فولاد ابزاری ، انواع و کاربردها

فولاد ابزاری (به انگلیسی: Tool Steel) به دسته ای از فولادهای کربنی و آلیاژی گفته می‌شود که برای ساخت ابزار و قالب مناسب هستند. این خواص شامل سختی بالا، مقاومت به سایش، مقاومت به تغییرشکل و دفورمه شدن و قابلیت حفظ لبه برش دهنده در دماهای بالا است. به همین دلیل فولادهای ابزاری برای شکل دهی به سایر مواد مناسب هستند.

فولادهای ابزاری معمولاً در کوره‌های قوس الکتریکی و تحت شرایط و الزامات ویژه فولادهای ابزاری ذوب می‌شوند. فولادهای ابزاری در حقیقت فولادهایی هستند که قابلیت سختکاری و تمپرینگ دارند. درصد بالای عناصر آلیاژی و میکروساختار مناسب کاربردهای طاقت فرسا و شدید، باعث شده که تولید این فولادها دشوار باشد.خواص اصلی فولاد ابزار شامل مقاومت به سایش، سختی بالا، و قابلیت حفظ شکل در دماهای فوق‌العاده بالا باعث استفاده از آن در ساخت ابزارهایی مانند مته، برقو، کاترها، قالب‌های فورجینگ، و قالب‌های تزریق پلاستیک شده‌است.

بازار فولاد ابزار در سال ۲۰۱۷ بیش از ۴٫۵ میلیارد دلار ارزش داشت و انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۴ صنعت به بیش از ۲٫۵ میلیون تن فولاد ابزار نیاز داشته باشد. بزرگترین شرکت‌های تولیدکننده فولاد ابزاری در جهان عبارتند از: ناچی-فوجیکوشی، هیتاچی متالز، وست‌آلپاین، ساموئل سان اند کو، ارامت، تیانگونگ اینترنشنال، شرکت فولاد پنسیلوانیا، کی‌لو اسپشال استیل.

طبقه‌بندی فولاد ابزاری

تعداد بسیار زیادی از فولادهای ابزار به‌طور مؤثری توسط مؤسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) طبقه‌بندی شده‌است که توسط کشورهای بسیاری پذیرفته شده و استفاده می‌شود. سیستم طبقه‌بندی AISI فولادهای ابزار را بر اساس مشخصات برجسته آنها مانند آلیاژ، کاربرد یا عملیات حرارتی آنها به گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌کند.

ریزساختار سختکاری شده یک فولاد ابزاری متداول، شامل زمینه ای از مارتنزیت تمپرشده حاوی پراکندگی‌های مختلفی از آهن و کاربیدهای آلیاژی است. وجود درصد بالایی از کربن یا عناصر آلیاژی در این فولادها، امکان سختکاری یا تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک کاری را فراهم کرده‌است. هر چه درصد کربن یا عناصر آلیاژی در مارتنزیت در حالت فوق اشباع بیشتر باشد . که از آستنیت مادر به ارث می‌برد . درصد کاربیدهای شکل گرفته در حین تمپرینگ بیشتر خواهد بود.

هر چه درصد عناصر تشکیل دهنده کاربیدهای قوی بیشتر باشد، چگالی کاربیدهای پایدار در آستنیت در هنگام کار در حالت گرم و آستنیتی کردن بیشتر خواهد بود. این کاربیدها علاوه بر آنهایی که در حین تمپرینگ در مارتنزیت شکل گرفته‌اند، به عنوان اجزایی از میکروساختار باقی خواهند ماند. هر چه درصد کربن مارتنزیت و چگالی کاربیدها بیشتر باشد، مقاومت به سایش فولاد افزایش خواهد یافت، اما از طرفی چقرمگی آن کاهش می‌یابد.

گروه سختکاری شونده با آب: گروه W

فولادهای ابزاری سختکاری شونده در آب کمترین میزان عناصر آلیاژی را در میان فولادهای ابزاری دارند و اساساً این فولادها، فولادهای کربنی هستند. به همین دلیل قابلیت سختکاری آنها پایین بوده و برای تشکیل مارتنزیت باید آنها را در آب کوئنچ کرد. حتی با وجود کوئنچ کردن در آب ممکن است فقط سطح فولاد سختکاری شود. با این حال درصد بالای کربن در فولادهای ابزاری سختکاری شونده در آب این اطمینان را می‌دهند که در هر جایی که مارتنزیت شکل بگیرد، سختی بالایی وجود خواهد داشت. به دلیل درصد پایین عناصر آلیاژی در فولادهای ابزاری سخت شونده در آب، با عملیات حرارتی فقط کاربیدهای آهن شکل خواهند گرفت.

این فولادها توسط آب سختکاری می‌شوند و به همین دلیل فولادهای ابزاری سختکاری شونده با آب نام گذاری شده‌اند. فولادهای گرید-W در حقیقت فولادهای کربن-بالای ساده هستند. این گروه از فولادهای ابزاری به دلیل قیمت پایین‌تر آنها نسبت به سایر فولادهای ابزاری پرکاربردترین فولادهای ابزاری هستند. این فولادها برای کاربردهایی که دمای بالا وجود ندارد بسیار مناسب است. در دماهای بالای ۱۵۰ درجه سلسیوس این فولادها خاصیت سختی خود را به شدت از دست می‌دهند. از آنجایی که این فولادها پس از عملیات حرارتی خیلی بیشتر از فولادهای سختکاری شونده در هوا یا روغن، تاب برداشته یا ترک می‌خورند، امروزه نسبت به قرن ۱۹ و ۲۰ خیلی کمتر از آنها استفاده می‌شود.

فولاد ابزاری گروه کار سرد

گروه سختکاری شونده با روغن (Oil Hardening): سری O

فولادهای ابزاری کار-سرد، سختکاری شونده در روغن با هدف تولید فولادهایی با مقاومت به سایش بسیار بالا در شرایط کار در حالت سرد توسعه داده شدند. سختی بالا توسط مارتنزیت کربن-بالای تمپر شده در دمای پایین، برای تولید کاربیدهای پراکنده بسیار ریز، ایجاد می‌شود. به دلیل وجود درصد بالای کربن و عناصر آلیاژی، قابلیت سختکاری تا عمق زیادی از قطعه، توسط کوئنچ کردن در روغن وجود دارد.

گرید O7 حاوی درصد بسیار بالایی از کربن و درصد زیادی عناصر آلیاژی است که باعث بهبود تشکیل گرافیت می‌شود، و این امر سبب افزایش قابلیت ماشینکاری و عمر قالب می‌شود.این سری شامل گریدهای O1 و O2 و O6 و O7 می‌باشد. فولادهای این گروه همگی در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس سختکاری و داخل روغن کوئنچ شده و در دمای زیر ۲۰۰ درجه سلسیوس برگشت (tempering) داده می‌شوند.

گروه سختکاری شونده در هوا (Air Hardening): سری A

فولادهای ابزاری آلیاژ-متوسط، کار-سرد در شرایط کار در حالت سرد مقاومت به سایش بالایی دارند. گریدهای مختلف این فولادها، به دلیل دامنه مختلفی از درصد کربن و عناصر آلیاژی، ترکیب‌های مختلفی از چقرمگی و سختی ارائه می‌دهند. مشابه فولادهای سخت شونده در روغن، مقاومت در برابر سایش توسط مارتنزیت پر-کربن و کاربیدهای ریز پراکنده فراهم می‌شود. با این حال درصد عناصر آلیاژی به اندازه ای زیاد است که امکان تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک شدن در هوا نیز وجود دارد و در نتیجه این فولادها در هوا نیز سختکاری می‌شوند.

خنک کاری نسبتاً آهسته این فولادها در هوا باعث به حداقل رسیدن اعوجاج و تاب برداشتن قطعه و پایداری ابعادی خوب آنها در هنگام عملیات حرارتی می‌شود. این گروه از فولادهای ابزاری دارای گریدی با نام A10 است که حاوی گرافیت نیز می‌باشد.فولادهای ابزاری نوین سختکاری شونده در هوا با ویژگی «تغییر شکل و دفورمه شدن کم» خود در طول فرایند خنک کاری شناخته می‌شوند. قابلیت ماشینکاری آنها معمولاً خوب بوده و توازن خوبی بین استحکام و مقاومت به سایش در آنها برقرار است.اولین فولاد ابزاری سختکاری شونده در هوا با عنوان Mushet steel شناخته می‌شد.

گروه کربن بالا، کروم بالا: سری D

فولادهای ابزاری کار سرد، کربن-بالا، کروم-بالا مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و خوردگی دارند. در این فولادها علاوه بر نقش مارتنزیت کربن-بالای تمپرشده در اجزای میکروساختار، تعداد زیادی از کاربیدهای آلیاژ نیز نقش مهمی در دستیابی به مقاومت در برابر سایش بالا دارند. با اینکه مقاومت به سایش فولادهای ابزاری سری-D برای کاربردهای کار در حالت سرد مطلوب است، فرایندهای ماشینکاری و سنگ زنی در هنگام تولید قالب‌های ریخته‌گری و تزریق پلاستیک دشوار است.

فولادهای ابزاری کلاس کار سرد شونده سری D، که در اصل شامل فولادهای D2 و D3 و D6 و D7 است، حاوی ۱۰ تا ۱۳ درصد عنصر کروم است. این فولادها معمولاً سختی خود را تا ۴۲۵ درجه سلسیوس حفظ می‌کنند. از کاربردهای متداول این گروه می‌توان به قالب‌های فورجینگ، بلوک قالب‌های دایکستینگ و قالب‌های ساخت قطعه به روش کشش (drawing) اشاره کرد.

گروه صنعتی فولاد کاران از سال ۱۳۷۰فعالیت خود را در زمینه‌ی تولید و تامین مقاطع مختلف فولادی و آهن, از قبیل میلگردهای فولادی و آلیاژی , میلگردهای ساختمانی, انواع مقاطع ترانسمیسیون , ورق‌های آلیاژی , ورق‌های روغنی و سیاه و گالوانیزه‌ی هفت الماس ,آغاز نموده است . تلاش مجموعه فولادکاران در این مدت در جهت رضایتمندی و تامین دقیق سفارشات معطوف بوده است.
ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:
اینستاگرام : https://www.instagram.com/folad_karan_tehran
فیسبوک: https://www.facebook.com/jamal.fazli.948
لینکدین: https://www.linkedin.com/in/jamal-fazli-65890a1b6
پینترست: https://nl.pinterest.com/fuladk
آپارات: https://www.aparat.com/FuladKaran