فولاد ابزار سردکار SPK + ویدیوی آموزشی و اختصاصی عصر مواد

ویدیو:

نام ویدئو به فارسی: فولاد ابزار SPK

نام ویدئو به انگلیسی (در یوتیوب): –

زمان ویدئو: ۱ دقیقه

فرمت ویدئو: MP4 با کیفیت ۷۲۰

زبان: فارسی

زیرنویس: –

دوبله: –

اختصاصی عصر مواد: این ویدیو اختصاصی عصر مواد است و در آن فولاد ابزار سردکار SPK در یک دقیقه معرفی شده است.

مشاهده ویدیو:

توضیحات:

فولاد ابزار SPK نامگذاری شرکت بوهلر (BOHLER) بر روی فولادی است که کاربرد زیادی در ابزارها و تیغه های برشی، قالب های دوره زنی و سوراخ کاری، قالب های شکل دهی سرد، قالب های کله زنی سرد و کشش، قالب های ریختگری تحت فشار آلومنیوم، قالب های تولید لوله،‌ سوزن، ابزار و قالب های خان کشی، برقوها، سنبه ها، ماتریس های کشش، نازل های سند بلاست و غیره دارد. فولاد SPK یک فولاد ابزار سردکار پر کروم و پر کربن و معادل شماره مواد ۱٫۲۰۸۰ و فولاد X210Cr12 در نامگذاری DIN EN است. معادل این فولاد در نامگذاری AISI/SAE فولاد ابزار D3 و شماره UNS آن T30403 است. این فولاد را در استاندارد JIS ژاپن با نام SKD1 می شناسند. فولاد SPK در آخرین تغییرات نامگذاری محصولات بوهلر، با نام فولاد K100 معرفی شده است ولی در صنعت کشورمان، همچنان با نام SPK شناخته می شود. این فولاد از گروه فولادهای ابزار سردکار پر کروم – پر کربن است.

قبل از معرفی بیشتر این فولاد، توضیحات مختصری راجع به فولادهای ابزار ارائه می شود. توضیحات کامل تر را می توانید از این و این لینک بخوانید.

فولادهاي ابـزار (Tool Steels) گـروهي از فولادهاي كربني و آلياژی هستند كه از آن ها برای ساخت، ماشینکاری و شکل دادن سایر مواد مثل فلزات، پلاستیک ها، چوب و … استفاده می شود. از این فولادها در ساختن ابزارهای ماشینکاری و براده برداري، ابزارهای برش، تیغه های برشی و خردکن، انواع مته، اره ها، انواع سنبه ها، ابزار دستگاه های معدن کاری، سوهان، چکش، انواع قالب های شکل دهی مثل قالب های فورج، اکستروژن، کشش عمیق و غیره، قالب های پرس کاری، قالب های ریخته گری، قالب های برش، قالب های پلاستیک و … استفاده مي شود. از خواص مطلوب فولادهاي ابزار می توان به سختی بالا و مقاومت به سايش عالی، پایداری ابعادی، مقاومت گرمايي خوب، استحکام کافي براي کار روي مواد و پایداری در شرایط کاری سخت اشاره نمود. فولادهای ابزار باید قابلیت ماشینکاری و شکل پذیری و قابلیت عملیات حرارتی را داشته باشند تا بتوان آن ها را به شکل مطلوب تبدیل کرده و خواص فيزيكي و مكانيكي مناسبی در آن ها به وجود آورد.

طبق طبقه بندی انجمن آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن مهندسان خودرو (SAE)، فولادهای ابزار بر مبنای روش آب دهی (کوئنچ)، روش کاربرد، ویژگی های خاص و ترکیب شیمیایی آن ها، به گروه های زیر تقسیم می شوند:

۱- فولادهای ابزار سخت شونده در آب – گروه W

۲- فولادهای ابزار مقاوم به ضربه و شوک – گروه S

۳- فولادهای ابزار سرد کار

۳-۱- فولادهای ابزار سردکار سخت شونده (سرد شده) در روغن – گروه O

۳-۲- فولادهای ابزار سردکار آلیاژ متوسط سخت شونده (سرد شده) در هوا (هوا سخت) – گروه A

۳-۳- فولادهای ابزار سردکار پر کروم و پر کربن- گروه D

۴- فولادهای ابزار گرم کار- گروه H

۴-۱- فولادهای ابزار گرم کار نوع کروم دار – مثل فولادهای H-10 تا H-14 و H-19

۴-۲- فولادهای ابزار گرم کار نوع تنگستن دار – مثل فولادهای H-21 تا H-2

۴-۳- فولادهای ابزار گرم کار نوع مولیبدن دار – مثل فولاد H-42

۴-۴- فولادهای ابزار گرم کار ویژه

۵- فولادهای ابزار تندبر

۵-۱- فولادهای ابزار تندبر نوع تنگستن دار – گروه T

۵-۲- فولادهای ابزار تندبر نوع مولیبدن دار- گروه M

۶- فولادهای ابزار کم آلیاژ با کاربرد خاص – گروه L

۷- فولادهای قالب – گروه P

پس از معرفی مختصر فولادهای ابزار به معرفی فولاد ابزار سردکار می پردازیم:

فولادهای ابزار سردکار (Cold Work Tool Steels) فولادهای ابزاری هستند که قابلیت حفظ سختی در دماهای بالا و برش با سرعت زیاد را ندارند و عنوان سردکار برای آن ها بیانگر این واقعیت است که اغلب فولادهای این گروه برای ساخت ابزارهای صنعتی در دماهای پایین (زیر ۲۶۰ درجه سانتیگراد) مناسب هستند. مهمترین خاصیت فیزیکی این گروه از فولادها، مقاومت به سایش و حفظ خاصیت برندگی و تیزی برای کاربردهای برشی و براده برداری تحت شرایط کاری سرد یا دمای پایین است. فولادهای ابزار سردکار در سه گروه طبقه بندی می شوند: سخت شونده در روغن (نوع O)، سخت شونده در هوا (نوع A) و فولاد ابزار پر کربن- پر کروم (نوع D).

ویژگی مشخصه ی فولادهای ابزار سردکار تیپ D که آن ها را از سایر تیپ های فولاد ابزار سردکار متمایز می کند، مقدار بالای کروم (میانگین ۱۲ درصد) به همراه کربن زیاد (میانگین ۱٫۵ یا ۲٫۲۵ درصد) در ترکیب شیمیایی آن ها است. علاوه بر کروم، ممکن است سایر عناصر آلیاژی مثل مولیبدن، وانادیم، کبالت و تنگستن نیز در مقادیر قابل توجهی به برخی از این فولادها اضافه شود. به دلیل مقدار بالای کربن و عناصر آلیاژی، فولادهای سردکار پر کربن – پر کروم تا عمق سخت می شوند، به طوری که سختی سطح و مغز آن ها پس از کوئنچ یک نمونه گرد با قطر ۲۵ میلی متر حدود ۶۸-۶۱ راکول سی در تیپ های مختلف است. درصد بالای کربن و عناصر آلیاژی در ترکیب این فولادها همچنین باعث تشکیل کسر حجمی بزرگی از کاربیدهای آلیاژی با سختی بالا می شود که باعث مقاومت به سایش عالی آن ها در کاربردهای کار سرد می شود. فولادهای ابزار نوع D چقرمگی پایین و سختی گرم نسبتاً بالایی دارد. از دیگر مشخصه های این فولادها، تغییرات ابعادی پایین در اثر سخت کاری، قابلیت ماشین کاری ضعیف و حساسیت زیاد به دکربوره شدن است. مقاومت فولادهای ابزار نوع D به اکسید شدن در دماهای بالا عالی است و درصد بالای کروم آن ها، مقاومت قابل ملاحظه ای در برابر زنگ زدگی پس از سخت کاری و پولیش ایجاد می کند.

با این توضیحات مختصر به سراغ فولاد ابزار سردکار پر کروم-پر کربن SPK بر می گردیم. همان طور که در ابتدای توضیحات ذکر شد فولاد SPK معادل شماره فولاد ۱٫۲۰۸۰ و فولاد X210Cr12 در نامگذاری DIN EN و فولاد ابزار D3 در نامگذاری AISI/SAE است.

ترکیب شیمیایی فولاد ابزار SPK در دیتاشیت شرکت بوهلر (BOHLER) و معادل های آن در استاندارد DIN و ASTM مطابق با جدول زیر است. فولادهای معادل با این فولاد در محصولات سایر شرکت های تولیدی نیز دارای ترکیب شیمیایی مشابهی است.

استاندارد/سازنده	نام آلیاژ	ترکیب شیمیایی بر حسب درصد
استاندارد/سازنده	نام آلیاژ	کربن	سیلیسیم	منگنز	فسفر	گوگرد	کروم	وانادیم	تنگستن
DIN EN	۱٫۲۰۸۰ X210Cr12	۱٫۹-۲٫۲	۰٫۱-۰٫۶	۰٫۲-۰٫۶	۰٫۰۳≥	۰٫۰۳≥	۱۱-۱۳	–	–
ASTM A 681	D3	۲-۲٫۳۵	۰٫۱-۰٫۶	۰٫۱-۰٫۶	۰٫۰۳≥	۰٫۰۳≥	۱۱-۱۳٫۵	۱≥	۱≥
BOHLER	K100 (نام قدیمی، SPK)	۲ average	۰٫۲۵ average	۰٫۳۵ average	–	–	۱۱٫۵ average	–	–

سختی تقریبی فولاد ابزار SPK پس از نورد یا آهنگری (فورج) در حدود ۴۰۰ برینل است. برای افزایش قابلیت ماشین کاری و سپس رسیدن به شرایط و مشخصات کاربری، عملیات های زیر بر روی فولاد ابزار SPK انجام می گیرد:

۱- قطعات آهنگری/نورد شده از فولاد ابزار SPK، قبل از ماشین کاری یا سخت کاری تحت عملیات حرارتی آنیل (بازپخت) قرار می گیرند. ریز ساختار پس از آنیل شامل کاربیدهای کروی با توزیع یکنواخت در زمینه ی فریتی است. چنین میکروساختاری دارای سختی پایین و قابلیت ماشین کاری خوبی بوده و موجب کاهش سایش و افزایش عمر ابزارهای برشی می شود. آنیل فولاد ابزار SPK در حدود ۸۵۰-۸۰۰ درجه سانتیگراد انجام و به صورت آهسته با نرخ ۲۰-۱۰ درجه سانتیگراد در ساعت تا رسیدن به دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد در کوره سرد می شود، ادامه سرد کردن در هوا انجام می گیرد. سختی پس از آنیل آن ها در حدود ۲۵۵-۲۱۷ برینل است.

۲- پس از ساخت ابزار، قالب و سایر محصولات از فولاد SPK آنیل شده، فرایند نهایی بر روی فولادهای ابزار شامل عملیات حرارتی سخت کاری است. سخت کاری فولاد ابزار SPK شامل مراحل زیر است:

پیش گرم کردن تا دمای حدود ۸۱۵ درجه سانتیگراد. این فولادها هدایت حرارتی پایینی داشته و جذب گرما توسط آن ها بسیار آهسته صورت می گیرد. بنابراین شیب های دمایی به راحتی ممکن است باعث ترک برداشتن این فولادها در حین گرم کردن یا سرد کردن بشود. به منظور پیشگیری از ایجاد ترک در مرحله ی سخت کاری، پیش گرم آن ها با افزایش دما به آهستگی تا حدود ۸۱۵ درجه سانتیگراد ضروری است.

آستنیته کردن در دمای حدود ۹۷۰-۹۶۰ درجه سانتیگراد در حمام مذاب نمک و حدود ۹۹۰-۹۸۰ درجه سانتیگراد در کوره با اتمسفر کنترل شده به مدت ۳۰-۱۵ دقیقه.

سرد کردن یا کوئنچ در روغن، سختی قطعه در این مرحله در حدود ۶۵-۶۳ راکول سی است. سختی حاصل از کوئنچ تابعی از دمای آستنیته کردن است، به طوری که بیشترین مقدار سختی پس از کونئچ در این فولادها در دمای آستنیته کردن در حدود ۹۸۰ درجه سانتیگراد به دست می آید. در دماهای آستنیته کردن کمتر و بیشتر از این مقدار، سختی کاهش می یابد.

تمپر یا بازگشت دادن فولاد. هدف از این فرایند عملیات حرارتی، به دست آوردن میکروساختار مارتنزیت بازپخت شده است.

سختی نهایی به دمای تمپر بستگی دارد، به طوری که سختی نهایی پس از تمپر در دمای ۱۰۰، ۲۰۰، ۳۰۰ و ۴۰۰ درجه سانتیگراد به ترتیب در حدود ۶۴، ۶۲، ۵۹ و ۵۷ خواهد بود. این فولادها می توانند تا عمق سخت شوند، بنابراین سختی سطح و مغز این فولادها پس از کوئنچ تقریباً برابر است.

ریز ساختار فولادهای ابزار SPK شامل کاربیدهای آلیاژی در زمینه ی مارتنزیت تمپر شده و آستنیت باقیمانده است. حین عملیات آستنیته شدن این فولادها، بسیاری از کاربیدهای کوچک تر حل می شوند ولی کسر حجمی نسبتاً بالای کاربیدهای باقیمانده، مرزدانه های آستنیت را قفل کرده، به حفظ ریزدانگی آستنیت کمک می کند و مقاومت به سایش این فولادها را فراهم می سازد.

از مشخصه های مهم فولادهای ابزار SPK، تغییرات ابعادی پایین در اثر سخت کاری است، به طوری که درصد تغییر خطی ابعاد آن پس از کوئنچ در حدود ۰٫۰۷ درصد و پس از تمپر ۲۰۰ درجه سانتیگراد در حدود ۰٫۰۲ درصد است. این مقدار برای برخی فولادهای ابزار (مثل فولاد ابزار گرم کار H13) کمتر و برای برخی (مثل فولادهای ابزار سردکار سخت شونده در روغن، گروه O) بیشتر از این مقدار است.

خواص فیزیکی (دانسیته، مدول الاستیسیته یا ضریب کشسانی، گرمای ویژه، مقاومت الکتریکی، ضریب انتقال حرارت و ضریب انبساط حرارتی) فولاد ابزار SPK مطابق با اطلاعات زیر است:

در جدول زیر، مشخصات مهم کاربری و ساخت فولادهای ابزار SPK مثل قابلیت ماشین کاری، مقاومت به سایش، پایداری ابعادی و غیره با سایر فولادهای ابزار سری D مقایسه شده است. برای دریافت این مقایسه با همه ی فولادهای ابزار، از لینک پایین جدول، فایل pdf آن را دانلود کنید.