Yüksek Hız Çeliği (HSS) Nedir? Özellikleri ve Kullanım Alanları

Yüksek Hız Çeliğine Giriş

Yüksek hız çeliği (HSS), özellikle makine ve imalat sektöründe kesici takım üretiminde kullanılan yüksek alaşımlı bir takım çeliğidir. İngilizcede High Speed Steel olarak adlandırılır. Matkap uçları, freze çakıları, kılavuzlar ve testere ağızları gibi yüksek hızda çalışan kesici takımlarda yaygın olarak kullanılır.

Bu yazıda yüksek hız çeliğinin ne olduğunu, bileşiminde hangi alaşım elementlerinin bulunduğunu, temel özelliklerini, HSS kalite çeşitlerini, yüzey işlemlerini ve kullanım alanlarını inceleyeceğiz.

Yüksek Hız Çeliği Nedir?

Yüksek hız takım çeliği, geleneksel karbon takım çeliklerine göre daha yüksek kesme hızlarında çalışabilen bir takım çeliği grubudur. HSS çeliklerin en önemli özellikleri; yüksek sertlik, aşınma direnci ve kesme sırasında oluşan yüksek sıcaklıklarda sertliğini büyük ölçüde koruyabilmesidir.

Bu özellikler; karbonun yanında tungsten, molibden, krom, vanadyum ve bazı HSS türlerinde kobalt gibi alaşım elementlerinin kullanılması ve uygun ısıl işlemlerin uygulanması sayesinde elde edilir.

Yüksek hız çelikleri uygun sıcaklıklarda östenitleme işlemine tabi tutulduktan sonra kontrollü olarak soğutulur ve birkaç temperleme işlemi uygulanabilir. Böylece martenzitik yapı ve sert karbür fazları oluşturularak yüksek sertlik, aşınma direnci ve sıcak sertlik elde edilir.

“Yüksek hız takım çeliği” terimi birden fazla alaşımı kapsar. Bununla birlikte HSS çeliklerin genel özellikleri şunlardır:

• Başlıca tungsten veya molibden olmak üzere yüksek oranda alaşım elementi içerir.
• Krom, vanadyum ve bazı kalitelerde kobalt bulunabilir.
• Karbon oranı klasik yapı çeliklerine göre yüksektir.
• Uygun ısıl işlemden sonra yaklaşık 60 HRC’nin üzerinde yüksek sertlik değerlerine ulaşabilir.
• Yüksek aşınma direncine sahiptir.
• Kesme sırasında oluşan yüksek sıcaklıklarda sertliğini uzun süre koruyabilir.
• Yapısında tungsten, molibden ve vanadyum gibi elementlerin oluşturduğu sert karbürler bulunur.

Yüksek Hız Çeliğinin Yaygın Kaliteleri ve Özellikleri

Yüksek hız çelikleri genel olarak kullanılan temel alaşım elementine göre T tipi ve M tipi olmak üzere iki ana grupta incelenebilir.

T tipi yüksek hız çeliklerinde tungsten önemli bir alaşım elementidir. M tipi yüksek hız çeliklerinde ise molibden ağırlıklı alaşım sistemi kullanılır.

HSS kaliteleri T veya M harfinin ardından gelen bir numarayla ifade edilir. Örneğin M2, M3, M4, M7 ve M42 yaygın olarak bilinen yüksek hız çeliği kaliteleridir.

Yüksek hız çeliğinin özellikleri kullanılan alaşım elementlerine göre değişir:

• Tungsten ve molibden: Sert karbürlerin oluşmasına katkı sağlar ve özellikle yüksek sıcaklıklarda sertliğin korunmasına yardımcı olur.
• Vanadyum: Sert vanadyum karbürleri oluşturarak aşınma direncini artırır. Yüksek vanadyum içeren HSS kaliteleri özellikle yüksek aşınma direnci gereken kesici takımlarda kullanılır.
• Krom: Çeliğin sertleşebilirliğini artırmaya ve ısıl işlem özelliklerini geliştirmeye yardımcı olur.
• Kobalt: Özellikle yüksek sıcaklıklarda sertliğin korunmasını geliştirir. Ancak yüksek kobalt oranı çeliğin tokluğunu azaltabilir.
• Karbon: Yüksek sertliğin ve alaşım karbürlerinin oluşmasında önemli rol oynar.

Yüksek Hız Çeliklerinde Yüzey İşlemleri

HSS kesici takımların performansını artırmak için çeşitli yüzey işlemleri ve kaplamalar uygulanabilir. Bu işlemler takımın aşınma direncini artırabilir, sürtünmeyi azaltabilir ve takım ömrünün uzamasına yardımcı olabilir.

Yaygın uygulamalardan biri nitrürleme işlemidir. Bu işlemde çeliğin yüzey tabakasına azot difüzyonu sağlanarak yüzey sertliği ve aşınma direnci artırılır.

HSS takımlarda kullanılan diğer önemli yüzey kaplamalarından biri titanyum nitrür (TiN) kaplamadır. Genellikle PVD (Fiziksel Buhar Biriktirme) yöntemiyle uygulanan TiN kaplama; sürtünmenin ve takım aşınmasının azaltılmasına, kesici kenarın daha uzun süre kullanılmasına yardımcı olur.

Uygulamaya göre TiCN, TiAlN ve AlTiN gibi farklı takım kaplamaları da kullanılabilir. Kullanılacak kaplama, işlenen malzemeye ve kesme şartlarına göre seçilmelidir.

Yaygın HSS Kaliteleri

Kesici takım üretiminde farklı özelliklere sahip çok sayıda HSS kalitesi kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları şunlardır:

• M2: Tokluk, aşınma direnci ve sıcak sertlik bakımından dengeli özelliklere sahip genel amaçlı bir yüksek hız çeliğidir. Matkap, freze, kılavuz ve benzeri birçok kesici takımda yaygın olarak kullanılır.
• M3: M2’ye göre daha yüksek karbon ve vanadyum içeriğine sahip çeşitleri bulunur. Daha yüksek aşınma direnci gereken uygulamalarda tercih edilir.
• M4: Yüksek vanadyum içeriği sayesinde yüksek aşınma direncine sahiptir.
• M7: Özellikle kesici takımlarda kullanılan molibden esaslı HSS çeşitlerinden biridir.
• M42: Yüksek kobalt içeriği sayesinde yüksek sıcaklıklarda sertliğini iyi koruyan bir HSS kalitesidir.
• T1: Geleneksel tungsten esaslı yüksek hız çeliği kalitelerinden biridir.
• T15: Yüksek aşınma direnci ve sıcak sertlik gerektiren uygulamalarda kullanılan tungsten ve vanadyum içeriği yüksek bir HSS kalitesidir.

Toz Metalurjisi ile Üretilen HSS Çelikler

Yüksek hız çelikleri geleneksel yöntemlerin yanında toz metalurjisi yöntemiyle de üretilebilir. Bu yöntemde ergitilmiş alaşım atomize edilerek çok küçük metal tozlarına dönüştürülür.

Elde edilen metal tozları kontrollü şartlarda birleştirilir ve sıcak izostatik presleme gibi yöntemlerle yoğunlaştırılır. Böylece ince taneli ve daha homojen bir mikroyapı elde edilebilir.

Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen HSS çeliklerde karbürlerin daha homojen dağılımı sağlanabilir. Bu özellik, özellikle yüksek aşınma direnci ve tokluğun birlikte gerekli olduğu kesici takım ve kalıp uygulamalarında avantaj sağlar.

Bu tür çelikler genellikle PM HSS veya toz metalurjisi yüksek hız çeliği olarak adlandırılır.

Yüksek Hız Çeliğinin Kullanım Alanları

Yüksek hız çelikleri, yüksek sertlikleri, aşınma dirençleri ve yüksek sıcaklıklarda kesme özelliklerini koruyabilmeleri nedeniyle özellikle endüstriyel kesici takım üretiminde kullanılır.

Başlıca kullanım alanları şunlardır:

• Matkap uçları
• Freze çakıları
• Torna kesici takımları
• Kılavuzlar
• Paftalar
• Raybalar
• Broşlar
• Testere bıçakları
• Havşa takımları
• Dişli açma takımları
• Zımbalar ve bazı kalıp elemanları
• Keski ve benzeri el aletleri

HSS’den üretilen kesici takımlar, uygun çalışma şartlarında klasik karbon takım çeliklerine göre kesici özelliklerini daha yüksek sıcaklıklarda koruyabilir. Farklı HSS kaliteleri ve takım kaplamaları sayesinde kesilecek malzeme ve çalışma şartlarına uygun takım seçimi yapılabilir.

HSS takımlar yalnızca metal işlemede değil; ahşap, plastik ve farklı mühendislik malzemelerinin işlenmesinde de kullanılabilir. Kullanılacak takımın kalitesi, geometrisi, kaplaması ve kesme parametreleri işlenecek malzemeye göre belirlenmelidir.

Yüksek Hız Çeliğinin Avantajları

Yüksek hız çeliklerinin kesici takım üretiminde yaygın olarak kullanılmasının başlıca nedenleri yüksek sertlik, aşınma direnci ve sıcak sertlik özellikleridir.

• Yüksek sertliğe sahiptir.
• Aşınmaya karşı dayanıklıdır.
• Yüksek kesme sıcaklıklarında sertliğini koruyabilir.
• Kesici kenarın uzun süre korunmasına yardımcı olur.
• Farklı alaşım ve kalite seçenekleri bulunur.
• Isıl işlem ve yüzey kaplamalarıyla özellikleri geliştirilebilir.
• Kesici takım üretiminde geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Sonuç olarak yüksek hız çeliği (HSS), özellikle talaşlı imalat ve kesici takım teknolojisinde önemli bir takım çeliği grubudur. M2, M4 ve M42 gibi farklı HSS kaliteleri; kesme hızı, aşınma direnci, sıcak sertlik ve tokluk ihtiyaçlarına göre farklı uygulamalarda tercih edilir.

Makine elemanları, talaşlı imalat, takım ve otomotiv teknolojisiyle ilgili diğer teknik eğitim içeriklerini MotorDersi üzerinden inceleyebilirsiniz.