فولاد ابزار (tool Steel)

1. فولاد ابزار(tool Steel) انتخاب مواد فلزي ارائه دهندگان: هاله شهبازبگيان رويا روحي بخش

2. فولاد ابزار چيست؟ از نظر کاربرد:هر فولادي که براي ساختن ابزارهاي برش شکل دادن يا به عبارتي شکل دادن مواد به صورت قطعات با کاربردهاي مشخص به کار رود. از نظر ترکيب شيميايي:فولاد هاي ابزار فولاد هاي کربني يا آلياژي اند که قدرت سخت شدن وبازپخت را دارند. بعضي از خواص مطلوب فولاد هاي ابزار مقاومت سايشي و سختي زياد مقاومت گرمايي خوب واستحکام کافي براي کار روي مواد است.

3. ويژگي هاي اصلي براي انتخاب • به طور کلي انتخاب يک فولاد ابزار در يک مورد خاص تنها به يک فولاد و يا حتي گروه مشخصي از فولادها محدود نمي شود. بلکه به عوامل زير بستگي دارد:هزينه • سهولت ماشين کاري • امکان ساخت • خواص مکانيکي مورد نظر

4. کارکرد كاركردفولادهاي ابزار در خطوطسرويسبه 4 عاملبستگي دارد: - طراحي قطعه - كيفيت ساخت قطعه - انتخاب نوع فولاد - عمليات حرارتي با كمي تفاوت در نوع عمليات حرارتي، فولادهاي ابزاربراي رسيدنبه خواص مطلوب مثل مقاومت به تغيير شكل، سايش وشكستبايد عمليات حرارتي شوند. تنهاشكل هاي ساده و آن هم در مواردجزييبه صورت مستقيم مورد استفاده قرار ميگيرند.

5. تقسيم بندي اولين تقسيم بندي توسط انجمن آهن و فولاد آمريکا (AISI) بر اساس روش عمليات حرارتي, کاربرد و خواص ارائه شد. از ديگر استانداردهاي مهم مي توان به انجمن مهندسان خودرو(SAE) اشاره نمود که تقريبا مشابه اولي مي باشد.

6. فولادهاي ابزار تندبر (High Speed Tool Steels) فولادهاي گرم كار (Hot Work Tool Steels) فولادهاي سرد كار (Cold Work Tool Steels) فولادهاي ابزار مقاوم به شوك (Shoch Resisting Tool Steels) فولادهاي ابزار كم آلياژ(Low Alloy Special-purpose Steels) فولادهاي ابزارقالب (Mold Steels) فولادهاي ابزار سخت شونده با آب (water-hardening tool steels) انواع فولاد ابزار

7. فولادهاي ابزار تندبر (High Speed Tool Steels) • فولادهاي تندبر به دوگروه تقسيم مي شوند: • فولادهاي تنگستني • (tungsten high speed steels) گروه ‏T • فولادهاي موليبدني • (molybdenum high speed steels) گروه M

8. ويژگي ها با وجود تفاوت زياد در ترکيب اين دو خانواده اکثر خواص متالورژيکي آن ها مشابه است. کاربرد اصلي اين فولادها براده برداري است. ( قلم تراش، تيغه فرز، مته) ويژگي اساسي اين فولادها حفظ سختي و مقاومت در برابر سايش در حين برش در دماي بالا است. كاربيدهايمختلف نظيرM6C,MC,M2C نقش اصلي در مقاومت دربرابرسايش راايفاميكنند. حضور موليبدن باعث کاهش قيمت فولاد مي شود اما تمايل به رشد دانه و دکربوره شدن را افزايش مي دهد.

9. کاربردها و ترکيب شيميايي گروه T

10. ابزارهاي خشن کاري و تمام کاري با بالاترين مقاومت سايشي، ابزار تراشکاري و صفحه تراشي در شرايط حاد و با استحکام و چقرمگي بالا، گرفتن بهترين سختي در حالت سرخ شده، مته هاي مارپيچ، ابزارهاي پيچ تراشي، تيغه هاي فرز و سمبه هاي سوهان تراشي

11. کاربردها و ترکيب شيميايي گروه M

12. تيغه هاي فرز براي شرايط حاد، مته مارپيچ، ابزارهاي خشن کاري با بالاترين نيروها، ابزارهاي تراشکاري ، خانکشي، برقوکارها، ابزارهاي پيچ تراشي، قلاويزها و ...

13. فولادهاي سرد كار (Cold Work Tool Steels) • فولادهاي ابزار در اين گروه به سه دسته مجزا تقسيم مي شوند: • فولادهاي کم آلياژ و سخت شونده در روغن ( O ) • فولادهاي آلياژ متوسط هوا سخت ( A ) • فولادهاي سردکار پر کروم پر کربن ( D )

14. ويژگي ها اين فولادها قابليت حفظ سختي در دماي بالا را ندارند اما در دماهاي پايين مقاومت سايشي بالايي دارند. عمق سختي پذيري بالا بوده و اعوجاج کمي در حين عمليات حرارتي دارند. احتمال ترک برداشتن در اشکال پيچيده حين عمليات حرارتي وجود دارد. استفاده براي برش در دماهاي پايين مقرون به صرفه تر است.

15. انتخاب فولاد نيازمند آشنايي با خواص مختلف آن نوع فولاد مي باشد: سختکاري خانواده O در دماي پايين تر از 2 گروه ديگر انجام مي گردد لذا مقاومت سايشي متوسط همراه با چقرمگي بالا دارند( نسبت به گروه هاي A , D) ميزان عناصر آلياژي گروه A مابين O , D است، قابليت ماشينکاري آن ها به علت منگنز کم است. دماي سختکاري از O بالاتر اما از D کمتر است. درگروه D به دليل وجود درصد بالاي Cr مقاومت به سايش بالاتر است.

19. فولادهاي ابزار سخت شونده با آب (water-hardening tool steels) در حقيقت همان فولادهايكربني بوده و ميزان كربن در اين فولادها بستگي كامل به نوع مصرف آن ها بين 0.6 تا 1.4 متغير است. فولادهايW1 وW2 بيشترينكاربرد را دارا هستند و بر اساس مقدار كربن به سه دسته تقسيم مي شوند: • فولادهاي 0.6 تا 0.75 براي مصارفيكه به چقرمگي كافينياز دارند نظير برش فلزات مته هاچكش ها • فولادهاي با 0.75 تا 1 درصدكه به سفتي و سختي بالا نياز دارند. مثل سنبه ها و قلم ها • فولادهاي با 1 تا 4/1 درصدكه به خواص مقاومت در برابر سايش نياز دارند مانند ابزار چوب براي قلاويز و ابزار تراش

20. به طورکلي اين فولادها درمقايسه با فولادهاي ابزار آلياژي ارزانتر بوده و ويژگي مهم ديگر آن سختي پذيري با عمق کم آن است. يعني ابزار داراي سطح سخت و مرکزي نرم و چقرمه است. چون کاربيد رسوب کرده در اين گروه Fe3Cاست لذا مقاومت به سايش از گروه هاي قبلي کمتر مي باشد اين فولادها در صنايع چوب، نساجي و ابزارهاي سنبه سازي کاربرد دارند.

22. فولادهاي گرم كار (Hot Work Tool Steels) - فولادهاي كروم دار - فولادهاي تنگستن دار - فولادهاي موليبدن دار

23. اين فولادها از خواص فيزيکي خاصي برخوردارند که فولادهاي ابزار سرد کار يا برشي فاقد آن هستند. انتخاب آنها به شرايط کاري وابسته بوده و نمي توان آن را براي شرايط مختلف کاربردي استفاده کرد. براي کارکرد بهتر در دماي بالا مجموعه اي از خواص استحکامي، چقرمگي و مقاومت به سايش مورد نياز است. و شرايط کاربردي نظير نحوه بارگذاري و نحوه خنک کاري بسيار مهم است.

24. فولادهاي گرم كار حاوي كروم شامل كروم، بعضي موارد تنگستنموليبدنوواناديممي باشد.ميزانبالايكرم باعث هوا سخت شدن اين فولادها ميشود. حضور تنگستن و موليبدن در فولادهاي H11 , H14 باعث حفظاستحكاموسختيدردماهاي بالا مي شود. دراين گروهفولادهاي H11,H12,H13 بيشترين كاربرد را داراهستند. ازمزاياي اينفولادها حفظسختيتادماي 540 درجه سانتيگراد ميباشد.

25. فولادهاي گرم كار حاوي تنگستن و موليبدن فولادهاي حاوي تنگستن بيشترين استحكام را در دماي بالا را دارند. چقرمگي اين گروهپاييناست.مقاومت اين فولادها دربرابرشوكهايحرارتينيزكم است و نمي توان آنهارابا گردشآب در قالب خنك كرد.معمولا در اكسترود برنج و فولاد استفاده مي شوند. فولاد گرم كار حاوي موليبدن به ندرتبرايقالبهايگرم كار استفاده ميشود.خواص آن شبيه به فولادهايتنگستنياست ومزيتاصلي آنهامقاومت دربرابرتركهايحرارتي است. در هر صورتكاربرداين گروه محدود بوده و كمتر در قالبهايگرم كار استفاده ميشود.

27. فولادهاي ابزار مقاوم به شوك (Shoch Resisting Tool Steels) کار اصلي اين گروه فولادها در ابزارهايي است که تحت بارهاي ضربه اي و مکرر قرار دارند. مقاومت متوسطي در برابر سايش دارند. در ساخت فنرها کاربرد زيادي دارند. نسبت به ساير گروه ها چقرمگي بالايي دارند همانند گرم کارها اما از گروه Pکمتر مي باشد. اينفولادهابراياسكنه، دستگاه هايپرچ وكاربردهايي كهدر آنها نيازبهچقرمگيبالا ومقاومتبه ضربه باشداستفادهميشوند.

30. فولادهاي ابزار كم آلياژ (Low Alloy Special-purpose Steels) اين گروه شامل مقادير كم كروم، نيكل، واناديم، وموليبدنمي باشد. درابتدا 7 فولاداز اينخانواده كاربرد زيادي داشت. اما به دليلكاهش تقاضافقط انواع L2,L6 كاربرد بيشتري دارند. هر چند هر دوي اينفولادها با روغنسخت ميشوند، امابرايمقاطع بزرگازآبنيزاستفاده ميشود. اين گروهبيشتر برايقسمتهايمختلف ماشينهامثل مرغكهايماشين وحديده هايپيچتراشيبه كار ميرود.

32. فولادهاي ابزارقالب (Mold Steels) مصرف اصلي اين فولادها براي ساخت قالب هاي پلاستيک است. قالب هايي که تحت فشار بالا در معرض مواد ساينده قرار دارند و همچنين تا دماي حدود 200 درجه سانتيگراد حرارت دارند. لذا سطح قالب بايد سخت و مرکز نرم باشد. اين فولادها معمولا کربوره مي شوند. و پس از آن به مقاومت سايشي بالا ميرسند.

34. منابع و مراجع: • متالورژي کاربردي فولادها مرعش مرعشي • ASM Handbook(Tool Material)

35. با تشکر