فولادهای ابزار سردکار و گرم کار

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

از نظر کاربرد، فولادهای ابزار برای ساخت و شکل  دادن مواد اصلی از قبیل فلزات، پلاستیکها و چوب بکار می روند. از نظر ترکیبات شیمایی، فولادهای ابزار فولادهای کربنی یا آلیاژی هستند که دارای قدرت سخت شدن ( آبدارشدن) و بازپخت را دارند.

بعضی خواص مطلوب فولادهای ابزار مقاومت سایشی و سختی زیاد، مقاومت گرمایی خوب و استحکام برای کار روی مواد می باشد.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربرد فولادهای ابزار باید از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد و باید این فولادها قابلیت شکل پذیری و یا ماشین کاری برای تبدیل به شکل  مطلوب را داشته باشند.

باتوجه به اینکه ویژگی مورد نظر این دسته از فولادها بسیار خاص می باشد، این دسته از فولادهای ابزار معمولا در کوره الکتریکی ذوب می شوند.

تلاش  زیادی صورت  می گیرد تا تخلخل، جدایش، ناخالصیها و آخالهای غیر فلزی را در حدامکان پایین نگه دارند. بازرسیهای دقیق میکروسکوپی و ماکروسکوپی روی فولاهای ابزاری انجام می  شود تا از داشتن  ویژگی های فولاد ابزار مطمئن شوند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

اگر چه فولادهای ابزار درصد کمی از کل فولادهای تولیدی را تشکیل می دهند ولی به علت کاربرد آنها در تولید سایرفولادها و مواد مهندسی موقعیت استراتژیک دارند. بعضی کاربردهای فولادهای ابزار عبارت است از:

مته ها، قالب های کشش عمیق، سنبه ها، قالب های استروژن، تیغه ها برشی و ابزارهای برشی می باشند.

فولاد فنر خام و آبدار

فولاد فنر خام و آبدار

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

دسته بندی فولادهای ابزار

1-فولادهای ابزار سخت شده در آب

2-فولادهای ابزار مقاومت به شوک

3-فولادهای ابزار سردکار در روغن  سرد شده

4-فولادهای ابزار گرم کار ( نوع کرم دار، نوع تنگستن دار، نوع ملیبدن دار )

5-فولاد ابزار تندبر ( نوع تنگستن دار، نوع مولیبدن دار )

6-فولادهای ابزار با کاربرد خاص ( کم آلیاژ، فولاد ابزار قالب )

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار سخت  شده در آب

ترکیب شیمیایی و کاربرد

فولادهای ابزاری که در آب سخت شده اند معمولا فولادهای ساده کربنی دارای 0/6 الی 1/4% کربن اند، اما مقدار کربن اغلب 0/8 الی 1/1% می باشد. در یکی از آلیاژها 0/25V%، و در دیگری 0/5Cr% اضافه می شود.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربرد فولادهای ابزار سخت شده در آب

کم کربن:

ابزارآهنگری، ابزارلوح زنی، ابزارآب بندی، قالب های آهنگری، ابزار پرچ، تیغه های برشی، سنبه ها، پتک.

تیغه های برش

 

کربن متوسط:

ابزار کشاورزی، ابزار مهره سازی، قالب های لوح زنی، قلاویر، بوشها، قالبهای سرسرد، اسکنه ها، ابزارهای سکه سازی، مته ها، قالب های شکل دادن، قالب های جواهرسازی، سنبه ها، ماندرلها، تیغه های برشی، ابزارهای چوب بری.

کربن زیاد:

شیشه بر، قالب های جواهرسازی، قلاویزها، ابزار تراشکاری، مته های پیچشی، ابزار چوب بری، قالب های کششی، ماندرلهای کشش لوله، سنبه های بزرگ، قلاویزها، تیغ اصلاح، قالب ها و غلتک های کارسرد، صفحات سایشی.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

عملیات گرمایی و ریز ساختار

ارزانترین نوع فولادهای ابزار فولادهای سخت شده در آب هستند. اما چون ترکیب شیمایی ساده ای دارند مقاومت سایشی آنها کم می  باشد. فولادهای ابزار همچنین سختی پذیری کمی دارند.

این فولادها به اندازه کافی سخت نمی شوند مگر اینکه به شدت در آب آبدهی شوند.حتی با آبدهی شدید، بجز در نمونه های خیلی نازک، فقط لایه های  سطحی یا پوسته به مارتنزیت دگرگون می شود و داخل یا مغز آن ساختار پرلیتی نرم است.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار مقام به شوک

ترکیب شیمایی و کاربرد آن

وقتی تنشهای ضربه ای تکراری  است فولادهای ابزار مقاوم به شوک به کار می روند، مانند تیغه های برشی، اسکنه ها و ابزار پرچ.در این فولادها مهمترین خاصیت چقرمگی و پس از آن سختی است.

بنابراین این فولادها نسبت به سایر فولادهای ابزار دارای کربن کمتری هستند یعنی حدود 0/5%، و در سختی های کمتری بکار می روند، یعنی حدود 60Rc-56Rc.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربرد های فولادهای ابزار مقاوم به شوک 

قالب های کله پیچ، اسکنه های تراش، ابزاربرش، لوله، مته های بتونی، قالب های آهنگری، تیغه های برش، محورهای ضربه ای، ناخن ها، ابزار پرچ، سرپیچ گوشتی، رقاصک ساعت، منگنه ها، قیچی های چرخشی، قالب های حکاکی، قالب های پلاستیک، قالب های ریخته گری تزریقی و غیره…

 

عملیات گرمایی و ریز ساختار

یکی از مهمترین فولادهای ابزار مقاوم به شوک فولاد S5 می باشد. این فولاد ارزان و کاربرد عمومی دارد. آلیاژ S5 دارای سیلیسیم زیاد و کربن نسبتا کم است و برای اطمینان از تبدیل کامل فریت به آستنیت معمولا در دمای زیاد آستنیتی می شود. S5 سختی پذیری متوسط دارد.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار سردکار ( آب دهی شده در روغن )

فولادهای ابزار سرد کار در قالب ها و ابزار سردکار که در آنها مقاومت سایشی و چقرمگی مهم است بکار می روند. مهمترین این دسته از فولادها عبارتند از:

1-آبدهی شده در روغن

2-آبدهی شده در هوا

3-نوع پرکربن و پرکرم

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

ترکیب  شیمیایی و کاربرد

فولادهای ابزار  کار سرد از نوع آب دهی شده در روغن از پر کاربردترین فولادهای ابزار است. این فولادها دارای خواصی همچون سختی زیاد در حالت آبدهی شده، سختی پذیری زیاد از دماهای کم آبدهی، نداشتن ترک در مقاطع آبدهی شده و نگهداری لبه های تیز در ابزار برشی است.

اما این فولادها برای برش با سرعت زیاد و یا کارگرم کاربرد ندارند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربرد فولاد ابزار سردکار ( آبدهی شده در روغن )

قالب های لوح، قالب های پلاستیک، قالب های کشتی، قالب های آرایشی، کاردهای کاغذ، تیغه های برش، شیرآلات، ابزار اندازه گیری، قالب های خمش، قالب های پولک زنی، غلتکهای نورد سرد، سنبه ها، چاقوهای برش چرم و لاستیک، مته های دنداپزشکی، ابزار نجاری، برقوهای دستی، خراشنده ها و غیره

فولادهای فنر خام و آبدار

فولاد های فنر خام و آبدر

عملیات  گرمایی و ریز ساختار

یکی از فولادهای ابزار پرکاربرد می باشد که در روغن سرد شده است. منگنز زیاد این فولاد، بهمراه 0/5Cr% و 0/5W% سختی پذیری آن را افزایش می دهد و در نتیجه نیاز به آبدهی در آب نیست.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

این نوع فولاد در حالت  تابکاری شده دارای ساختار فریت و کاربیدهای کروی است که در هنگام آستنیتی کردن در دمای 815 سانتی گراد بیشتر کاربیدها حل می شوند و فقط مقدار کمی مقدار حل نشده باقی می ماند.

پس از آبدهی در روغن تا دمای اتاق، ساختار بیشتر مارتنزیت بازپخت نشده است، اما مقداری کاربید حل نشده، بینایت و آستنیت باقی مانده نیز وجود دارند.

با بازپخت فولاد در دمای 150سانتی گراد و به مدت دو ساعت مارتنزیت بازپخت شده با مقداری کاربید حل نشده ایجاد می شود. اگر این فولاد در دمای  خیلی زیاد آستنیتی شود، پس از آبدهی ساختار درشتی ایجاد می شود که بعد از بازپخت نیز باقی می ماند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار سرد کار

سرد شده در هوا با مقدار متوسط عناصر آلیاژی

ترکیب شیمایی و کاربرد

فولادهای ابزار سرد کار ( سرد شده در هوا ) به خصوص وقتی چقرمگی خوب و مقاومت سایش قابل  قبولی مورد نیاز است مانند قالبهای کشش شکل دهی و لوح کاربرد دارند.

چون تغییر ابعاد این فولادها پس از سخت کردن و بازپخت حدود 1/4 تغییر  ابعاد فولادهای ابزار منگنزی است که در روغن آبدهی شده است. این فولادها را می توان برای قالبهای پیچیده به کار برد.

عناصر آلیاژی اصلی در فولادهای ابزار سردکار علاوه بر 1 الی 2C%، کرم منگنر، مولیبدن، وانادیوم و نیکل می باشند. دو آلیاژ مهم از این فولادها یکی آلیاژی با 5Cr% و دیگری با 2 الی 3Mn% و 1Cr% می باشند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربرد فولادهای ابزار سردکاری

قالب های خوشه، قالب ها لوح، تیغه های برش، قالب پلاستیک، قالب سکه زنی، غلتک های شکل دهی، سوراخ کن، ابزار کنگره سازی، وسایل اندازه گیری، ابزار کشاورزی، چاقوهای برشی، پیچ های سربزرگ، رینگ های نگه دارنده، ابزار ساچمه زنی، فالب های پرس گرم و غیره…

فولاد فنر خام و آبدار

فولاد فنر خام و آبدار

عملیات گرمایی و ریز ساختار

فولاد ابزار سردکار نوع A2 در ابزاری بکار می رود که چقرمگی از مقاومت سایشی مهمتر است. حلالیت کرم، مولیبدن و وانادیم در آستنیت باعث سختی پذیری زیادی در این آلیاژها می شود.

مقاطع بزرگ این آلیاژ را می توان پس از آستنیتی کردن در 986 درجه سانتیگراد در هوا سرد کرد. سرد کردن خیلی آهسته مقاطع بزرگ می تواند منجر به رسوب کاربیدها و تشکیل بی نهایت شود.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

برای جلوگیری از این مشکل، قطعات بزرگ را می توان در حمام نمکی با دمای 540 سانتیگراد آبدهی و سپس تا دمای اتاق در هوا سرد کرد.

تغییرات ریز ساختار را که به هنگام عملیات گرمایی فولادهای ابزار سردکار نوع A رخ می دهد می توان با تغییراتی که در فولاد ابزار A2 به وجود می آید نشان داد.

در حالت تابکاری، ریز ساختار فولاد ابزار نوع A2 شامل فریت کم آلیاژ و حدود 15% وزنی کاربید است که عمدتاً نوع M7C3 و M23C6  شد می باشد.

در موقع آستنیتی کردن، این فولاد باید تا بیش از 970 درجه گرم شود. زیرا تا دما بیش از حدود 927 سانتیگراد گرم نباشد کاربیدها سریع حل نمی شوند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

بعد از آستنیتی کردن، بیشتر کربن، کرم، مولیبدن، وانادیوم در آستنیت  حل می شوند. اما حدود 5% کاربید باقی می ماند همانطور که در ساختار فولادی که پس از آستنیت شدن در هوا آبدهی و بازپخت شده است دیده می شود.

کاربیدهای باقی مانده بیشتر از نوع M7C3 است، و بنابراین از تغییر ابعاد ناشی از دگرگونی آستنیت به مارتنزیت در دمای اتاق جلوگیری می شود.

اگر فولاد ابزار A2 در حین آستنیتی شدن بیش گرمایی شود ساختاری درشت دانه با کاربیدهای گداخته شده ایجاد می شود.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

این ساختار نامطلوب است، زیرا با عملیات  گرمایی بعدی نمی توان به حداکثر سختی رسید. اگر آلیاژ قبل از  رسیدن به دمای اتاق بازپخت شود شرایط بازپخت گرم فراهم می شود، که در آن پس از بازپخت مقدار زیادی آستنیت باقیمانده وجود دارد.

این شرایط نیز نامطلوب است، زیرا سختی کامل به دست نمی آید و ممکن است به علت حضور آستنیت باقیمانده بعداً ابعاد قطعه تغییر کند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار سردکار ( پرکربن، پرکرم )

فولادهای ابزار کربن – پرکرم ابتدا در سال 1915 در آمریکا و برای جایگزین فولادهای ابزار تندبر ساخته شد. از آنجا که این فولادها در برش با سرعت های زیاد سختی کافی ندارند و نیز تردند برای این منظور کاربرد محدودی دارند،

اما معلوم شد که مقاومت سایش زیاد و تغییر شکل ناپذیری استثنایی آنها برای قالب های سردکار مفید است.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

مقاومت سایشی عالی  فولادهای ابزار سردکار ( پرکربن – کرم دار ) ناشی از زیاد کرم (12%) کربن (1/5 تا 2/35%) است. اختلاف در مقاومت سایشی فولادهای ابزار پرکربن – پر کرم مربوط به میزان کربن آنهاست.

این دسته از فولادها به علت اینکه کرم زیادی دارند، به اکسایش در دمای بالا مقاوم اند و نیز پس از سخت شدن و صیقل خوردن در برابر لک شدن ( زنگ زدگی ) مقاومت خوبی دارند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

برای ایجاد انواع مختلف، مقداری مولیبدن، وانادیم، کبالت و تنگستن به این فولادها اضافه می شود. مولیبدن سختی پذیری و چقرمگی را افزایش می دهد، اما بر اندازه دانه آستنیت یا مقدار آستنیت باقی مانده تاثیری ندارد.

وانادیوم دانه ها را زیر می کند اما وقتی بیش از 0/8% اضافه شود سختی پذیری را کاهش می دهد. وانادیوم همچنین آستنیت باقی مانده را کاهش می دهد و افزایش آن تا 1% چقرمگی را افزایش می دهد.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربرد فولادهای ابزار سردکار ( پرکربن – پرکرم )

قالب های پولک زنی، قالب های کار سرد، قالب های کشش، قالب های نورد، تیغه های برش، چاقو های شکافنده، ابزار پرداخت، سنبه ها، غلطک های شکل دهی و پیوسته، کارد و چنگال، صفحات سایشی، قالب ها و ابزار سرامیک و غیره…

فولاد فنر خام و آبدار

فولاد فنر خام و آبدار

عملیات گرمایی و ریز ساختار

برای اینکه حداقل تغییر ابعاد در این آلیاژ ایجاد شود باید به آهستگی و یکنواخت تا دمای آستنیتی گرم شوند. برای سخت کردن فولادهای پرکربن – پرکرم معمولاً از  حمام های نمک یا کوره هایی با اتمسفر کنترل شده استفاده می شود.

در این دسته از فولادها افزودن 0/8Mo تشکیل پرلیت را به تاخیر می اندازد و می توان با سرد کردن در هوا به سختی کامل رسید. افزایش کمی Mo سختی پذیری این فولادها را به مقدار زیادی  افزایش  می دهد.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار سردکار معمولاً از دمای آستنیتی که حدودا 10101 الی 1038 سانتی گراد است در هوا سرد می شود. اگر در دماهای خیلی زیاد آستنیتی شود، سختی آن به هنگام بازپخت در دماهایی تا حدود 450 سانتگراد کم می شود.

دلیل کاهش این سختی این است که پس از آستنیتی کردن در دمایی بیش از 1090 سانتی گراد، کربن و کرم بیشتری در آستنیت حل می شود و دمای Ms پایین می آید و در نتیجه آستنیت باقیمانده بیشتر است.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

وقتی  دمای بازپخت از 500 درجه سانتیگراد بیشتر  شود، بیشتر آستنیت باقیمانده به مارتنزیت تغییر  حالت می دهد و حداکثر سختی که به وجود می آید تا اندازه ای مربوط به اندازه ای مربوط به این دگرگونی است.

رسوب کردن کاربید کرم نیز ممکن است به افزایش سختی در دمای زیاد کمک کند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای ابزار  گرم کار

برای کاربرد فولادهای ابزار در شرایط کارگرم مثل اکستروژن، آهنگری گرم، و قالبهای ریخته گری ویژگیهای زیر مهم است.

1- مقاومت به تغییر  شکل در دمای کارگرم. فولادهای کربنی در این دما نزم و ضعیف اند و بنابراین برای کارگرم کاربرد ندارند.

2- مقاومت نسبی به شوک گرمایی و مکانیکی ( بخصوص اگر از آب برای سرد کردن استفاده شود. ) برای افزایش مقاومت به شوک، درصد کربن را باید پایین نگاه داشت.

3- مقاومت به سایش و فرسایش دردمای بالا.

4- مقاومت به تغییر شکل به هنگام عملیات گرمایی. قالبهای پیچیده، در حین عملیات گرمایی نباید تاب بردارند. این مشکل با کاربرد فولادهایی با سختی پذیری زیاد حل می شود.

5- مقامت به ترککهای گرما خستگی ( ایجاد ترکهای سطحی ریز در سطح ابزار )

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

فولادهای گرم کار دارای سه نوع اصلی می باشند:

1. کرم پایه H1 تا H19

2. فولادهای تنگستن پایه انواع H20 تا H39

3. مولیبدن پایه، انواع H40 تا H59

فولادهای گرم کار با 5Cr% مانند H11 و H12 و H13 سختی پذیری زیادی دارند و مقاطع نسبتاً بزرگ این فولادها را می توان با حداقل تغییر ابعاد با سرد کردن هوا سخت کرد.

درصد نسبتاً زیاد سیلیسیم در نوعH11 برای بهبود مقاومت به اکسایش  در دمای آستنیتی 1010 سانتیگراد است. چون این آلیاژ 5Cr% و 1/5Mo% در محلول جامد دارد، زمان واکنش کاملاً طولانی است ولی زمان لازم برای رسوب کاربیدها کوتاه است.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

برخی از کاربردها فولادهای گرم کار

محورها و مرغکها، قالبهای آهنگری و اکستروژن، سنبه ها، قالبهای تزریق، قالبهای مدل، رینگهای فشار دهنده، قالبهای پولک زنی، تیغه های  قیچی، ابزارهای مهره سازی، ابزارالات سوراخ کن و غیره…

عملیات گرمایی

وقتی فولاد ابزار ابزار H3 به مدت یکساعت در دمای 1010 سانتیگراد آستنیتی می شود، کاربیدهای کرم و مولیبدن در محلول جامد حل می شوند. فقط کاربید وانادیوم MC حل نمی شود.

سرد کردن در هوا تا دمای  اتاق، ساختاری  شامل مارتنزیت، آستنیت باقیمانده، و احتمالاً مقداری بینایت  ایجاد می کند. با دوبار بازپخت این ساختار در حدود 578درجه سانتیگراد، آستنیت باقیمانده به مارتنزیت بازپخت شده تغییر می یابد.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

در بازپخت اول، آستنیت باقیمانده بر اثر سرد کردن در هوا پس از استنیتی کردن به مارتنزیت دگرگون می شود. ( این فرایند بهینه سازی نام دارد ) در بازپخت دوم، مارتنزیت جدید به مارتنزیت بازپخت شده تغییر می یابد.

بنابراین برای بدست آوردن حداکثر پایداری ابعادی، فولادهای ابزار گرم کار باید دوبار بازپخت شوند.

فولاد ابزار سرد کار و گرم کار ( فولادهای آبدار )

کاربردهای فولاد گرم کار

محورها و مرغکها، قالبها، سنبه ها، رینگها، سوراخکاری گرم، ابزارمهره سازی گرم، کله زنی گرم، ابزار اکستروژن، قطعات ساختمانی با استحکام بالا و غیره

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

فارسی