انواع فولاد ابزار سردکار و کاربردهای آن

جمع مبلغ:	0 تومانءءء
ارزش افزوده:	0 تومانءءء
جمع کل فاکتور:	0تومانءءء

فولادهای سردکار گروهی از فولادهای ابزار هستند که برای ساخت ابزارها و قالب‌های فعال در دماهای پایین طراحی شده‌اند. سختی بالا، مقاومت سایشی مناسب، پایداری ابعادی و قابلیت دستیابی به خواص مکانیکی متنوع از طریق عملیات حرارتی، مهم‌ترین ویژگی‌های این فولادها محسوب می‌شوند.

ترکیب شیمیایی فولادهای ابزار سردکار معمولاً شامل کربن و عناصر آلیاژی مانند کروم، منگنز، مولیبدن، تنگستن و وانادیوم است. مقدار و نسبت این عناصر در هر گرید، سختی‌پذیری، چقرمگی، مقاومت در برابر سایش و رفتار فولاد هنگام عملیات حرارتی را تعیین می‌کند. ازاین‌رو، انتخاب گرید مناسب باید بر اساس نوع ابزار، شرایط بارگذاری، جنس قطعه‌کار و مکانیزم احتمالی خرابی انجام شود.

معرفی فولادهای سردکار

فولاد ابزار سردکار عموماً دارای مقدار متوسط تا زیاد کربن هستند و با استفاده از عناصر آلیاژی، برای دستیابی به سختی، مقاومت سایشی و پایداری ابعادی مطلوب طراحی می‌شوند. این فولادها بیشتر در ساخت ابزارهایی کاربرد دارند که هنگام کار با افزایش دمای شدید مواجه نمی‌شوند و دمای سطح آن‌ها معمولاً کمتر از حدود ۳۱۵ درجه سانتی‌گراد باقی می‌ماند.

فولادهای سردکار پرکاربرد را می‌توان در سه گروه اصلی دسته‌بندی کرد:

فولادهای سری O که معمولاً در روغن سخت‌کاری می‌شوند.
فولادهای سری A که قابلیت سخت‌کاری در هوا دارند.
فولادهای سری D که دارای کربن و کروم زیاد بوده و عمدتاً در هوا سخت‌کاری می‌شوند.

فولاد سردکار

انتخاب میان این گروه‌ها به تعادل موردنیاز میان سختی، چقرمگی، مقاومت سایشی و تغییرات ابعادی بستگی دارد. سختی بیشتر، مقاومت ابزار در برابر تغییر شکل پلاستیک را افزایش می‌دهد؛ اما درصورتی‌که چقرمگی کافی وجود نداشته باشد، احتمال ترک‌خوردگی یا لب‌پریدگی ابزار نیز بیشتر خواهد شد.

مقاومت سایشی نیز همیشه به‌تنهایی معیار مناسبی برای انتخاب نیست. برای مثال، قالبی که تحت ضربه‌های متوالی قرار دارد، علاوه بر مقاومت سایشی به چقرمگی مناسبی نیاز دارد. در مقابل، در ابزارهایی که تماس سایشی مداوم دارند، استفاده از گریدهای پرکربن و پرکروم می‌تواند عمر کاری ابزار را افزایش دهد.

فولاد ابزاری سردکار

در کاربردهای جدید، انتخاب اولیه فولاد بر اساس شرایط کاری، تیراژ تولید، جنس و ضخامت قطعه‌کار و نوع خرابی مورد انتظار انجام می‌شود. سپس عملکرد گرید انتخاب‌شده در شرایط واقعی تولید ارزیابی و در صورت نیاز، سختی یا روش عملیات حرارتی اصلاح خواهد شد.

بررسی اجمالی فولاد سردکار

فولادهای سری O به دلیل سخت‌شدن در روغن، با عنوان فولادهای روغن‌سخت شناخته می‌شوند. این گروه معمولاً از کربن نسبتاً زیاد و مقادیری منگنز، کروم، تنگستن یا مولیبدن برخوردار است. گریدهای O1، O2، O6 و O7 از جمله اعضای این خانواده هستند.

فولاد O1 یکی از شناخته‌شده‌ترین گریدهای روغن‌سخت است که تعادل مناسبی میان سختی، مقاومت سایشی، ماشین‌کاری و پایداری ابعادی ایجاد می‌کند. این فولاد در ساخت قالب‌های برش، پانچ، ابزارهای اندازه‌گیری و قطعاتی که به سختی نسبتاً بالا نیاز دارند، کاربرد دارد.

فولاد O2 عمدتاً با منگنز آلیاژ شده است و پس از عملیات حرارتی، سختی و مقاومت سایشی مناسبی به دست می‌آورد. این گرید برای قالب‌ها، سنبه‌ها، تیغه‌ها و ابزارهای برش سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد O6 دارای گرافیت آزاد در ریزساختار خود است. وجود گرافیت باعث بهبود ماشین‌کاری در حالت آنیل و کاهش اصطکاک و تمایل به چسبندگی می‌شود. به همین دلیل، این فولاد برای برخی قالب‌ها، گیج‌ها و ابزارهای دقیق مناسب است.

فولاد O7 مقاومت سایشی بیشتری نسبت به بسیاری از گریدهای سری O دارد؛ اما به دلیل ترکیب آلیاژی خود، انتخاب دما و روش عملیات حرارتی آن باید با دقت انجام شود.

فولادهای سری A مانند A2 در هوا سخت‌کاری می‌شوند و در مقایسه با فولادهای روغن‌سخت، معمولاً تغییرات ابعادی و احتمال ترک کمتری هنگام کوئنچ دارند. فولاد A2 تعادل مطلوبی میان مقاومت سایشی و چقرمگی ایجاد می‌کند و برای قالب‌های برش، پانچ و ابزارهایی که با بارهای متوسط تا نسبتاً سنگین مواجه‌اند، مناسب است.

گریدهای سری D مانند D2 و D3 دارای درصد بالایی از کربن و کروم هستند. وجود کاربیدهای سخت کروم، مقاومت سایشی این فولادها را افزایش می‌دهد؛ اما چقرمگی آن‌ها معمولاً از گریدهایی مانند A2 کمتر است. فولاد D2 در قالب‌های برش، تیغه‌های صنعتی، رول‌های شکل‌دهی و ابزارهای تولید انبوه کاربرد گسترده‌ای دارد.

جدول فولاد سردکار

خواص فولاد ابزاری سردکار

فولاد های سرد کار سخت شده روغن به دلیل وجود محتوای کربن بالا، مقاومت سایش بالایی دارند. در دما های بالا در برابر نرم شدن مقاومت کمی دارند. نوع O6 به دلیل وجود گرافیت در ریزساختار آن قابلیت ماشینکاری در حالت آنیل را افزایش می دهد. نوع O7 بهترین مقاومت در برابر سایش را در بین فولاد های سری O دارد، اما سختی پذیری آن نسبتاً کم است.

کاربیدهای حل نشده در مقادیر زیادی در فولاد های گروه O در دمای سخت کاری معمولی باقی می مانند. سختی پذیری را می توان با افزایش دمای سخت کاری افزایش داد که باعث افزایش اندازه دانه و محلول عناصر آلیاژی می شود و در نتیجه کاربید اضافی حل می شود. خواص مکانیکی مانند شکل پذیری و چقرمگی فولاد ها می تواند تا حد زیادی با افزایش دمای سخت کاری تحت تاثیر قرار گیرد. سختی پذیری فولاد های سرد کار سخت شده در روغن را می توان با استفاده از آزمون جامینی اندازه گیری کرد.

فولاد ابزاری سردکار

فولادهای سردکار مقاومت سایش بالایی دارند و می توانند در دمای حدود 205 تا 260 درجه سانتیگراد (400 تا 500 درجه فارنهایت) آنیل شوند. بعضی از گریدهای این فولاد ها از 0.25 درصد مولیبدن تشکیل شده اند. افزودن مولیبدن به بهبود سختی پذیری فولاد ها کمک می کند که در شرایط آنیل شده حاوی کاربید و فریت هستند. تقریباً 0.20 درصد کربن به صورت گرافیت آزاد پس از بازپخت یافت می شود.

کاربرد های فولاد سردکار

کاربرد های فولاد های سرد کار سخت شده توسط روغن به شرح زیر است:

تیغه های برشی، قالب های کششی، قالب های مهر زنی، ابزار سکه زنی، قالب ها و پانچ ها.

استفاده در اجزای ماشین آلات و گیج ها به دلیل پایداری ابعادی خوب و خواص مقاومت در برابر سایش.

قالب ‌های سوراخ‌ کن و سوراخ‌ کننده، گیج ‌ها، رول‌ های شکل‌ دهی و نواری، قیچی، سنبه ‌ها، مراکز تراش، ریمر ها، قالب ‌های رزوه‌ای، شیرآلات و ابزار های قلاب‌ زنی.

قالب برای سیم برش، برش نورد، چرخ، قالب پیچ ، و چرخ های شکل دهی در صنعت لوله فولادی.

فولاد سردکار

جدول فولادهای آلیاژی

فولاد معمولا یک فلز پرکاربرد در صنایع های مختلف و بزرگ می باشد، هنگام استفاده هم باید به جدول فولادهای آلیاژی استفاده شده در آن توجه کنیم، فولاد نیز خود یک نوع آلیاژ محسوب می شود که ترکیبی از آهن و کربن می باشد.

فولاد آلیاژی یکی از انواع فولاد است؛ این نوع از فولاد که به آن Alloy Steel گفته می‌شود، خانواده بزرگی از تولیدات فولادی را امکان‌پذیر کرده است.

جدول فولاد آلیاژی

متریال	عملیات حرارتی	استحکام تسلیم [ksi]	استحکام نهایی [ksi]	کشش %	مدول الاستسیته [psi]	چگالی [lb/in³]	پواسون نسبت
AISI 4130	Hot Rolled	70	90	20	29e6	0.283	0.32
	Stress Relieved	85	105	10
	Annealed	55	75	30
	Normalized	60	90	20
AISI 4140	Hot Rolled	90	120	15	29.7e6	0.283	0.32
	Stress Relieved	100	120	10
	Annealed	60	80	25
	Normalized	90	120	20
ASTM A242		46	67	18	30e6	0.282	0.3
ASTM A302	Grade A	45	75	15	29e6	0.282	0.29
ASTM A302	Grade C	50	80	17	29e6	0.282	0.29
ASTM A514	Quenched & Tempered	100	110	18	29e6	0.283	0.3
ASTM A517	Grade F	100	115	16	29e6	0.280	0.29
ASTM A533	Class 1	50	80	18	29e6	0.282	0.29
	Class 2	70	90	16
	Class 3	83	100	16
ASTM A572	Grade 50	50	65	18	30e6	0.283	0.3
ASTM A588		50	70	18	29.7e6	0.280	0.28
ASTM A633	Grade E	55	75	18	29.7e6	0.280	0.28
ASTM A656	Grade 50	50	60	20	29e6	0.282	0.29
	Grade 60	60	70	17
	Grade 70	70	80	14
	Grade 80	80	90	12
	Grade 100	100	110	12
ASTM A710	Grade A	80	85	20	29.7e6	0.280	0.3
HY-80		80	---	18	29.7e6	0.280	0.3
HY-100		100	---	16	29.7e6	0.284	0.3

جدول فولاد های ابزار سردکار

نیکل	وانادیوم	مولیبدن	تنگستن	کروم	سیلیسیم	منگنز	کربن	گرید دین آلمان	گرید آمریکایی
------	------	------	0.50	0.60	0.30	1.20	0.94	1.2510	O1
------	0.20	0.30	------	0.50	0.30	1.60	0.90	1.2842	O2
------	------	0.25	------	0.30	1.05	0.70	1.40	------	O6
------	0.40	0.30	1.50	0.50	0.60	1	1.20	------	O7
------	0.25	1	------	5	0.30	0.75	1	1.2363	A2
------	------	1.25	1.25	5	0.95	0.30	0.55	------	A8
1.50	1	1.55	------	5.15	1.05	0.35	0.55	------	A9
1.85	------	1.50	------	0.20	1.20	1.80	1.35	------	A10
------	0.90	0.75	------	12	0.30	0.30	1.50	1.2379	D2
------	0.25	------	------	12.25	0.40	0.40	2.15	1.2080	D3
------	4	1.10	------	12.50	0.40	0.40	2.30	------	D7
------	0.25	------	2	1.35	0.25	0.25	0.53	1.2542	S1
------	------	1.40	------	3.25	0.25	0.25	0.50	------	S7
------	1	1.35	------	5.25	1	0.40	0.40	1.2344	H13

نقش کلیدی فولاد حامیران در انتخاب و استفاده از فولادهای سردکار

در نتیجه، فولادهای سردکار به دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای مانند سختی بالا، مقاومت مناسب در برابر سایش و پایداری ابعادی، گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت ابزارهای مورد استفاده در دماهای پایین‌تر از 600 درجه فارنهایت به شمار می‌آیند. انتخاب صحیح این نوع فولاد نیازمند بررسی دقیق ویژگی‌های متالورژیکی آن است تا کارایی و صرفه اقتصادی بهینه‌ای حاصل شود. این فولادها، با تنوع گریدها و ترکیبات شیمیایی خاص خود، پاسخگوی نیازهای متنوعی در صنایع مختلف ابزارسازی و تولید قطعات صنعتی هستند.