Snabbstål – kemiska egenskaper och sammansättning

Snabbstål (även känt som HSS) är en stålkvalitet som används vid tillverkning av en mängd olika maskinverktyg. Eftersom snabbstål har mer lämpade mekaniska egenskaper för verktygstillverkning jämfört med de kolstål som traditionellt använts, betraktas det som en kvalitativt bättre lösning för detta ändamål.

Kemisk sammansättning

Verktygsstål som snabbstål är legeringar som innehåller många andra grundämnen än järn, vilka var och en påverkar materialets kemiska egenskaper. Dessa ämnen är kol (0,65–0,80 procent), krom (3,75–4,00 procent), volfram (17,25–18,75 procent), vanadin (0,90–1,30 procent) samt i mycket små mängder kobolt, molybden och aluminium. Andra ämnen som kan förekomma i mindre kvantiteter är mangan (0,10–0,40 procent), kisel (0,20–0,40 procent), nickel (cirka 0,30 procent), koppar (0,25 procent), fosfor (cirka 0,30 procent) och svavel (cirka 0,30 procent).

Grovt sett klassificeras snabbstål i två huvudkategorier utifrån sin kemiska sammansättning: T-typ (volframbaserat) och M-typ (molybdenbaserat).

Effekter av den kemiska sammansättningen

Den kemiska sammansättningen påverkar i sin tur stålets mekaniska egenskaper (hållfasthet, hårdhet, seghet, sprödhet, duktilitet och formbarhet) och är därför en avgörande faktor för vilka tillämpningar en viss kvalitet lämpar sig för. De kemiska egenskaperna styr även stålets korrosionsbeständighet.

Högre kolhalt ökar legeringens hållfasthet, vilket hjälper den att motstå deformation när belastning läggs på materialet. Kolhalten ökar också hårdheten, men gör samtidigt stålet mindre duktilt. Krom i järnlegeringen kan dessutom avsevärt fördröja oxidation (rostbildning) genom att bilda ett tunt skyddande lager av kromoxid, vilket skyddar verktyget mot mekanisk eller kemisk skada. Molybden bidrar till att motverka repor och slitage på legeringen, även om detta gör den mindre formbar.

Hårdhet

Alla kvaliteter av snabbstål kräver hållfasthets- och hårdhetsegenskaper som bibehålls även vid höga temperaturer (över 600 grader Celsius). Detta uppnås vanligtvis genom värmebehandling av legeringen. Det är viktigt att notera att snabbstål uppvisar mycket hög hårdhet och god slitstyrka både vid rumstemperatur och vid höga temperaturer.

Verktyg tillverkade av snabbstål kan därför bearbeta material betydligt snabbare än verktyg gjorda av andra stålkvaliteter, och det är just denna nyckelegenskap som gett materialet dess namn. Snabbstål spelar därmed en central roll i den moderna metallbearbetningsindustrin.