هر آنچه در مورد فولاد ابزار SPK نیاز دارید که بدانید – قسمت دوم

در قسمت اول این مطلب در خصوص فولادهای ابزار و انواع آن بحث شد. ادامه ی مطلب را در این قسمت پی می گیریم:

فولاد ابزار سرد کار پر کربن – پر کروم چه نوع فولاد ابزاری است؟ مشخصات فولادهای ابزار سرد کار پر کربن – پر کروم چیست؟

همان طور که در قسمت قبل در پاسخ به پرسش “فولاد ابزار سرد کار چه نوع فولاد ابزاری است؟” گفته شد، فولادهای ابزار سردکار پر کربن – پر کروم در نامگذاری AISI/SAE در گروه D قرار دارند. از این نوع فولادها، به طور معمول تیپ های D5 ،D4 ،D3 ،D2 و D7 تولید و در بازار عرضه می شوند. تیپ های D1 و D6 این گروه از فولادهای ابزار، دیگر مورد استفاده عمومی نیستند.

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. همه این فولادها به جز تیپ D3 قابلیت آن را دارند که با سرد کردن در هوا سخت شوند، بنابراین حساسیت بسیار کمی به اعوجاج، تغییرات ابعادی و ترک در حین سخت کاری دارند. تیپ D3 نیز در روغن کوئنچ می شود. 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. هر چند که حضور حدود ۱۲ درصد کروم در ترکیب این فولادها، منجر به رده بندی آن ها در گروه فولادهای زنگ نزن نمی شود، چرا که بیشتر کروم آن ها به صورت کاربیدهای آلیاژی حضور دارد.

ریز ساختار فولادهای ابزار نوع D 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.

فولادهای ابزار نوع D 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. دمای آهنگری (فورج) این فولادها در حدود ۱۰۹۵-۱۰۱۰ درجه سانتیگراد برای همه تیپ ها به جز D7 و حدود ۱۱۵۰-۱۰۶۵ درجه سانتیگراد برای تیپ D7 است. به منظور پیشگیری از ایجاد ترک در اثر گرم کردن برای آهنگری یا سخت کاری آن ها، پیش گرم در حدود ۷۰۰-۶۵۰ درجه سانتیگراد ضروری است.

پس از کار گرم و تهیه ورق یا میلگرد برای تهیه ابزار و یا قالب با شکل مورد نظر، فولاد ابزار را ماشین کاری می کنند. برای اینکه میکروساختارهای کار گرم شده به شرایطی مناسب برای ماشین کاری و در نهایت سخت کردن تبدیل شوند، باید تحت عملیات حرارتی آنیل قرار بگیرند. 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 این فولادها در حدود ۹۰۰-۸۷۰ درجه سانتیگراد انجام می گیرد. سختی پس از آنیل آن ها در حدود ۲۶۹-۲۱۷ درجه سانتیگراد برای تیپ های مختلف متغیر است.

فرایند نهایی بر روی فولادهای ابزار شامل عملیات حرارتی سخت کاری است. سخت کاری فولادهای ابزار نوع D پس از پیش گرم کردن شامل گرم کردن تا دمای آستنیته (این دما برای تیپ های مختلف متفاوت است. برای مثال دمای آستنیته کردن تیپ D2 در حدود ۱۰۲۵-۹۸۰ و تیپ D3 در حدود ۹۸۰-۹۲۵ درجه سانتیگراد است)، نگهداری در دمای آستنیته، سرد کردن در هوا (همه تیپ های D به جز D3) و روغن (تیپ D3) و بازپخت دادن است. هدف از این فرایند عملیات حرارتی، به دست آوردن میکروساختار مارتنزیت بازپخت شده است.

کاربرد فولادهای ابزار سرد کار پر کربن – پر کروم چیست؟ فولادهای ابزار سرد کار پر کربن – پر کروم چه کاربردهایی در صنعت دارند؟

فولادهای ابزار نوع D به طور وسیعی برای سنبه ها و قالب های سوراخ کاری و شکل دهی سرد به کار می روند. نمونه هایی از کاربرد این فولادها شامل موارد زیر است:

قالب قطع کن، ابزار پرداخت کاری، قالب سکه زنی، قالب کشش عمیق، قالب سیم کشی، قالب شکل دهی، قالب اکستروژن سرد، سوزن های خان کشی، حدیده، ابزار اندازه گیری، غلتک های شکل دهی و خمش، قالب قطع کننده زائده، ابزار نخ ریسی، ابزار آهن بری، آج زنی، برقو، صفحات تحت سایش، ماندرل، قالب مونتاژ، قالب ورقه سازی، آلات برنده، تیغچه های برش، اره های فلزبری، تیغه های نجاری.

فولادهای ابزار سرد کار پر کربن – پر کروم با چه نام هایی در صنعت و استانداردهای داخلی کشورهای مختلف شناخته می شوند؟

نام D5 ،D4 ،D3 ،D2 و D7 بر روی تیپ های مختلف فولادهای ابزار سردکار پر کربن – پر کروم طبق سیستم نامگذاری آمریکایی AISI/SAE است. در جدول زیر معادل این فولادها در استانداردهای دیگر معرفی می شود. در صنعت ایران بیشتر از نام تجاری قدیمی BOHLER یا شماره مواد فولادها استفاده می شود و فولاد ابزار SPK از پر کاربردترین فولادهای ابزار در صنعت کشورمان است.