فولاد ابزار، خواص و خصوصیات آنها

فولاد ابزار به دسته ای از فولادهای کربنی و آلیاژی گفته می شود که برای ساخت ابزار و قالب مناسب هستند. این خواص شامل سختی، مقاومت به سایش و مقاومت به تغییرشکل و دفورمه شدن و قابلیت حفظ لبه برش دهنده در دماهای بالا است. در نتیجه فولادهای ابزاری برای شکل دهی به سایر مواد مناسب هستند.

انتخاب فولاد ابزار به کاربرد ابزار بستگی دارد. سختی پذیری، مقاومت سایشی و درجه حساسیت در مقابل انقباض و مقاومت در مقابل درجه حرارت بازپخت از جمله خواص مهم برای فولاد ابزار هستند. انقباض در اغلب فولاد ها می تواند در حین عملیات سخت کردن صورت گیرد. اما فولاد هایی وجود دارد که این انقباض در آنها به اندازه ای جزیی است که ابعاد قطعه قبل از عملیات سخت کردن می تواند همان اندازه ابعاد نهایی در نظر گرفته شود. از چنین فولاد های بدون انقباض می توان برای تولید قطعات پرسی پیچیده استفاده کرد.

تولید فولادهای ابزار

به منظور تولید فولادهای ابزار تمیز و عاری از ناخالصی های غیرفلزی، امروزه اغلب از کوره های قوس الکتریکی استفاده می شود. همچنین با تغییر شکل گرم خاص و عملیات سطحی ویژه از ظاهر گشتن عیوب داخلی و خارجی جلوگیری خواهد شد، به طوری که از این طریق در عملیات حرارتی ابزار پیچیده، خطر ایجاد ترک را بتوان به شدت کاهش داد.

عملیات حرارتی اغلب فولاد های ابزار، که در درجه حرارت های معمولی انجام می گیرد، تفاوت عمده ای با عملیات حرارتی ذکر شده در فولاد های غیرآلیاژی و کم آلیاژی ندارد. اما با این وجود به دلیل امکان ظاهر شدن تردی حرارتی در فولادهای ابزار، عملیات حرارتی باید با دقت فراوانی انجام گیرد.

فولادهای ابزار سریع سرد شده باید در درجه حرارت های نسبتا پایینی تحت عملیات بازپخت قرار گیرند، زیرا در غیر این صورت سختی به دست آمده کاهش قابل ملاحظه ای می یابد ولی در عوض سفتی به اندازه قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت. بیش از هزاران نوع فولاد ابزار مختلف وجود دارد که از آنها تعداد معدودی دارای خواص اشاره شده در جدول زیر می باشند.

فولاد های ابزار تندبر

یک گروه خاص از فولاد های ابزار فولادهای تندبر یا خشکه هوایی هستند. فولاد های تندبر (خوش تراش) هستند که علاوه بر سختی بالا دارای مقاومت فوق العاده بالایی در مقابل درجه حرارت بازپخت نیز می باشند. این فولاد ها در ابزار ماشین های تراش، فرز و مته به کار می روند و می توانند سختی و توان برشی خود را تا دمای حدود 600 درجه سانتیگراد به طور کامل حفظ کنند. برای دست یافتن به مقاومت در مقابل دمای بازپخت در فولادهای پر آلیاژی باید عملیات حرارتی ویژه ای بر روی آنها انجام گیرد.

درجه حرارت لازم برای آستنیتی کردن فولاد تندبر حدود 1300 درجه سانتیگراد است. بدین جهت قبل از اینکه ابزار در داخل کوره ای که دارای درجه حرارت بالاست گرم شود، معمولا تا حدود 800 درجه سانتیگراد پیش گرم می شود و پس از آستنیتی شدن اغلب در وان هایی حاوی روغن یا نمک محلول و یا در هوای معمولی سریع سرد می شود. برای جلوگیری از ترک برداشتن (در اثر سختی بالا) باید اینگونه فولادهای ابزار بلافاصله بعد از سریع خنک کردن در دمای حدود 100 درجه سانتیگراد تحت عمل بازپخت قرار گیرند.

فولاد ابزار گرمکار و سردکار یا به عبارتی فولادهای آبدهی شده

فولادهای ابزار فولادهای کربنی یا آلیاژی هستند که دارای قدرت سخت شدن و بازپخت را دارند. بعضی خواص این فولادهای ابزارمقاومت به سایش، سختی بالا، مقاومت گرمایی خوبی دارا می باشد. دسته بندی فولاد های ابزار شامل فولاد ابزار سردکار، فولاد ابزار گرمکار(نوع تنگستن دار، مولیبدن دار و کروم دار)، فولاد ابزار تندبر(تنگستن دار و مولیبدن دار)، فولاد ابزار مقاوم به شوک و ابزار با کاربردخاص(کم آلیاژ و ابزر قالب)و فولاد ابزار سخت شده در آب.

فولاد ابزار سردکار

فولادهای ابزار کربن پر کرم 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 ترد هستند در نتیجه کاربرد محدودی دارند، اما بخاطر مقاومت سایش زیاد برای قالب های سردکار مفید می باشند. 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 برابرزنگ زدگی مقاومت خوبی دارند.

فولادهای ابزارسردکار فولادهایی هستند که آبدهی می شوند حال در روغن یا هوا و نوع دیگر آن پرکربن و پر کروم است. 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 بالا و یا کارگرم مناسب نیستند. فولاد آبدهی شده در روغن از لحاظ ریز ساختاری یکی از فولاد های ابزاری پرکاربرد است که منگنز کروم و تنگستن بالا در آن باعث افزایش سختی پذیری می شود در نتیجه به آبدهی در آب نیاز نیست.

مورد دوم فولاد ابزار سردکار این نوع سردکار برای قالبهای پیچیده استفاده می شودچون تغییر ابعاد این فولادها پس از سخت کردن و بازپخت حدود 40 درصد تغییر ابعاد، در فولادهای ابزار منگنزی است که در روغن آبدهی شده است. پس می توان گفت سردکاری در هوا برای ابزاری بکار می رود که چقرمگی از مقاومت سایشی مهم تر است. حلالیت کرم، مولیبدن و وانادیم در آستنیت سختی پذیری زیادی در این آلیاژها می شود.