فولاد ابزار کربنی یکی از مهم ترین و پرکاربردترین انواع فولاد در صنایع مختلف است. این فولاد با افزودن درصد مشخصی کربن به آهن تولید می شود و به دلیل سختی بالا، مقاومت سایشی و امکان انجام عملیات حرارتی، در ساخت ابزارهای برشی، قالب های صنعتی و قطعات مقاوم کاربرد فراوان دارد. فولاد ابزار کربنی در دو گروه اصلی تولید می شود: فولاد کم کربن و پرکربن. این آلیاژ به دلیل قابلیت تیز شدن و استحکام بالا، در ابزارسازی، خودرو، فلزکاری، نجاری و نفت و گاز استفاده می شود.
در همین راستا، قیمت فولاد ابزار کربنی بسته به درصد کربن و نوع استاندارد متغیر بوده و باید به صورت روزانه استعلام شود.
ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی فولاد ابزار کربنی
فولاد ابزار کربنی عمدتاً شامل آهن، کربن و درصدهای کنترل شده ای از عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیسیوم، کروم و تنگستن است.
مقدار عناصر آلیاژی
- کربن: بین 0.6 تا 1.5 درصد
- منگنز: افزایش دهنده سخت کاری
- سیلیسیوم: بهبود دهنده مقاومت و استحکام
- کروم و تنگستن: افزایش دهنده مقاومت سایشی
- گوگرد و فسفر: باید حداقل باشند تا شکنندگی ایجاد نشود
تاثیر کربن بر خواص فولاد ابزار کربنی
- افزایش سختی
- کاهش چقرمگی
- افزایش مقاومت سایشی
خواص مکانیکی قابل تنظیم
با عملیات حرارتی می توان ویژگی های زیر را تغییر داد:
- سختی
- استحکام کششی
- مقاومت سایشی
- چقرمگی
روش های عملیات حرارتی فولاد ابزار کربنی
عملیات حرارتی نقش مهمی در بهینه سازی خواص فولاد ابزار کربنی دارد.
1. بازپخت (Annealing)
- کاهش تنش داخلی
- بهبود ماشین کاری
2. کوئنچ (Quenching)
- گرم کردن تا دمای بالا
- سرد کردن سریع
- افزایش سختی
3. تمپر (Tempering)
- گرم کردن کنترل شده پس از کوئنچ
- افزایش چقرمگی
- کاهش شکنندگی
کاربردهای فولاد ابزار کربنی
این فولاد به دلیل سختی بالا و مقاومت سایشی، در صنایع مختلف استفاده می شود:
1. ابزارسازی و قالب سازی
مناسب برای ساخت:
- تیغه های برش
- مته ها
- اره ها
- اسکنه ها
- قالب های فلزی برای اکستروژن، آهنگری و مهرزنی
2. صنعت خودرو و ساخت قطعات مکانیکی
به دلیل استحکام بالا و دوام زیاد، در ساخت قطعات زیر استفاده می شود:
- چرخ دنده
- شفت
- محورها
- ابزار و ماشین آلات صنعتی
3. ابزارهای برش و شکل دهی فلز و چوب
مناسب برای تولید:
- اره نواری آهن بر
- تیغه های فولادبر
- چاقو و قیچی صنعتی
- ابزار نجاری مانند اسکنه و رنده
4. صنعت نفت و گاز
در ساخت قطعاتی مانند:
- مته های حفاری
- تجهیزات حفاری
- ابزارهای مقاوم به فشار و حرارت
5. بلبرینگ و فنر
- مناسب برای یاتاقان ها به دلیل سختی بالا
- کاربرد در فنرها به دلیل مقاومت در برابر خستگی
6. ابزارهای آشپزی و کارد و چنگال
چاقوهای حرفه ای آشپزی از این فولاد ساخته می شوند زیرا:
- تیز شدن بسیار عالی
- مقاومت سایشی بالا
- دوام طولانی
انواع فولاد ابزار کربنی
فولاد ابزار کربنی بر اساس درصد کربن به سه دسته تقسیم می شود:
1. فولاد ابزار کربنی متوسط (0.6 تا 0.8 درصد کربن)
مناسب برای ابزارهایی که چقرمگی بیشتری نیاز دارند:
- چکش
- سوهان
- ابزارهای ضربه ای سبک
2. فولاد ابزار کربنی پرکربن (0.8 تا 1.0 درصد کربن)
دارای سختی بالاتر و مناسب برای ابزارهای برشی:
- تیغه های صنعتی
- مته های کم سرعت
- چاقوهای دست ساز
3. فولاد ابزار کربنی فوق پرکربن (1.0 تا 1.3 درصد کربن)
سختی و مقاومت سایشی بسیار بالا، اما کمی شکننده تر:
- تیغه های دقیق
- سنبه های کوچک
- ابزارهای ظریف و تخصصی
تاثیر عناصر آلیاژی بر فولاد ابزار کربنی
کربن (C)
- افزایش سختی
- افزایش مقاومت سایشی
- کاهش چقرمگی
منگنز (Mn)
- بهبود سخت کاری
- افزایش استحکام
سیلیسیوم (Si)
- افزایش مقاومت سایشی
- افزایش استحکام
گوگرد و فسفر
- در مقادیر زیاد مضر
- ایجاد شکنندگی
استانداردهای فولاد ابزار کربنی
استاندارد DIN / EN
- C60W
- C75
- C105W1
- 1.1545
- 1.1525
استاندارد AISI – SAE
- 1060
- 1070
- 1085
- 1095
استاندارد ژاپن JIS
- SK3
- SK4
- SK5
مزایا و معایب فولاد ابزار کربنی
مزایا
1.قیمت پایین نسبت به فولادهای آلیاژی
2.ماشینکاری مناسب در حالت آنیل
3.سخت کاری آسان
4.مناسب برای ابزارهای سبک
معایب
1.مقاومت حرارتی کم
2.حساس به زنگ زدگی
3.شکنندگی بیشتر از فولادهای آلیاژی
4.نامناسب برای کاربردهای سنگین
روش های جلوگیری از زنگ زدگی فولاد ابزار کربنی
راهکارها:
- روغن کاری منظم
- نگهداری در محیط خشک
- پوشش های سطحی مانند فسفاته، اکسید سیاه، نیتراسیون
- استفاده از روغن ضدزنگ در انبارداری
- عدم تماس با دست مرطوب
نکات مهم در جوشکاری فولاد ابزار کربنی
به دلیل کربن بالا، جوشکاری این فولاد حساس و پرریسک است.
نکات کلیدی جوشکاری صحیح:
- پیش گرمایش تا 200 تا 300 درجه سانتی گراد
- استفاده از الکترود کم هیدروژن یا پرآلیاژ
- کنترل حرارت ورودی
- پس گرمایش برای کاهش تنش
- انجام تمپر پس از جوشکاری
این نوع جوشکاری معمولاً فقط برای تعمیرات جزئی توصیه می شود.
چرا فولاد ابزار کربنی در صنایع مختلف اهمیت دارد؟
فولاد ابزار کربنی با ترکیب کنترلشده و قابلیت سخت کاری بالا، یکی از مهم ترین مواد برای تولید ابزارها و قطعات مهندسی است. این فولاد به دلیل استحکام عالی و قابلیت عملیات حرارتی، در صنایع مختلف از ابزارسازی تا خودرو و نفت و گاز کاربرد گسترده ای دارد. انتخاب صحیح نوع فولاد بر اساس درصد کربن، نقش مهمی در افزایش دوام و عملکرد قطعات دارد.
در پایان، برای تهیه انواع فولاد ابزار کربنی استاندارد و باکیفیت، می توانید با اطمینان از خدمات شرکت فولاد حامیران استفاده کنید. حامیران با ارائه قیمت مناسب، مشاوره تخصصی و تضمین اصالت کالا، یک گزینه مطمئن برای خرید انواع فولاد ابزار است.
