Gli utensili da taglio in acciaio ad alta velocità raggiungono un'elevata durezza a caldo, resistenza all'usura e alla frattura con una durezza superiore a 60-67 HRC attraverso la tempra e il rinvenimento. I principali elementi di lega sono carbonio, tungsteno, molibdeno, vanadio e cobalto. L'elevato contenuto di elementi che formano carburi porta alla formazione di carburi inibitori dell'usura nella microstruttura.
Gli acciai ad alta velocità sono acciai per utensili complessi e altamente legati, utilizzati principalmente per la produzione di utensili da taglio, ad esempio frese, punte, utensili di tornitura e brocce, il cui tagliente è soggetto a riscaldamento e a stress da usura. Il tagliente entra in contatto con il materiale del pezzo in lavorazione ad alta pressione nel taglio continuo e interrotto, il che richiede all’utensile un’elevata durezza a caldo, un’alta resistenza all’usura, una buona resistenza all’ossidazione e una bassa tendenza all’adesione all’aumentare della velocità di taglio.
Con contenuti di carbonio compresi tra lo 0,8% e l’1,4%, gli elevati contenuti di elementi formanti carburi portano alla formazione di carburi primari ed eutettici in una matrice martensitica a indurimento secondario.
Gli elementi di lega più importanti sono carbonio, tungsteno, molibdeno, vanadio, cromo e cobalto, la cui percentuale può superare il 30%. Gli acciai ad alta velocità possono essere suddivisi essenzialmente in tre gruppi: acciai al tungsteno, acciai al molibdeno e acciai al tungsteno/molibdeno. Aumentando il contenuto di carbonio e di vanadio, il contenuto di carburo è stato aumentato e il cobalto migliora la resistenza alle alte temperature.
Gli elementi di lega assicurano un’elevata resistenza all’usura e la resistenza della martensite a temperature fino a 600 °C. La durezza di servizio della martensite è solitamente fino al 60%. La durezza di esercizio, solitamente compresa tra 60 e 67 HRC, è conferita all’acciaio rapido, come a tutti gli altri acciai per utensili, dalla sua struttura di base martensitica e dalla percentuale di carburi duri e resistenti all’usura. L’elevata durezza a caldo e l’alta resistenza al calore rispetto agli acciai per utensili ordinari sono dovute al trattamento termico, solitamente tempra e rinvenimento multiplo a temperature di ricottura nell’intervallo di tempra secondaria/precipitazione (550-600°C).
Con speciali processi di produzione metallurgica degli acciai per alta velocità, come la rifusione con scorie elettrolitiche (grado BÖHLER ISORAPID) o la produzione metallurgica con polveri (grado BÖHLER MICROCLEAN), è possibile ottenere prodotti altamente legati, di elevata purezza e molto omogenei, caratterizzati dalla migliore combinazione di durezza, resistenza all’usura, resistenza alla frattura e resistenza alla fatica.
Rispetto ad altri materiali da taglio come il carburo, la ceramica da taglio, il nitruro di boro cubico (CBN) e il diamante policristallino (PCD), gli acciai ad alta velocità hanno una minore resistenza all’usura e durezza a caldo. Tuttavia, la loro buona lavorabilità allo stato ricotto, la loro tenacità relativamente buona allo stato temprato e rinvenuto e la produzione più economica offrono un vantaggio decisivo rispetto agli utensili da taglio con un elevato contenuto di materiale duro (ad esempio, il carburo), che possono essere prodotti solo con la metallurgia delle polveri. Se gli acciai ad alta velocità sono ulteriormente protetti da rivestimenti sottili, possono persino raggiungere le prestazioni dei materiali da taglio ad alta durezza. I rivestimenti duri depositati con processi PVD o CVD si sono dimostrati efficaci come rivestimenti.
In molti casi, gli acciai rapidi appositamente trattati termicamente soddisfano anche i requisiti di molte applicazioni di lavorazione a freddo.