فولاد spk – فولاد اسپیکا

فولاد spk در دسته فولادهای ابزار سردکار قرار میگیرد. فولادهای ابزار سردکار اساساً فولادهایی با کربن بالا هستند که حاوی عناصر آلیاژی تنگستن، منگنز، کروم و مولیبدن هستند. این آلیاژهای افزودنی سختی پذیری را افزایش می دهند و اجازه می دهند فولاد با اعوجاج کمتری کوئنچ شود. فولاد های سردکار در مواردی مورد استفاده قرار می گیرند که دمای کاری بالاتر از 260 درجه سانتیگراد نباشد.

بدون شک، این گروه از فولادهای spk را می توان در زمره بزرگترین تناژهای مورد استفاده در ساخت ابزار قرار داد، قیمت فولاد spk با توجه به کاربرد گسترده آنها، نسبتا پایین می باشد.

فولادهای ابزار سرد کار شامل سری O (سخت شده در روغن)، سری A (سخت شده در هوا) و سری D (کروم-کربن بالا) است. فولادهایی که برای برش یا شکل دادن مواد در دمای پایین استفاده می شوند. این گروه دارای سختی پذیری و مقاومت در برابر سایش بالا و چقرمگی متوسط می باشد.

پیشنهاد مطالعه:آشنایی جامع با فولاد 1.1181 یا فولاد ck35

در شرایط آنیل شده، این فولادها از فریت و کاربید تشکیل شده اند. در فولادهای ابزار همیشه باید از گرافیتی شدن اجتناب شود. آلیاژهای سردکار جایگزین بسیار بهتری برای فولادهای ابزار کربنی هستند. با افزودن کروم، منگنز، مولیبدن، این فولادها سخت‌شوندگی بسیار بهتری از خود نشان می‌دهند. همچنین، افزودن تنگستن و وانادیوم باعث افزایش مقدار کاربید در فولادهای آلیاژی می شود که مقاومت سایشی را بهبود می بخشد. این فولادها در برابر سایش بسیار مقاوم هستند و ویژگی هایی مانند مقاومت ضربه نسبتا بالاتر با تمایل کم به تغییر شکل را دارا می باشند. فولادهای سردکار برای برش قطعات مناسب هستند.

انتخاب گرید مناسب از فولادهای سردکار به شرایط استفاده از ابزار و کاربرد آن بستگی دارد: بسته به فرآیندهای مورد استفاده و خواص موردنیاز، انتخاب گرید مناسب با ترکیبی از چهار ویژگی اصلی ماشین کاری، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر پوسته شدن، ترک خوردن و شکستن و مقاومت در برابر اعوجاج و فرو رفتن حاصل می شود.

فولاد SPK از آلیاژ فلزهای کروم و کربن ساخته شده است که در صنایع کاربرد گسترده‌ای دارد. معمولا برای تولید آن از روش نورد سرد و ریخته گری استفاده می شود.

انواع فولاد spk

این فولاد دارای مقادیر بالایی از کروم است و به همین علت سخت پذیری و دوام بالایی دارد. لازم به ذکر است، با تغییر درصد عناصر پایه این فولاد و با اضافه کردن برخی عناصر چون وانادیوم و تنگستن، فولادهایی چون Spk-R و Spk-NL، تولید می شود. فولاد SPK از کشورهای آلمان و چین وارد می شود. واژه Spk از Special K گرفته شده است. اولین بار در کشور های آلمان و سوئد فولاد Spk تولید شد و سپس کشور هایی مانند اتریش و آمریکا نیز به تولید آن پرداختند. این فولاد در بین فولاد گران و قالب سازان نیز محبوب است. پس از آزمایش های فراوان روی 1.2080 از آن دو فولاد SPK-R و SPK-NL تولید شد.

این فولاد دارای محتوای کربن و کروم بالایی می باشند، دستیابی به سطح مقاومت در برابر سایش برای بهبود عمر و عملکرد این فولادها همیشه سودمند است، برخی گریدهای این گروه حاوی آلیاژ مولیبدن است که به افزایش سختی و چقرمگی فولاد کمک می کند و وجود 1 درصد وانادیوم مقاومت سایش بالاتری را برای ابزارهای برش و کاربردهای ابزاری ایجاد می کند و در نتیجه دوام فولاد را افزایش می دهد. این گروه از فولادها شامل سه گرید 1.2080، 1.2436 و 1.2379 می باشد.

فولاد 1.2080 ( فولاد SPK )

فولاد سردکار AISI D3 که با نام‌های DIN 1.2080 (استاندارد آلمان) و JIS SKD1 (استاندارد ژاپن) نیز شناخته می‌شود، یک فولاد آلیاژی با میانگین 12 درصد کروم می باشد. این فولاد قابل عملیات حرارتی است و دارای سختی پذیری در محدوده 58-64 راکول است. فولاد سردکار D3 به دلیل حجم بالای کاربیدهای سخت در ماتریس فولادی، چقرمگی متوسط، پایداری ابعادی، مقاومت فشاری و مقاومت سایشی بسیار بالایی دارد. محیط خنک کننده در عملیات حرارتی آن روغن می باشد. هر چند بخش های کوچک را می توان پس از آستنیته شدن با استفاده از خلاء با گاز خنک کرد. در نتیجه ی این فرآیند، ابزارهای ساخته شده با فولاد سردکار نوع D3 در طول سخت شدن، شکننده هستند.

فولاد 2080 برای کاربرد هایی مانند ابزارهای شکل دهی برای مواد سخت و ساینده مناسب است. این فولاد معمولاً برای کاربردهای دیگری مانند آسترهای قالب آجر و کاشی، اجاق برای قالب های پلاستیکی سرد، تجهیزات پانچ، ابزار پردازش سنگ، چاقو برای کاغذ و پلاستیک و قالب های پلاستیکی بسیار مقاوم در برابر سایش استفاده می شود.

این فولاد تقریباً در دمای 940-980 درجه سانتیگراد سخت شده و پس از آن با روغن خنک می شود. سختی پس از کوئنچ مطابق با استاندارد 64-66 راکول می باشد. برای قطعات کوچک از این گرید تا ضخامت 30 میلی متر در دمای 960-100 درجه سانتیگراد سخت شده و به دنبال آن در هوا خنک می شود. سختی پس از کوئنچ مطابق با استاندارد 63-65 راکول می باشد.

فولاد 1.2379 ( فولاد 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.

روش تولید فولاد 1.2379

ذوب کوره قوس الکتریکی (EAF): این فرآیند به عنوان ذوب اولیه نیز شناخته می شود. این فرآیند بر اساس ذوب تراشه های فلزی است که از فرآیندهای آسیاب به دست می آید. اساساً در ذوب EAF از بقایای روش های مختلف پردازش فلز استفاده می شود. ذوب کوره قوس الکتریکی به دلیل پایین بودن هزینه های تولید به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. هنوز هم ممکن است برای دستیابی به بالاترین کیفیت و خواص ممکن به عملیات 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 می شود. در طول فرآیند، فلز به تدریج ذوب می شود. شمش های به دست آمده دارای کیفیت سطحی خوب و بدون نقص قابل توجه هستند.

فولاد 1.2436 ( فولاد SPK-R )

فولاد ابزار AISI D6 یک فولاد ابزار سرد کار با میانگین حدود 12 درصد کروم به همراه کربن بالا و تنگستن می باشد. فولاد D6 یک فولاد ابزار آلیاژی سخت شده در هوا با مقاومت عالی در برابر سایش می باشد. این فولاد انتخابی مناسب برای برش ورق سیاه و گالوانیزه و همچنین ورق استیل تا ضخامت 4 میلیمتر می باشد.

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 ماشین کاری، ابزار نجاری، ابزار طراحی، ابزار پرس، قالب سنگ، ابزار پخت، چاقو، غلطک، قالب نورد نخ، قالب پلاستیکی مناسب می باشد.

تفاوت فولاد spk و spk-nl

این دو فولاد تا حد زیادی شبیه به هم می باشند ولی فولاد spk-nl نسبت به فولاد spk مولیبدن و وانادیوم دارد و نیز کربن کمتری هم دارد که این عوامل منجربه بالا رفتن مقاومت سایشی فولاد spk-nl بالا رود و تردی تمپر آن کم شود. از این رو کربن نسبتا کم تر در این فولاد باعث شکنندگی کمتر آن می باشد. در واقع فولاد spk-nl نسخه بهینه سازی شده فولاد spk  است.

چگالی فولاد spk

چگالی را می توان اینگونه تعریف کرد که نسبت جرم یک جسم به حجم آن را چگالی می گویند. معمولا در بیشتر فولاد ها چگالی یکسان می باشد ولی در مواردی مقدار خیلی کمی متفاوت می باشند.

چگالی فولاد 1.2080 برابر است با 7.7 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد

چگالی فولاد فولاد 1.2379 7.68 کیلوگرم بر متر مکعب است

چگالی فولاد 1.2436 برابر با 7.67 کیلوگرم بر متر مکعب است.

مشخصات فولاد spk

فولاد 1.2080

خصوصیات مکانیکی 1.2080

جدول  عناصر آلیاژی 1.2080

فورج فولاد ابزار سرد کار  D3

این فولاد را از قبل در دمای 900-950 درجه سانتیگراد گرم کرده و سپس دما را به 1050-1100 درجه سانتیگراد افزایش می دهیم. فولاد ابزار D3 در دمای 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 هم نباید زیر 900 درجه سانتیگراد انجام شود.

عملیات حرارتی فولاد سردکار D3

فولاد ابزار D3 برای دستیابی به حداکثر خواص نیاز به سخت شدن و تمپر دارد. برای حداکثر دقت، تنش گیری باید در دمای 648 درجه سانتیگراد (1200 درجه فارنهایت) به مدت یک ساعت انجام شده و به آرامی خنک شود.

آنیل کردن

فولادهای ابزار D3 را به طور یکنواخت تا 850-870 درجه سانتیگراد گرم کرده و سپس خنک می کنیم. در نهایت هم کوره را با سرعت حداکثر 25 درجه در ساعت تا 650 درجه سانتیگراد خنک کرده که 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 1.2379 اجتناب شود. هنگامی که جوشکاری ضروری است، موارد زیر به عنوان راهنما عمل می کند.

جوشکاری فولاد ابزار 1.2080 آنیل

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.

جوشکاری فولاد ابزار 1.2080 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 می کنیم.

ماشین کاری فولاد 2080

پردازش با اره یک پردازش مکانیکی مواد است که منجر به تغییر شکل ناخواسته به طور قابل توجهی کمتر و افزایش سختی برای ساختار موجود، مانند برش حرارتی می شود. بنابراین، قطعه ماشینکاری شده دارای ساختاری همگن حتی در لبه می باشد. این شرایط باعث می شود که قطعه کار توسط فرز یا سوراخ کاری به پایان برسد. بنابراین نیازی به آنیل کردن مواد یا انجام عملیات مشابه از قبل نیست.

فولاد 1.2379 یا SPK-NL

خصوصیات مکانیکی 1.2379

جدول  عناصر آلیاژی  1.2379

سختی فولاد 1.2379 در دما های مختلف 

عملیات حرارتی فولاد spk

بازپخت نرم

فولاد 1.2379 را می توان در دمای 830 تا 850 درجه سانتی گراد آنیل کرد. پس از آن، خنک شدن آهسته در کوره باید انجام می شود.

بازپخت به جهت تنش زدایی

بازپخت تنش زدایی در دمای 650 تا 700 درجه سانتیگراد با خنک شدن ثانویه در کوره انجام می شود.

خصوصیات مکانیکی 1.2436

جدول  عناصر آلیاژی  1.2436

فورج

فولاد ابزار DIN1.2436 را 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 ترجیحا در کوره خنک شود.

آنیل

فولاد ابزار DIN1.2436 در شرایط آنیل شده و قابل ماشین کاری عرضه می شود. 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 می کنیم. سختی پس از بازپخت تقریباً 225 برینل خواهد بود.

تنش زدایی

اگر عملیات ماشینکاری سنگین بوده است یا اگر ابزار دارای بخش نامتعادل است، تنش ها را قبل از سخت شدن با حرارت دادن تا 650-700 درجه سانتیگراد حذف و سپس به آرامی خنک می کنیم.

جوشکاری

با توجه به خطر بالای تشکیل ترک، در صورت امکان باید از جوشکاری فولاد ابزار 1.2379 اجتناب شود. هنگامی که جوشکاری ضروری است، موارد زیر به عنوان راهنما عمل می کند.

جوشکاری فولاد ابزار 1.2436 آنیل

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.

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.

استاندارد اصلی به کار رفته در فولاد SPK به طور عمده مطابق با استاندارد DIN آلمان است و در این استاندارد با کد DIN 1.2080 شناخته می‌شود. این فولاد در استانداردهای مختلف به نام‌های متفاوتی شناخته می‌شود:

DIN: 1.2080
AISI: D3
JIS: SKD1

این فولاد به دلیل داشتن ترکیب شیمیایی شامل کربن بالا و کروم، دارای سختی و مقاومت سایشی بسیار خوبی است و در ساخت ابزارهای برش، قالب‌های کشش و قالب‌های فورج سرد استفاده می‌شود.

نتیجه 

 

فولاد SPK یا اسپیکا با ویژگی‌ های منحصر به فردی مانند سختی بالا، مقاومت فوق‌العاده در برابر سایش و قابلیت حفظ لبه تیز، یکی از بهترین گزینه‌ها برای کاربردهای صنعتی حساس و پرتنش، نظیر ابزارهای برش و قالب‌سازی، محسوب می‌شود. این نوع فولاد به دلیل ترکیب شیمیایی خاص و فرآیندهای دقیق تولید، از عملکرد بالا و طول عمر طولانی برخوردار است و به طور گسترده در صنایع مختلف به کار گرفته می‌شود، که نشان‌دهنده اهمیت و ارزش آن در بهبود کارایی و کیفیت محصولات نهایی است.