فولاد گرم کار چیست ؟ فولاد ابزار های گرمکار برای کاربردهایی که دمای آنها بالاتر از 316 درجه سانتیگراد است طراحی شده اند، زیرا آنها از مقاومت سایشی بسیار خوبی برخوردارند و در مواردی که مقاومت و سختی در برابر درجه حرارت بالا نیاز است به راحتی مورد استفاده قرار میگیرند. توانایی مقاومت در برابر شوک های حرارتی یا مقاومت در برابر حرارت بالا نیز از دیگر ویژگی های فولاد ابزار گرمکار است.
معمولا وقتی فولاد ابزارهای سردکار در محدوده دمای 316 درجه سانتی گراد قرار میگیرند، استحکام خود را از دست میدهند و نرم می شوند. از طرفی دیگر، فولادهای خشکه هوایی یا تندبر که در قالب ابزارهای برشی استفاده می شوند، در چنین دمایی نرم نمی شوند اما سختی فولاد گرم کار و مقاومت حرارتی آنها برای استفاده در این دما مناسب نیست. به همین دلیل برای کاربردهایی که در آن دمای بالا مدنظر است باید حتما از فولاد ابزارهای گرم کار استفاده شود. این فولاد ابزارها گرید ها و دسته بندی های مختلفی دارند و قیمت فولاد گرم کار برای هر گریدی متفاوت است . از انجاییکه امروزه فروش فولاد گرم کار بسیار مورد توجه قرار گرفته است ، ما در ادامه به بررسی انواع گریدهای فولاد ابزار ها می پردازیم!
به طور کلی فولادهای ابزار گرم کار باید از خواص زیر برخوردار باشند:
مقاومت در برابر تغییر شکل در طول عملیات حرارتی
استحکام کششی گرم بسیار زیاد
مقاومت به ضربه خوب
مقاومت به سایش در دمای بالا
مقاومت در برابر شوکهای حرارتی
قابلیت ماشینکاری خوب
فولاد ابزار گرم کار 1.2365 یا H10 مقاومت بسیار خوبی دربرابر نرم شدن در دمای بالا دارد. این گرید از فولاد ابزارهای گرم کار نسبت به ترک خوردگی ناشی از شوک های حرارتی مقاوم هستند و میتوانند برای سرویس دهی ، در آب سرد شوند.
کاربردهای متداول این فولاد شامل : ریخته گری تحت فشار، قالب های آهنگری و قالب های اکستروژن است.
در ادامه به برسی دقیق تر فولاد ابزار گرم کار 1.2365 می پردازیم:
ساخت و عملیات حرارتی
ماشینکاری
رتبه ماشینکاری فولاد H11 نسبت به فولادهای گروه W نزدیک به 75 درصد است.
فرم پذیری
فولاد ابزار گرم کار 1.2343 بوسیله روش های معمول، ماشینکاری و فرجینگ شکل میگیرد.
جوشکاری
فولادهای 1.2343 میتوانند به راحتی توسط روش های مرسوم جوشکاری شوند.
عملیات حرارتی
این فولاد ابزارها از قبل تا 816 درجه سانتی گراد گرم می شوند و سپس فولادها با افزایش دما تا 1010 درجه سانتی گراد به طور مستقیم گرم می شوند و این کار 15 تا 45 دقیقه به طول می انجامد. سپس فولادها بوسیله هوا خنک می شوند.
فرجینگ
فولاد ابزار های 1.2343 در دمای 1121 درجه سانتی گراد فرجینگ (آهنگری) می شوند. برای این نوع فولادها، فرجینگ کمتر از 899 درجه سانتی گراد توصیه نمی شود.
دمای آنیلینگ ( Annealing)
فولاد ابزار گرم کار H11 در 871 درجه سانتی گراد آنیل می شوند و در کوره به آهستگی در 4 درجه سانتی گراد خنک می شوند.
دمای برگشت ( Tempering)
برای بدست آوردن سختی فولاد گرم کار 38 تا 54 راکول C، دمای برگشت بر روی فولاد H11 در دمای 538 تا 649 درجه سانتیگراد انجام می شود. دمای برگشت دوگانه نیز می تواند در هر یک ساعت یک بار در دمای مورد نظر در این فولادها انجام شود.
کاربرد
کاربردهای رایج فولاد ابزار گرم کار 1.2343 عبارتند از:
طراحی اجزای سازه های پر تنش مانند چرخ دنده های فرود هواپیما
ساخت قالب های دایکاست
قالب های ریخته گری تحت فشار
ابزارهای پرس های اکستروژن فلزات
فولاد گرمکار به دلیل مقاومتی که باید در برابر حرارت های بالا داشته باشد از اهمیت زیادی در صنعت فولاد کشور برخوردار است. از طرفی برای اینکه بتوان در موارد مورد نیاز از آن ها استفاده کرد، باید ویژگی های منحصر به فردی داشته باشند و تحمل دماهای بالا یکی از این ویژگی های خاص است. سایر ویژگی های مورد نیاز برای فولاد گرمکار عبارتند از:
مقاومت بالا در برابر تغییر شکل به دلیل طولانی شدن عملیات حرارتی
استحکام بسیار زیاد در برابر کشش های گرم
قدرت تحمل بالا در برابر سایش های گرم
مقاومت بسیار بالا در برابر ضربه های گرم
قدرت و مقاومت بالا در برابر شوک های حرارتی
قابلیت خوب در ماشین کاری خوب
موارد کاربرد فولاد گرمکار چیست؟
همان طور که گفتیم مهمترین ویژگی فولاد گرمکار این است که در برابر گرمای زیاد مقاومت بالایی از خود نشان می دهد و ذوب یا نرم نمی شود. به همین دلیل در موارد زیر بیشترین کاربرد را دارند:
ساخت قالب های تزریقی
ساخت وسایل و ابزار مورد نیاز برای سوراخ کردن
ساخت ابزارآلات مخصوص مهره سازی
تهیه فولادهای مورد نیاز برای تیغه های انواع قیچی ها
تولید رینگ های فشار دهنده
ساخت قالب های مورد استفاده برای پولک زنی
تهیه انواع سنباده ها
سخت کاری فولاد گرمکار
فولادهای گرمکار با استفاده از آلیاژهای مختلفی ساخته می شود. به همین دلیل خواص هر کدام از آن ها به صورت منحصر به فرد و متفاوت است. در ادامه مهمترین گریدهای فولاد گرمکار را همراه با ترکیباتشان توضیح خواهیم داد:
فولاد گرمکار ساخته شده با کروم
ماده اصلی این نوع از فولادهای H10 تا H19 کروم است. در برخی موارد در این نوع فولاد گرمکار از تنگستن، مولیبدن، وانادیوم و کبالت نیز استفاده می کنند. میزان کربن مورد استفاده در این گرید از فولاد در حدود 0.35 الی 0.4 درصد است. میزان کروم بالا و کربن پایین در این نوع فولاد گرمکار باعث مقاومت تضمینی در برابر سخت شدگی می شود. در این فولادها این امکان وجود دارد هنگامی که در هوا خنک می شوند، در بخش هایی از سطح مقطع با عرض 30 سانتی متر سختی کامل ایجاد شود.
در فولادهای H10 و H14 از مقدار زیادی تنگستن و مولیبدن استفاده می شود که میزان سختی آن را در درجه حرارت های بالا افزایش داده و باعث بیشتر شدن استحکام گرمایی می شود. در این گروه گریدهایی که بیشترین استفاده ها را در میان فولاد گرمکار دارند، شامل H11, H12, H13 هستند. از جمله ویژگی های اصلی این گرید ها میتوان به قابلیت سخت شدن در هوا و محتوای متعادل آلیاژی مسئول اعوجاج کم در حین سخت شدن آن اشاره نمود. به همین دلیل از این فولادها برای انواع قالب های داغ، به صورت ویژه استفاده می کنند.
این نوع فولادها به خصوص برای قالب های اکستروژن فلزات سفید، قالب های ریخته گری تحت فشار، قالب های آهنگری و تیغه های برشی گرم بسیار مناسب است. یکی از ویژگی های بسیار خاص این نوع فولاد این است که در برابر افزایش دائم دما حتی تا میزان 540 درجه سانتیگراد نیز مقاومت دارد. به علاوه میتوان انواع ابزارآلات سخت و هدایت کننده گرما با استحکام کششی در حد 5 مگاپاسکال را با آن ها تولید کرد. فولادH10 یکی از گریدهای تازه از فولاد گرمکار است که برای اولین بار در ایالت متحده استفاده شد و در حال حاضر به صورت گسترده در اروپا مورد استفاده قرار می گیرند؛ زیرا نسبت به سایر گریدهای این گروه تافنس بهتری دارند و کاربردهای آن در صنعت گسترده تر است.
فولاد گرمکار ساخته شده با تنگستن
در این گروه عناصر اصلی آلیاژی فولاد شامل کروم، تنگستن و کربن هستند. در برخی موارد خاص مقداری وانادیوم نیز به آن اضافه خواهد شد. میزان بالای عناصر آلیاژی خاص در این نوع فولاد باعث بالا رفتن مقاومت به نرم شدگی در دماهای زیاد نسبت به فولادهای کروم دار ساده می شود. با این حال فولادهای گرمکار ساخته شده با تنگستن نسبت به فولادهای گرمکار دیگر شکننده تر هستند. میتوان گفت مقدار سختی کاری طبیعی فولادهای این گروه تقریباً بین 450 – 600 راکول سی است. همچنین به دلیل وجود تنگستن بالا این فولادها برای خنک شدن به وسیله آب در حین سرویس دهی مناسب نیستند. ترکیبات شیمیایی این نوع فولادها بیشتر شبیه فولادهای تندبر است. در واقع نوع فولاد گرمکار H26 نسخه ای از فولاد کم کربن ابزار تندبرT1 می باشد. به طور کلی در این نوع فولاد با کاهش محتوای کربن، میزان تافنس و مقاومت به شوک های حرارتی را افزایش می دهند. البته باید برای این کار میزان محتوای تنگستن و وانادیوم کاملاً تنظیم شود؛ زیرا در هر دوی این عناصر اگر میزان کربن به اندازه مشخص و کافی نباشد می تواند سختی پذیری فولاد گرمکار را تغییر دهد.
فولاد گرمکار ساخته شده با مولیبدن
آلیاژهای مورد استفاده در این نوع فولاد گرمکار شامل مولیبدن، وانادیوم، تنگستن و مقادیر متفاوتی از کربن هستند. خواص و کاربردهای این نوع فولاد گرمکار تقریباً شبیه به فولاد گرمکار ساخته شده با تنگستن است. اما این گروه از فولادهای گرمکار مقاومت بیشتری در برای تغییرات دمایی نسبت به گروه قبلی دارند. فولادهای ابزاری گرمکار فولادهای آلیاژی هستند که برای سرویس دهی در دماهای عمدتاً بالای 200 درجه ی سانتی گراد طراحی شده اند.
جمع بندی
فولاد گرمکار یکی از انواع فولادهای مورد استفاده در کاربردهای مختلف صنعتی است. مهمترین ویژگی انواع فولاد گرمکار، مقاومت بالای آن ها در برابر حرارت می باشد که می توانند دماهای بالاتر از 300 درجه را به راحتی تحمل کنند.