فولاد SPK چیست؟ فولاد SPK یکی از پرکاربردترین و شناخته شده ترین فولادهای ابزار در صنایع مختلف، به ویژه ابزارسازی و ساخت قالب ها است که به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش، سختی زیاد و استحکام فشاری مناسب، جایگاه ویژه ای کسب کرده است. این فولاد به واسطه ویژگی های مکانیکی و فیزیکی خاص خود، برای ساخت ابزارها و قطعاتی مناسب است که تحت فشار و سایش مداوم قرار دارند.
فولاد SPK در بازار ایران بیشتر با شماره متریال 1.2080 شناخته می شود و فولادهای D3 در استاندارد AISI و SKD1 در استاندارد JIS، معادل های تقریبی آن محسوب می شوند. قیمت فولاد SPK تحت تأثیر عواملی همچون کیفیت تولید، ابعاد، حجم سفارش، کارخانه سازنده و نوسانات بازار قرار دارد و معمولاً به دلیل خواص ویژه آن، بالاتر از فولادهای معمولی است.
در این مقاله به معرفی فولاد SPK، مشخصات فنی، کاربردها و مزایای آن پرداخته ایم تا آشنایی بیشتری با این نوع فولاد داشته باشیم.
فولاد SPK چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
بدون شک، این گروه از فولادها را می توان در زمره فولادهای پرمصرف در ساخت ابزار قرار داد؛ چراکه به دلیل کاربرد گسترده، مقاومت سایشی مناسب و امکان استفاده در ساخت ابزارهای مختلف، جایگاه مهمی در صنایع ابزارسازی و قالب سازی دارند.
فولادهای ابزار سردکار شامل سری O با سخت شوندگی در روغن، سری A با سخت شوندگی در هوا و سری D با کربن و کروم بالا هستند. این فولادها به منظور برش یا شکل دهی مواد در دماهای پایین طراحی شده اند و از سختی پذیری، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی متناسب با نوع گرید برخوردارند.
در شرایط آنیل شده، این فولادها از زمینه فلزی و کاربیدهای آلیاژی تشکیل شده اند. در فولادهای ابزار باید از گرافیتی شدن کربن جلوگیری شود؛ زیرا این پدیده می تواند بر سختی، استحکام و عملکرد نهایی فولاد تأثیر منفی بگذارد.
فولادهای ابزار سردکار به عنوان جایگزینی مناسب تر برای فولادهای ابزار کربنی در بسیاری از کاربردها محسوب می شوند. با افزودن عناصری مانند کروم، منگنز و مولیبدن، سخت شوندگی این فولادها بهبود پیدا می کند. همچنین، وجود تنگستن و وانادیوم می تواند نوع و مقدار کاربیدهای آلیاژی را تغییر داده و مقاومت سایشی فولاد را افزایش دهد.
این فولادها در برابر سایش مقاوم هستند و تمایل نسبتاً کمی به تغییر شکل دارند؛ بااین حال مقاومت آن ها در برابر ضربه به گرید، ساختار، سختی نهایی و شرایط استفاده بستگی دارد. به همین دلیل نمی توان تمام فولادهای سردکار را برای کاربردهای ضربه ای شدید مناسب دانست.
انتخاب گرید مناسب از فولادهای سردکار به شرایط استفاده از ابزار و کاربرد آن بستگی دارد. براساس فرایند مورد استفاده و خواص موردنیاز، انتخاب گرید باید با بررسی مجموعه ای از ویژگی های اصلی شامل ماشین کاری، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر پوسته شدن، ترک خوردن و شکستن و همچنین مقاومت در برابر اعوجاج و فرورفتگی انجام شود.
فولاد SPK یک فولاد آلیاژی پرکربن و پرکروم است و در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارد. این فولاد در مقاطعی مانند میلگرد، تسمه و پلیت عرضه می شود. سطح تخت و امکان انتخاب ضخامت و عرض متناسب با قطعه باعث شده است کاربرد تسمه SPK بیشتر در ساخت تیغه های برشی، صفحات قالب، سنبه، ماتریس و قطعات مقاوم به سایش دیده شود.
ترکیب شیمیایی و ساختار کاربیدی این فولاد، سختی و مقاومت سایشی بالایی در آن ایجاد می کند. با افزودن عناصری مانند مولیبدن، وانادیوم یا تنگستن نیز گریدهایی با رفتار متفاوت مانند SPK-R و SPK-NL تولید می شوند.
در بازار ایران معمولاً فولادهای 1.2080، 1.2436 و 1.2379 به ترتیب با نام های SPK، SPK-R و SPK-NL شناخته می شوند. این نام گذاری بیشتر جنبه بازاری دارد و در زمان سفارش باید شماره متریال، استاندارد، ترکیب شیمیایی و گواهی محصول نیز بررسی شوند.
تفاوت عناصر آلیاژی در انواع فولاد SPK باعث می شود این سه گرید از نظر نوع و توزیع کاربیدها، مقاومت سایشی، چقرمگی و پایداری ابعادی رفتار یکسانی نداشته باشند. به همین دلیل انتخاب میان آن ها باید براساس شرایط کاری و عامل اصلی خرابی ابزار انجام شود.
فولاد 1.2080 یا SPK
فولاد سردکار AISI D3 که با شماره متریال DIN 1.2080، نام استاندارد X210Cr12 و معادل تقریبی JIS SKD1 نیز شناخته می شود، یک فولاد آلیاژی با حدود ۱۲ درصد کروم است.
فولاد D3 و فولاد SKD1 از نظر گروه آلیاژی و کاربرد به 1.2080 نزدیک هستند، اما تطابق آن ها باید تقریبی در نظر گرفته شود؛ زیرا محدوده مجاز عناصر و الزامات هر استاندارد ممکن است کاملاً یکسان نباشد.
فولاد 1.2080 قابل عملیات حرارتی است و سختی آن با توجه به شرایط سخت کاری، دمای تمپر، ابعاد قطعه و کاربرد نهایی تعیین می شود. این فولاد به دلیل حجم بالای کاربیدهای سخت در زمینه فولادی، مقاومت سایشی بسیار بالا، استحکام فشاری مناسب و قابلیت حفظ لبه برشی دارد.
چقرمگی فولاد سردکار D3 در مقایسه با برخی فولادهای سردکار جدیدتر محدودتر است. به همین دلیل ابزارهای ساخته شده از این فولاد، در صورت وجود گوشه های تیز، مقاطع نامتعادل، تمرکز تنش یا اجرای نادرست عملیات حرارتی، ممکن است در معرض ترک یا لب پرشدگی قرار بگیرند.
فولاد 1.2080 برای کاربردهایی مانند ابزارهای شکل دهی مواد سخت و ساینده مناسب است. این فولاد معمولاً در ساخت آسترهای قالب آجر و کاشی، قالب های برش سرد، تجهیزات پانچ، ابزارهای فرآوری سنگ، تیغه های برش کاغذ و پلاستیک و قالب های مقاوم در برابر سایش به کار می رود.
از دیگر کاربردهای فولاد SPK می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-
- سنبه و ماتریس
- ابزارهای پانچ
- قالب های برش
- تیغه های صنعتی
- تیغه های برش کاغذ و پلاستیک
- قالب های آجر و کاشی
- ابزارهای فرآوری سنگ و مواد معدنی
- قطعات مقاوم در برابر سایش
- ابزارهای شکل دهی سرد
- برخی قالب های پلاستیک درگیر با مواد ساینده
فولاد SPK بیشتر برای ابزارهایی مناسب است که سایش، عامل اصلی خرابی آن ها باشد. در کاربردهایی که ابزار تحت ضربه شدید، پیچش زیاد یا بارگذاری ناگهانی قرار دارد، باید احتمال ترک و لب پرشدگی نیز در انتخاب گرید در نظر گرفته شود.
| Cr | S | P | Si | Mn | C | GRADE |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 11-13 | 0.030 | 0.030 | 0.10-0.60 | 0.20-0.60 | 1.90-2.20 | 1.2080 |
مقادیر جدول، محدوده متداول ترکیب شیمیایی فولاد 1.2080 هستند. ترکیب نهایی هر محموله باید براساس گواهی آنالیز همان محصول بررسی شود.
فورج فولاد ابزار سرد کار D3
فولاد D3 را پیش از این در دمای 900-950 درجه سانتیگراد گرم کرده و سپس دما را به 1050-1100 درجه سانتیگراد افزایش میدهیم. این فولاد در دماهای بالا نسبتاً سخت است؛ بنابراین ضربات اولیه چکش باید سبک باشد و تا زمانی که فلز شروع به جریان کند، نباید اجازه داد دما به زیر 1020 درجه سانتیگراد برسد. فورج نهایی نیز نباید زیر 900 درجه سانتیگراد انجام شود.
عملیات حرارتی فولاد سردکار D3
عملیات حرارتی فولاد spk شامل مجموعه ای از مراحل کنترل شده برای دستیابی به سختی، مقاومت سایشی و پایداری ابعادی موردنیاز است. دمای هر مرحله، مدت نگهداری، محیط سردکننده و شرایط تمپر باید با توجه به ابعاد و شکل ابزار تعیین شوند.
اجرای نادرست عملیات حرارتی می تواند باعث ایجاد تنش داخلی، ترک، اعوجاج، افت چقرمگی یا کاهش عمر ابزار شود. به همین دلیل عملیات حرارتی این فولاد باید براساس دستورالعمل فنی و توسط مجموعه ای دارای تجهیزات مناسب انجام شود.
آنیل کردن
فولادهای ابزار D3 باید به طور یکنواخت تا 850-870 درجه سانتیگراد گرم شده و سپس خنک شوند. در نهایت، کوره باید با سرعت حداکثر 25 درجه در ساعت تا 650 درجه سانتیگراد خنک شود و ممکن است قطعات در هوا خنک شوند. این فرآیند باید منجر به حداکثر سختی برینل 248 شود.
جوشکاری
با توجه به خطر بالای تشکیل ترک، در صورت امکان باید از جوشکاری فولاد ابزار D3 اجتناب شود. هنگامی که جوشکاری ضروری است، موارد زیر به عنوان راهنما عمل میکند:
جوشکاری فولاد ابزار 1.2080 در شرایط آنیلشده
برای این نوع جوشکاری، باید پیش از آن تا دمای 300 تا 500 درجه سانتیگراد گرم شود و سپس بلافاصله تنشگیری انجام شود. الکترود آلیاژی Cr-Mo برای جوشکاری این فولاد مناسب است.
جوشکاری فولاد ابزار 1.2080 در شرایط سخت و تمپر شده
باید پیش از جوشکاری تا دمای حداقل 200 درجه سانتیگراد گرم شده و سپس به مدت دو ساعت در دمای 300 درجه خنک شود.
ماشینکاری
پردازش با اره، یک پردازش مکانیکی مواد است که منجر به تولید یک برش با استفاده از دندانهای اره میشود. در این نوع ماشینکاری معمولاً از برشهای تنگ یا مویی استفاده میشود. در ماشینکاری با تیغ، تیغههایی با قطر متغیر از 10 میلیمتر تا 600 میلیمتر استفاده میشود. این نوع ماشینکاری میتواند در اندازهها و ضخامتهای مختلف انجام شود و بهراحتی میتوان آن را با تولید انواع مختلفی از قطعات متناسب با نیازهای خاص انجام داد.
فولاد 1.2379 یا SPK-NL
فولاد DIN 1.2379 یک فولاد ابزار سردکار لدبوریتی با عناصر آلیاژی کروم، مولیبدن و وانادیوم به همراه کربن بالا با مقاومت در برابر سایش بالا، پایداری ابعادی خوب، چقرمگی و سختی پذیری می باشد. به دلیل خاصیت سخت شدن ثانویه، انجام نیتریدینگ تکمیلی و پوشش سطح آسان است. کروم بالا مقاومت در برابر سایش و چقرمگی را افزایش می دهد. وانادیوم به فولاد ساختار دانه ریزتری می بخشد و از رشد بیش از حد دانه جلوگیری می کند و در نتیجه سختی فولاد را بهبود می بخشد. مولیبدن مقاومت حرارتی و سختی پذیری را افزایش می دهد.
این فولاد به طور معمول در شرایط آنیل عرضه می شود و با انجام عملیات حرارتی مطابق با استاندارد می توان سختی در حدود 64 راکول کسب کرد. 1.2379 به دلیل خواص آلیاژی بالا نسبت به 1.2080 برتری دارد. فولاد ( (1.2379 در حالت میلگرد (شفت) در قطرهای ۴۰ میلیمتر تا ۳۵۰ میلی متر بیشترین کاربرد را دارد و هم در مقطع تسمه و در ابعاد مختلف در بازار موجود می باشد.
فولاد ابزار DIN 2379 قابل استفاده برای مهر زنی یا قالب گیری سرد، رول های شکل دهی سرد، چاقوهای تراشه، پانچ، برش، تیغه های برشی، ابزار، خردکن لاستیک، قالب های رزوه ای برش، ابزارهای ترموفرمینگ، ر ابزارهای اکستروژن سرد و غیره می باشد.
| V | Mo | Cr | S | P | Si | Mn | C | GRADE |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.70-1.00 | 0.70-1.0 | 11-13 | 0.030 | 0.030 | 0.10-0.60 | 0.20-0.60 | 1.45-1.60 | 1.2379 |
عملیات حرارتی
بازپخت نرم
فولاد 1.2379 را میتوان در دمای 830 تا 850 درجه سانتیگراد آنیل کرد. پس از آن، خنک شدن آهسته در کوره باید انجام شود.
بازپخت به جهت تنش زدایی
بازپخت تنش زدایی در دمای 650 تا 700 درجه سانتیگراد با خنک شدن ثانویه در کوره انجام میشود.
روش تولید فولاد 1.2379
ذوب کوره قوس الکتریکی (EAF): این فرآیند به عنوان ذوب اولیه نیز شناخته میشود. این فرآیند بر اساس ذوب تراشههای فلزی است که از فرآیندهای آسیاب و تامین کنندگان به دست میآید. اساساً در ذوب EAF از بقایای روشهای مختلف پردازش فلز استفاده میشود. این نوع ذوب به دلیل پایین بودن هزینههای تولید، به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد. با این حال، ممکن است برای دستیابی به بالاترین کیفیت و خواص ممکن به درمان اضافی نیاز باشد. یک مثال از آن، آنیل کردن برای جلوگیری از ترک خوردن است.
پالایش سرباره الکتریکی (ESR): پالایش الکتروسرباره به عنوان ذوب مجدد الکتروسرباره نیز شناخته میشود. در طول فرآیند، فلز به تدریج ذوب میشود و شمشهای به دست آمده دارای کیفیت سطحی خوب و بدون نقص قابل توجه هستند.
1.2436 یا SPK-R
فولاد ابزار AISI D6 یک فولاد ابزار سردکار با میانگین حدود 12 درصد کروم به همراه کربن بالا و تنگستن میباشد. فولاد D6 یک فولاد ابزار آلیاژی سخت شده در هوا با مقاومت عالی در برابر سایش است. این فولاد انتخابی مناسب برای برش ورق سیاه و گالوانیزه و همچنین ورق استیل تا ضخامت 4 میلیمتر میباشد.
فولاد AISI/SAE D6 برای قالبهای پرکننده برای برش ورقهای تا ضخامت 2 میلیمتر، تیغههای برش کاغذ و پلاستیک استفاده میشود. فولاد D6 برای ساخت ابزار مهر زنی، ابزار خراش دادن، ابزار ماشینکاری، ابزار نجاری، ابزار طراحی، ابزار پرس، قالب سنگ، ابزار پخت، چاقو، غلطک و قالب نورد نخ مناسب میباشد.
| W | Mo | Cr | S | P | Si | Mn | C | GRADE |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.60-0.80 | 0.70-1.0 | 11-13 | 0.030 | 0.030 | 0.10-0.40 | 0.30-0.60 | 2.0-2.30 | 1.2436 |
فورج
فولاد ابزار DIN1.2436 را باید به آرامی و به طور یکنواخت تا دمای 700 درجه سانتیگراد و سپس با سرعت بیشتری تا دمای 900-1050 درجه سانتیگراد گرم کرده و پس از آن باید به آرامی، ترجیحاً در کوره، خنک شود.
آنیل
فولاد ابزار DIN1.2436 در شرایط آنیل شده و قابل ماشینکاری عرضه میشود. بازپخت مجدد تنها در صورتی ضروری است که فولاد ابزار توسط سازنده ابزار آهنگری یا سخت شده باشد. برای آنیل فولاد را تا دمای 800-840 درجه سانتیگراد گرم کرده و سپس آهسته در کوره خنک میکنیم. سختی پس از بازپخت تقریباً 225 برینل خواهد بود.
تنش زدایی
اگر عملیات ماشینکاری سنگین بوده است یا اگر ابزار دارای بخش نامتعادل است، تنشها را قبل از سخت شدن با حرارت دادن تا 650-700 درجه سانتیگراد حذف کنید. خنک شدن باید به آرامی در کوره انجام شود.
جوشکاری
جوشکاری این نوع فولاد باید با احتیاط انجام شود، زیرا خطر تشکیل ترکهای حرارتی و تنشهای داخلی وجود دارد. در صورت لزوم، باید پیش از جوشکاری با استفاده از حرارت پیشگرم، دما را به 300-400 درجه سانتیگراد برسانید.
ماشینکاری
با توجه به ترکیب خاص فولاد 1.2436 و آلیاژهای آن، این فولاد دارای سختی بالایی بوده و معمولاً از روشهای ماشینکاری مناسب مانند تراشکاری و فرزکاری استفاده میشود. برای ماشینکاری این نوع فولاد، معمولاً از فرزهای کاربید تنگستن استفاده میشود.
جوشکاری فولاد ابزار 1.2436 در شرایط آنیلشده
برای این نوع جوشکاری از قبل باید تا دمای 300 تا 500 درجه سانتی گراد گرم کنیم و سپس بلافاصله تنش گیری می کنیم. الکترود آلیاژی Cr-Mo برای جوشکاری این فولاد مناسب است. ما در سایت فولاد حامیران در رابطه با جوشکاری انواع محصولات، مانند جوشکاری پروفیل صنعتی اطلاعاتی را در اختیار کاربران قرار دادیم. جهت کسب اطلاعات از جوشکاری پروفیل صنعتی کلیک نمایید.
جوشکاری فولاد ابزار 1.2436 در شرایط سخت و تمپر شده
از قبل تا دمای حداقل 200 درجه سانتیگراد گرم کرده و سپس به مدت دو ساعت در دمای 300 درجه خنک میکنیم.
چرا فولاد SPK گزینه ای مناسب برای ابزارسازی است
فولاد SPK به دلیل مقاومت بالا به سایش و سختی عالی پس از عملیات حرارتی، یک گزینه ایده آل برای ابزارسازی و ساخت قالب های صنعتی است. برای خرید انواع فولاد ابزار با ما در فولاد حامیران تماس بگیرید.
