки и состава).
Твёрдость твёрдых сплавов измеряют по шкале Роквелла A (HRA), а быстрорежущих сталей — по шкале C (HRC). Это разные шкалы с разными индентерами и нагрузками. Прямой численный пересчёт HRA в HRC возможен лишь ориентировочно и зависит от конкретного материала. Сравнивайте свойства сплавов по паспортным данным производителя, а не по «переводу» шкал.
Классификация по ISO и отечественные аналоги
Марки твёрдого сплава для различных обрабатываемых материалов систематизированы по группам применения согласно ISO 513:
| Группа | Цвет маркировки | Назначение | Отечественные марки (ГОСТ 3882-74) |
|---|---|---|---|
| P | Синий | Обработка сталей. Содержит карбиды титана и тантала, снижающие диффузионный износ | Т5К10 (черновое точение), Т15К6 (получистовое и чистовое точение). Рекомендации по операциям уточняйте по паспортам производителя |
| K | Красный | Чугуны, цветные металлы, неметаллические материалы. Вольфрамокобальтовые сплавы | ВК6, ВК8. Чем выше процент кобальта — тем выше ударная вязкость, но ниже износостойкость |
| M | Жёлтый | Универсальная группа. Нержавеющие и жаропрочные стали. Смешанная основа | — |
| N, S, H | — | Специализированные: алюминий и цветные сплавы (N), суперсплавы — инконель, хастеллой (S), закалённые стали (H) | — |
Покрытия и конструктивное исполнение
Роль износостойких покрытий PVD/CVD для твёрдосплавного инструмента переоценить сложно. TiN, TiAlN, AlCrN — это теплобарьер и снижение трения, позволяющие существенно поднять режимы резания. Покрытие TiAlN — одно из наиболее распространённых решений для сухой обработки и повышенных скоростей. Покрытия применяются и на HSS-инструменте (характерный золотистый цвет TiN-свёрл), но базовый материал не способен работать на температурах, где покрытие раскрывает свой потенциал.
Конструктивное исполнение инструмента из твёрдого сплава:
Сменные многогранные пластины (СМП)
Основа современного токарного и фрезерного инструмента. Не перетачиваются: при износе грани пластина поворачивается или утилизируется.
Цельнотвердосплавные фрезы и свёрла
Монолитный инструмент для высокоточных и высокоскоростных операций.
Инструмент с напайными пластинами
Резцы, зенкеры. Более дешёвая альтернатива СМП для универсальных станков. Напайные пластины — экономичное решение для типовых операций.
Сравнение HSS и твёрдого сплава: технические и экономические аспекты
Физико-механические свойства
В таблице приведены типичные значения для распространённых марок. Фактические показатели зависят от конкретной марки, термообработки, метода испытаний и производителя. Твёрдость HSS и твёрдого сплава измеряют по разным шкалам (HRC и HRA соответственно), поэтому прямое численное сравнение не вполне корректно.
| Параметр | HSS (Р6М5, типичные значения) | Твёрдый сплав (WC-Co, типичные значения) |
|---|---|---|
| Твёрдость при 20 °C | 63–67 HRC | 89–93 HRA |
| Теплостойкость | до 600–650 °C | до 800–1000 °C |
| Прочность на изгиб | Высокая (существенно выше, чем у ТС) | Умеренная |
| Ударная вязкость | Высокая | Низкая (хрупкий материал) |
| Модуль упругости | ~200 ГПа | ~550–600 ГПа (значительно жёстче) |
| Теплопроводность | Средняя | Высокая |
Высокий модуль упругости твёрдого сплава означает меньшее отжатие инструмента при резании — это критично для точных операций. А более высокая теплопроводность способствует отводу тепла из зоны резания.
Режимы резания и стойкость инструмента
Приведённые ниже значения скоростей резания — ориентировочные, для наружного продольного точения. Фактические режимы зависят от конкретной операции (точение, фрезерование, сверление), геометрии и покрытия инструмента, подачи и глубины резания, твёрдости и состояния заготовки, наличия и типа СОЖ, жёсткости системы СПИД и принятого критерия стойкости. Подбирайте режимы по рекомендациям производителя инструмента для конкретных условий.
| Характеристика | HSS | Твёрдый сплав |
|---|---|---|
| Скорость резания (Vc), точение стали 45 (ориентировочно) | 20–40 м/мин | 150–300 м/мин |
| Скорость резания, точение нержавейки (ориентировочно) | 10–15 м/мин | 80–200 м/мин |
| Стойкость до переточки/смены | Базовая | Как правило, значительно выше |
| Качество поверхности | Хорошее | Отличное (меньше нарост, меньше вибрации) |
На многих операциях твёрдый сплав допускает существенно более высокие скорости резания, чем HSS, что может заметно сократить машинное время — при корректно подобранных режимах и достаточной жёсткости системы.
Стойкость корректно сравнивать при одинаковом критерии износа (например, износ по задней поверхности) и одинаковых условиях резания. В производстве удобно считать стойкость в деталях до достижения предельного износа или до ухудшения размера/шероховатости.
Экономика обработки: стоимость детали, а не инструмента
Прямое сравнение цены HSS-сверла и твёрдосплавного некорректно. Считать нужно стоимость обработки одной детали, куда входят:
- Амортизация инструмента (цена ÷ ресурс в деталях)
- Стоимость переналадок и смены инструмента
- Стоимость станко-минуты (амортизация станка + зарплата оператора + накладные)
Допустим, цельнотвердосплавная фреза стоит значительно дороже HSS-аналога. Но при серийной обработке она позволяет работать на более высоких режимах и реже менять инструмент. В результате машинное время на деталь сокращается, простои на переточку исключаются, и себестоимость детали может оказаться ниже. При небольшой же партии экономия на режимах не окупает разницу в стоимости инструмента — и HSS оказывается дешевле. Фактический эффект зависит от конкретных условий и подтверждается расчётом на ваших исходных данных (станко-минуты, режимы, стойкость, стоимость инструмента/заточки).
Ремонтопригодность и логистика
✓ HSS — простота обслуживания
- Переточка на обычном универсальном заточном станке
- Выполняется мастером или оператором без специальной подготовки
- Стандартные абразивные круги
- Подходит для удалённых производств без сервиса по заточке
✕ Твёрдый сплав — сложнее в обслуживании
- Требуются алмазные круги и специальное оборудование
- СМП не перетачиваются — утилизация при износе
- Необходим склад пластин и оперативная логистика
- Заточка цельнотвердосплавного инструмента — только специализированный сервис
Для удалённых производств, где нет склада СМП и сервиса по заточке, HSS может оказаться предпочтительнее — при условии грамотной организации поставок расходных материалов.
Когда HSS — единственно верный выбор
Мелкосерийное и ремонтное производство (небольшие партии)
Покупать твёрдосплавный инструмент, который морально устареет раньше, чем выработает ресурс, часто экономически нецелесообразно. Порог, при котором HSS выгоднее, зависит от конкретного станка, операции и стоимости инструмента — подтверждайте расчётом.
Нежёсткая технологическая система
Станки с люфтами, изношенные шпиндели, слабое крепление заготовки. Твёрдый сплав в таких условиях склонен к сколам и крошению. Вязкий HSS значительно лучше переносит вибрации и ударные нагрузки.
Сложнопрофильный и специальный инструмент
Фасонные резцы, специальные протяжки, метчики под глубокие отверстия — изготовить из HSS проще и дешевле, чем заказывать цельнотвердосплавный с покрытием.
Прерывистое резание с ударом
Строгание, долбление. HSS благодаря высокой вязкости, как правило, предпочтительнее в этих операциях. Твёрдосплавные пластины на строгальных станках применяются редко и требуют специальных марок с повышенным содержанием кобальта.
Вывод: HSS — выбор для гибкости, ремонтопригодности и единичного производства. Актуален для инструментальных цехов, ремонтных служб и мастерских, где номенклатура деталей широкая, а партии — маленькие.
Когда твёрдый сплав даёт конкурентное преимущество
Серийное и массовое производство
Ключевой фактор — себестоимость детали. Снижение машинного времени и увеличение выработки на одного оператора окупают высокую цену инструмента за первые партии.
Обработка на станках с ЧПУ
Жёсткие высокооборотистые шпиндели, высокое давление СОЖ, автоматическая смена инструмента. Станок стоит миллионы — его простой из-за низких режимов обходится дороже любого инструмента. Режущий инструмент для станков с ЧПУ — это, как правило, твёрдый сплав. Выбор материала здесь диктуется логикой максимальной загрузки дорогого оборудования.
Высокоскоростная обработка (HSM)
Высокие скорости резания обычно требуют инструмент с высокой теплостойкостью и износостойкостью — на практике чаще применяют мелкозернистые твёрдые сплавы с покрытиями, хотя конкретный выбор зависит от материала заготовки и операции.
Обработка нержавейки, жаропрочных и титановых сплавов
HSS быстро теряет свойства из-за недостаточной теплостойкости. Для жаропрочных никелевых сплавов (инконель, хастеллой) и титана, как правило, применяют твёрдый сплав, а на отдельных операциях — керамику, CBN или другие специальные материалы.
Обработка закалённых сталей
Для работы по высокотвёрдым материалам требуется инструмент с соответствующей износостойкостью; как правило, применяют твёрдый сплав и CBN. Выбор зависит от твёрдости заготовки, операции и требований к точности.
Высокие требования к шероховатости
Финишные операции часто целесообразно выполнять твёрдым сплавом на повышенных скоростях: это может снизить склонность к наростообразованию и повысить стабильность качества поверхности при корректно подобранных режимах.
Вывод: твёрдый сплав — выбор для производительности, стабильности и качества при серийном выпуске на современном оборудовании.
Алгоритм выбора материала режущей части
Пять шагов — от станка к экономике.
Шаг 1. Оцените станок
ЧПУ в исправном состоянии, жёсткий шпиндель? → Твёрдый сплав. Универсальный станок с ручным управлением, есть люфты? → HSS.
Шаг 2. Оцените объём партии
Единичное и мелкосерийное производство? → Чаще выгоднее HSS. Средняя и крупная серия? → Твёрдый сплав. Промежуточные объёмы — считайте по шагу 5.
Шаг 3. Определите обрабатываемый материал
Конструкционная сталь 45, алюминий, латунь? → Возможны оба варианта. Нержавейка, титан, закалённая сталь? → Как правило, твёрдый сплав (или керамика/CBN).
Шаг 4. Оцените требования к точности и шероховатости
Для более строгих допусков и стабильного качества поверхности чаще требуется предсказуемый инструмент с высокой жёсткостью (нередко твёрдый сплав), но итог определяется операцией, станком, оснасткой и контролем биения. Для менее строгих допусков HSS часто оказывается достаточным.
Шаг 5. Посчитайте экономику
Сравните не цену инструмента, а стоимость обработки одной детали с учётом станко-часа, зарплаты оператора, простоев.
(Тшт_HSS − Тшт_ТС) × Стоимость_станко-минуты − (Ци_ТС − Ци_HSS) > 0
Если выражение положительное — переход на твёрдый сплав выгоден. Если сомневаетесь — отправьте чертёж детали и параметры станка нашим инженерам: поможем с расчётом.
Ответы на частые вопросы технологов и снабженцев
Р6М5К5 содержит кобальт, что повышает теплостойкость по сравнению с обычной Р6М5. Для нержавеющих сталей выбирайте Р6М5К5 — кромка дольше сохраняет геометрию при нагреве. Для обычных конструкционных сталей достаточно Р6М5.
Т15К6 — отечественная марка твёрдого сплава группы P по ГОСТ 3882-74. Расшифровка: 15 % карбида титана, 6 % кобальта, остальное — карбид вольфрама. Предназначен для получистового и чистового точения углеродистых и легированных сталей. Конкретные рекомендации по режимам уточняйте в каталоге производителя.
С большой осторожностью, а чаще — не рекомендуется. На старых вертикально-сверлильных станках (типа 2Н135 и аналогичных) максимальные обороты, как правило, недостаточны для реализации скоростей резания твёрдого сплава на типовых диаметрах (уточняйте по паспорту вашего станка). Добавьте к этому биение шпинделя — твёрдосплавное сверло будет работать в неоптимальном режиме и может выкрошиться. Используйте HSS-свёрла с качественной заточкой.
Причина — нарушение условий эксплуатации: повышенное радиальное биение (контролируйте на вылете инструмента, проверяйте состояние цанги/патрона/державки), недостаточная жёсткость системы СПИД, неправильная подача (слишком маленькая — трение вместо резания, слишком большая — перегрузка). HSS благодаря пластичности деформируется, но не разрушается сразу. Твёрдый сплав — хрупок и разрушается без предупреждения.
Число допустимых переточек зависит от размера метчика, допуска резьбы, характера износа и квалификации заточника. После каждой переточки обязательно контролируйте средний диаметр резьбы калибрами — это ключевое условие. Ориентируйтесь на требования техпроцесса вашего производства. Заточные станки для метчиков помогут обеспечить точность геометрии.
Покрытие улучшает свойства обоих материалов, но не меняет базу. HSS-сверло с покрытием TiN (золотистое) работает лучше непокрытого аналога, однако не выдержит режимов твёрдого сплава. Твёрдый сплав с TiAlN — распространённое решение для сухой обработки и высоких скоростей, где HSS физически не работает.
Оба варианта рабочие. Для вязких алюминиевых сплавов на универсальных станках хороши HSS-фрезы с острой полированной кромкой. Для высокоскоростной обработки на ЧПУ применяют цельнотвердосплавные фрезы с полированными стружечными канавками и геометрией, препятствующей налипанию.
Развёртки из HSS — классическое решение для получения точных отверстий. Твёрдосплавные развёртки (монолитные или со сменными головками) дают более высокую стойкость и лучшую шероховатость, но требуют точной настройки, минимального биения и жёсткости системы.
Как правило, нет — если только это не труднообрабатываемый материал или жёсткие требования по производительности. Затраты на подбор режимов и риск поломки могут не окупиться. Исключение — пробная партия перед запуском серии.
Там, где нужна высокая износостойкость, но хрупкость твёрдого сплава недопустима: протяжки для сложных профилей, концевые фрезы малых диаметров, долбяки для зубчатых колёс. PM-HSS — это ниша между классическим HSS и твёрдым сплавом.
Кермет — режущий материал на основе карбонитридов титана с металлической связкой. Занимает промежуточное положение между твёрдым сплавом и керамикой. Высокая износостойкость при чистовом точении сталей на повышенных скоростях, но ещё более хрупок, чем стандартный твёрдый сплав.
Упрощённо: (Тшт_HSS − Тшт_ТС) × Стоимость станко-минуты − ΔЗатраты_на_инструмент > 0. Если результат положительный — переход выгоден. Наши инженеры-технологи могут выполнить такой расчёт: пришлите чертёж, укажите материал, станок и размер партии.
Итог: два инструментальных материала — одна задача
HSS и твёрдый сплав — не конкуренты, а взаимодополняющие решения. Задача технолога — точно определить место каждого из них в техпроцессе. Ошибочно считать, что твёрдый сплав всегда лучше. Так же ошибочно держаться за HSS, когда производство требует роста выработки.
В нашем каталоге — полный ассортимент инструмента из HSS и твёрдого сплава: свёрла, фрезы, пластины СМП, резцы, метчики от проверенных производителей. Подберём аналог из наличия — дешевле или производительнее. Забронируем дефицитные позиции.
Не определились с выбором?
Отправьте чертёж детали, укажите материал заготовки, тип станка и объём партии. Наши инженеры проанализируют задачу, подберут оптимальный тип инструмента, рассчитают режимы резания для HSS и ТС и предложат 2–3 варианта с разным бюджетом.
Доставка по всей России. Гибкие условия оплаты: лизинг, кредит, отсрочка платежа, работа со спецсчетами. Банковская гарантия — финансовая безопасность сделки. Пусконаладка, расходные материалы и оснастка — в одном заказе.
