فولادهای ابزار چیست: پاسخ مستقیم
فولادهای ابزار خانواده ای از فولادهای کربنی و آلیاژی هستند که به طور خاص برای شکل دادن، برش یا شکل دادن به مواد دیگر بدون از دست دادن سختی، لبه یا دقت ابعادی خود تحت تنش و حرارت مکانیکی مکرر طراحی شده اند. برخلاف فولادهای سازه ای که عمدتاً برای استحکام و جوش پذیری انتخاب می شوند، فولادهای ابزار برای مقاومت در برابر سایش، چقرمگی و توانایی حفظ شکل دقیق در طول هزاران یا میلیون ها چرخه کاری انتخاب می شوند. آنها فولادهای پشت قالب های مهر زنی، قالب های تزریق، تیغه های برش، پانچ ها، مته ها و قالب های آهنگری هستند.
ویژگی تعیین کننده هر فولاد ابزار، شیمی آلیاژ آن است. تولیدکنندگان مقادیر کنترل شده ای از کروم، وانادیم، مولیبدن، تنگستن و گاهی کبالت را به فولاد کربنی ساده اضافه می کنند. این عناصر ذرات سخت کاربید را در داخل ریزساختار فولاد تشکیل می دهند آهنگری فولاد و عملیات حرارتی بعدی، و آن کاربیدها همان چیزی هستند که در مقابل سایش، تغییر شکل و نرم شدن حرارتی در کار مقاومت می کنند. فولاد ابزار بدون ساختار کاربید مناسب فقط یک روش گران قیمت برای ساخت قالب نرم است.
طبق دادههای منتشر شده توسط سیستم طبقهبندی موسسه آهن و فولاد آمریکا، فولادهای ابزار بر اساس کاربرد اولیه و روش خاموش کردنشان به هفت خانواده اصلی دستهبندی میشوند: سختکردن در آب (W)، مقاوم در برابر ضربه (S)، کار سرد (O، A، D)، کار گرم (H)، سرعت بالا (T، M)، فولادهای ویژه (L، F) و فولادهای قالب (P). پیشوند هر حرف به متالورژیست یا خریدار چیز خاصی در مورد نحوه رفتار فولاد قبل از اینکه حتی برگه مشخصات را بررسی کند، می گوید.
هفت خانواده فولاد ابزار و آنچه آنها را از هم جدا می کند
هر گرید فولاد ابزار به یکی از خانواده های AISI زیر بازمی گردد. دانستن اینکه یک گرید به کدام خانواده تعلق دارد، در مورد رفتار واقعی آن بیشتر از درصدهای آلیاژ به تنهایی می گوید.
| خانواده | پیشوند | صفت اولیه | استفاده معمولی |
|---|---|---|---|
| آب سخت شدن | W | کربن بالا، سخت شدن کم عمق | ابزار دستی، لبه های برش سبک |
| مقاوم در برابر شوک | S | چقرمگی بالا، سختی متوسط | اسکنه، بیت ابزار پنوماتیک |
| کار سرد | O, A, D | مقاومت در برابر سایش در دمای اتاق | بلانکینگ می میرد، سنج |
| کار داغ | H | سختی بالای 500 درجه سانتیگراد را حفظ می کند | قالب های آهنگری، ابزار اکستروژن |
| سرعت بالا | تی، ام | لبه را در دمای برش نگه می دارد | مته، ابزار تراش |
| هدف ویژه | L، F | کم آلیاژ، قابلیت ماشینکاری | درختچه ها، کلت ها |
| فولاد قالب | P | پولیش پذیری، اعوجاج کم | قالب های تزریق پلاستیک |
رایج ترین گریدهای مشخص شده در خرید صنعتی امروزه می باشد فولاد سرد کار D2 , فولاد گرم کار H13 ، و فولاد پرسرعت M2 . D2 حاوی تقریباً 12٪ کروم و 1.5٪ کربن است که به آن قابلیت سخت شدن هوا و مقاومت سایشی قوی را می دهد. H13 حاوی حدود 5٪ کروم به علاوه مولیبدن و وانادیم است که به آن اجازه می دهد در چرخه حرارتی در کاربردهای ریخته گری و آهنگری بدون ترک باقی بماند.
عناصر آلیاژی که رفتار فولاد ابزار را تعریف می کنند
عملکرد فولاد ابزار یک عدد واحد در برگه داده نیست. این نتیجه ترکیبی از چندین عنصر آلیاژی است که هر کدام اثر مکانیکی خاصی را ایجاد می کنند. درک اینکه هر عنصر واقعاً چه کاری انجام می دهد، حدس و گمان را از مقایسه دو درجه که روی کاغذ شبیه به هم هستند حذف می کند.
کربن
کربن is the primary hardening agent in any tool steel. During quenching, carbon atoms trapped in the iron lattice distort the crystal structure into martensite, which is what gives hardened steel its resistance to indentation. Grades with carbon content above 1.0%, such as D2 at roughly 1.5%, can reach higher peak hardness than low-carbon grades like H13, which sits closer to 0.4% carbon.
کروم
کروم forms hard chromium carbides that resist abrasive wear, and it also improves the steel's ability to harden through thicker sections without a fast quench. High-chromium grades such as D2, with around 12% chromium, are described as air-hardening because the chromium slows the cooling rate needed to form martensite.
وانادیوم
وانادیوم forms extremely hard, fine-grained carbides that resist softening at elevated temperature and refine the steel's grain structure. Even small additions, typically under 1%, measurably improve wear resistance and grain stability during repeated heating cycles, which is why vanadium content is closely controlled in hot-work and high-speed grades.
موlybdenum
موlybdenum raises the temperature at which a tool steel begins to soften, a property directly relevant to hot-work and high-speed grades that operate under continuous frictional or radiant heat. It also reduces the risk of temper embrittlement during the tempering cycle, which matters for parts that undergo multiple reheating passes.
تنگستن
تنگستن performs a similar role to molybdenum in resisting softening at high temperature, but it does so with a denser, more stable carbide structure. Classic high-speed grades such as T1 rely on tungsten as the primary red-hardness contributor, though many modern shops favor molybdenum-based M-series grades for lower raw material cost.
شرکتbalt
شرکتbalt does not form carbides itself, but it strengthens the surrounding steel matrix and allows the existing carbides to remain effective at higher temperatures. Cobalt-bearing grades like M35 and M42 are specified when a high-speed tool must cut abrasive or high-temperature alloys that would rapidly dull a standard M2 edge.
هیچ عنصری به تنهایی کار نمی کند. عملکرد نهایی یک گرید از نسبت بین این عناصر ناشی می شود، به همین دلیل است که دو فولاد با محتوای کروم مشابه می توانند با تنظیم سطوح مولیبدن، وانادیم یا کربن رفتار بسیار متفاوتی از خود نشان دهند.
مشخصات و استانداردهایی که خریداران باید بشناسند
فولاد ابزار با تعداد معدودی از استانداردهای تکرارشونده معامله و گواهی می شود. تشخیص این ارجاعات در گواهی کارخانه یا قیمت عرضه کننده به تأیید این که مواد با درجه مورد نظر مطابقت دارند به جای تکیه بر توضیحات عمومی کمک می کند.
| بدنه استاندارد | سیستم تعیین | آنچه را پوشش می دهد |
|---|---|---|
| AISI | شماره نامه (D2، H13، M2) | خانواده classification by application and hardening method |
| ASTM | A681، A600، A681 | ترکیب شیمیایی و محدودیت های خواص مکانیکی |
| DIN / EN | عددی (1.2379، 1.2344) | نامگذاری مبتنی بر شیمی اروپایی، رایج در ابزارهای وارداتی |
| JIS | SKD، سری SKH | استاندارد صنعتی ژاپنی که اغلب در ابزارهای ریخته گری دایکاست دیده می شود |
یک مرجع متقابل عملی که ارزش یادآوری دارد: AISI D2 نزدیک به DIN 1.2379 و JIS SKD11 مطابقت دارد ، در حالی که AISI H13 مطابق با DIN 1.2344 و JIS SKD61 است . این ارجاعات متقابل هنگام تامین منابع از تامین کنندگان در مناطق مختلف اهمیت دارد، زیرا آلیاژ فیزیکی یکسان اغلب تحت کدهای نامگذاری متفاوت بسته به محل کارخانه ذکر می شود.
یک گواهی آسیاب که ارزش اعتماد دارد، ترکیب شیمیایی واقعی اندازهگیری شده را فهرست میکند، نه فقط نام درجه اسمی، همراه با عدد حرارتی مورد استفاده برای ردیابی. خریدارانی که از فولاد ابزار برای ابزارهای حیاتی استفاده می کنند، باید این گواهی را به جای پذیرش نام درجه به تنهایی درخواست کنند، زیرا شیمی می تواند کمی بین گرمای تولید حتی در همان درجه اسمی تغییر کند.
چگونه فولاد ابزار خواص خود را بدست می آورد: توالی تولید
یک میله فولادی ابزار به سختی کار خود از آسیاب نمی رسد. مراحل متالورژی مشخصی را طی می کند و پرش یا عجله هر یک از آنها عملکرد قسمت نهایی را برای همیشه تغییر می دهد.
- ذوب و آلیاژ شدن - آهن پایه با کروم، وانادیم، تنگستن یا مولیبدن در یک کوره قوس الکتریکی ترکیب میشود تا به شیمی مورد نظر برای درجه برسد.
- آهنگری فولاد یا نورد گرم - شمش تحت فشار کار میشود تا ساختار دانههای ریختهگری شده را بشکند و کاربیدها را تراز کند، که در مقایسه با فولادی که فقط ریختهگری میشود و هرگز آهنگری نمیشود، چقرمگی را بهبود میبخشد.
- آنیلینگ - میله آهنگری به آرامی تا یک حالت نرم و قابل ماشینکاری خنک می شود، بنابراین سازندگان ابزار می توانند هندسه ناهموار را بدون سایش بیش از حد ابزار آسیاب کنند یا بچرخانند.
- سخت شدن (آستنیته و خاموش کننده) - این قطعه از دمای بحرانی تبدیل خود، معمولاً 980 درجه سانتیگراد تا 1050 درجه سانتیگراد بسته به درجه حرارت داده می شود، سپس به سرعت در روغن، هوا یا آب سرد می شود تا در ساختار مارتنزیتی سخت قفل شود.
- معتدل کردن - قسمت سخت شده در یک یا چند سیکل تا دمای پایین تر، اغلب 150 درجه سانتی گراد تا 600 درجه سانتی گراد، دوباره گرم می شود تا استرس داخلی کاهش یابد و چقرمگی کافی برای جلوگیری از ترک های شکننده در سرویس بازیابی شود.
نادیده گرفتن مرحله آهنگری و استفاده فقط از مواد ریختگی یا نورد یک میانبر معمول کاهش هزینه در ابزارآلات درجه پایین است. نتیجه قطعه ای است که در تستر راکول به عدد سختی صحیح می رسد اما در اوایل کار از کار می افتد زیرا توزیع کاربید ناهموار و مستعد ترک است.
پارامترهای عملیات حرارتی: چرا اعداد بر اساس درجه متفاوت هستند
هر خانواده فولاد ابزار دارای دمای سخت شدن، محیط خاموش کردن و محدوده تمپر مخصوص به خود است و استفاده از مجموعه پارامترهای اشتباه یکی از سریعترین راهها برای خراب کردن قطعهای است که بهدرستی ماشینکاری شده است. شکل های زیر منعکس کننده پنجره های عملیات حرارتی رایج منتشر شده توسط دستگاه های حرارتی تجاری است.
| درجه | دمای آستنیته | خاموش کردن متوسط | معتدل کردن Range |
|---|---|---|---|
| O1 | 790-815 درجه سانتیگراد | روغن | 175-260 درجه سانتیگراد |
| A2 | 925-955 درجه سانتیگراد | هوا | 175-540 درجه سانتیگراد |
| D2 | 1000-1030 درجه سانتیگراد | هوا | 150-540 درجه سانتیگراد |
| H13 | 995-1025 درجه سانتیگراد | هوا or salt bath | 540-650 درجه سانتیگراد |
| M2 | 1190-1230 درجه سانتیگراد | روغن, salt, or air | 540-595 درجه سانتی گراد، چند چرخه |
توجه کنید که M2 به دمای آستنیته تقریباً 200 درجه سانتیگراد بالاتر از O1 نیاز دارد زیرا فولادهای پرسرعت به گرمای اضافی نیاز دارند تا کاربیدهای تنگستن و مولیبدن متراکم خود را قبل از خاموش شدن به طور کامل در محلول حل کنند. عملیات حرارتی که یک چرخه O1 به یک قطعه M2 اعمال می کنند، قطعه ای را تولید می کنند که هرگز به سختی مورد نظر خود نمی رسد، صرف نظر از مدت زمانی که در کوره می ماند.
تمپر چند چرخه، مورد استفاده در M2 و سایر گریدهای سرعت بالا، اختیاری نیست. اولین چرخه تلطیف آستنیت باقیمانده را به مارتنزیت تبدیل میکند، که پس از آن نیاز به یک چرخه معتدل دوم برای کاهش تنش ایجاد شده توسط تبدیل دارد. پرش از چرخه دوم بر روی یک درجه با سرعت بالا، مارتنزیت را در ساختار باقی میگذارد که عامل شناخته شده ترکخوردگی در حین کار تحت بارهای برش چرخهای است.
فولاد ابزار در مقابل دیگر دسته بندی های فولادی: جایی که خط کشیده شده است
خریدارانی که تازه وارد خرید فلزات می شوند اغلب فولاد ابزار را با فولاد ضد زنگ یا فولاد سازه اشتباه می گیرند زیرا هر سه کلمه "فولاد" را به اشتراک می گذارند. تمایز به عملکرد مورد نظر مربوط می شود، نه فقط شیمی.
فولاد ابزار در مقابل فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ حول مقاومت در برابر خوردگی فرموله شده است که با حداقل 10.5٪ کروم به دست می آید. فولاد ابزار حول مقاومت سایش و پایداری ابعادی تحت بار فرموله شده است. برخی از گریدهای فولاد ابزار، مانند سری A و D، حاوی کروم کافی برای مقاومت در برابر خوردگی خفیف هستند، اما مقاومت در برابر خوردگی یک عارضه جانبی است، نه هدف طراحی.
فولاد ابزار در مقابل فولاد سازه
فولاد سازه ای مانند A36 یا A572 برای جوش پذیری و استحکام تسلیم قابل پیش بینی در تیرها و قاب ها بهینه شده است. تقریباً هرگز با سختی بالا تحت عملیات حرارتی قرار نمیگیرد، زیرا این امر باعث میشود که برای استفاده در ساختمانسازی شکننده شود. فولاد ابزار برعکس است: به طور عمدی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد تا سخت باشد و اغلب قابلیت جوشکاری را کاملاً قربانی می کند.
فولاد ابزار در مقابل فولاد فنری
فولاد فنری، مانند 1095 یا 5160، تا محدوده سختی خاصی که انعطاف پذیری الاستیک و مقاومت در برابر خستگی را تحت خمش مکرر به حداکثر می رساند، دمیده می شود. فولاد ابزار برای حفظ سختی استاتیکی تحت تماس ساینده یا ضربه ای، نه برای انعطاف پذیری الاستیک، تمپر می شود.
سطوح و پوششهایی که عمر فولاد ابزار را افزایش میدهند
عملیات حرارتی سختی عمده یک قطعه فولادی ابزار را تعیین می کند، اما مهندسی سطح لایه دوم حفاظت را در رابط سایش واقعی اضافه می کند. برای ابزارهای تولید چرخه بالا، پوشش یا عملیات سطحی اغلب به اندازه انتخاب آلیاژ پایه، عمر ابزار را تعیین می کند.
| درمان | سختی سطح اضافه شد | بهترین مناسب برای |
|---|---|---|
| نیتریدینگ | تا 70 معادل HRC | قالب های کار داغ، ابزار اکستروژن |
| پوشش TiN | سختی سطح ~2300 HV | ابزار برش، پانچ |
| پوشش TiCN | سختی سطح ~ 3000 HV | قالب های مهر زنی با سایش بالا |
| پوشش DLC | ضریب اصطکاک کم | ابزارهای شکل دهی، قالب های تماس کشویی |
| اکسید سیاه | حداقل تغییر سختی | فقط محافظت در برابر خوردگی خفیف |
نیتروژن نیتروژن را در دمای پایین به سطح فولاد پخش می کند تا از ایجاد اختلال در سختی هسته به دست آمده در طی عملیات حرارتی اولیه جلوگیری کند، که این امر آن را به ویژه برای قالب های کار داغ H13 که نیاز به سطح سایش سخت دارند بدون اینکه چقرمگی مواد حجیم را به خطر بیندازد، ارزشمند می کند. پوششهای PVD مانند TiN و TiCN پس از آسیاب نهایی اعمال میشوند و یک لایه نازک و بسیار سخت مانند سرامیکی اضافه میکنند که در برابر سایش و سایش چسب در شکلدهی ورق فلز مقاومت میکند.
نکته ای که برای خریداران قابل توجه است: پوشش ها نمی توانند درجه پایه اشتباه را جبران کنند. پانچ O1 با پوشش TiN همچنان در اثر تغییر شکل توده ای تحت باری که از چقرمگی هسته O1 فراتر می رود، از کار می افتد، زیرا پوشش تنها میکرون ضخامت دارد و هیچ یک از بار ساختاری قطعه را تحمل نمی کند. انتخاب پوشش همیشه باید از انتخاب درجه صحیح پیروی کند، نه اینکه جایگزین آن شود.
معیارهای عملکرد: سختی، چقرمگی و محدودیت های حرارتی بر اساس درجه
برگههای مشخصات عملکرد فولاد ابزار را با استفاده از سه عدد تکرارشونده توصیف میکنند: سختی Rockwell C (HRC)، چقرمگی ضربه بر حسب فوت پوند، و سقف دمای سختی قرمز. مقایسه این اعداد در بین گریدهای رایج روشن می کند که چرا یک طراح قالب یک فولاد را بر دیگری انتخاب می کند.
| درجه | سختی کار (HRC) | رتبه بندی سختی | سقف مقاوم در برابر حرارت |
|---|---|---|---|
| O1 | 57-62 | موderate | 175 درجه سانتی گراد |
| A2 | 57-62 | موderate-High | 250 درجه سانتی گراد |
| D2 | 58-62 | کم-متوسط | 425 درجه سانتی گراد |
| H13 | 44-54 | بالا | 540 درجه سانتی گراد |
| M2 | 62-66 | کم | 600 درجه سانتی گراد |
یک قانون مفید که ابزارسازان باتجربه اعمال می کنند: سختی و چقرمگی در جهت مخالف در یک درجه حرکت می کنند . فشار دادن D2 به حداکثر 62 HRC خود از طریق دمای تلطیف پایینتر، عمر سایش را بهبود میبخشد، اما خطر خرد شدن در اثر ضربه را افزایش میدهد. بازگرداندن آن به 58 HRC باعث میشود برخی از عمر سایش با لبههای محکمتری جایگزین شوند. این مبادله، نه یک عدد ثابت، چیزی است که یک متالورژیست در واقع هنگام انتخاب یک برنامه زمانبندی برای یک برنامه قالب خاص تنظیم می کند.
جایی که هر خانواده فولاد ابزار بهترین عملکرد را در تولید واقعی دارد
تطبیق خانواده فولاد با حالت خرابی واقعی که یک ابزار در سرویس تجربه می کند، بزرگترین عامل در طول عمر ابزار است. دسته های زیر الگوهای شکست رایج گزارش شده در عملیات مهر زنی و آهنگری فلزات را منعکس می کنند.
قالب های مهر زنی با حجم بالا
D2 و A2 بر این دسته غالب هستند زیرا مهر زنی ورق فلزی به جای گرما، قالب را از طریق تماس لغزنده ساینده می پوشاند. محتوای بالای کروم کاربید D2 به آن مقاومت قوی در برابر سایش ساینده می دهد و فرآیند سخت شدن هوا، اعوجاج را در قالب های بزرگ و پیچیده به حداقل می رساند.
ابزار فورج داغ و ریخته گری قالب
H13 انتخاب استاندارد در اینجا است زیرا سطح ابزار به طور مکرر با فلز در دمای 700 درجه سانتیگراد یا بالاتر تماس می گیرد. محتوای مولیبدن و وانادیوم H13 به آن اجازه میدهد در برابر نرم شدن در این دماها مقاومت کند، خاصیتی که سختی قرمز نامیده میشود، در حالی که محتوای کربن پایین آن، آن را به اندازه کافی سخت نگه میدارد تا در چرخه شوک حرارتی بدون ترک خوردن زنده بماند.
ابزار برش و مته
فولاد پرسرعت M2 برای متهها، شیرآلات و ابزارآلات ماشین تراش به عنوان درجه اول کار باقی میماند، زیرا سختی لبهای را حفظ میکند، حتی زمانی که اصطکاک نوک ابزار را در حین ماشینکاری گرم میکند. انواع تقویت شده با کبالت مانند M35 تحمل گرما را برای برش آلیاژهای سخت شده یا عجیب و غریب حتی بیشتر می کند.
قالب های تزریق پلاستیک
فولاد قالب P20 به دلیل قابلیت ماشینکاری آن در حالت از پیش سخت شده و توانایی آن برای پرداخت سطحی بالا، که برای قالب گیری قطعات پلاستیکی شفاف یا آرایشی که در آن عیوب سطحی روی قالب مستقیماً به هر قسمت تولید شده منتقل می شود، بسیار مهم است.
قالب سرد و شکل دهی سیم
قالب های سرد، که برای تشکیل سرهای اتصال دهنده و شکل سیم ها از طریق تغییر شکل فشاری خالص استفاده می شود، معمولاً به D2 یا گریدهای سری D با آلیاژ بالاتر تکیه می کنند زیرا این فرآیند فشار موضعی شدیدی را بدون گرمای قابل توجه ایجاد می کند. حالت شکست غالب در اینجا بریدگی در گوشههای داخلی تیز است نه سایش تدریجی، که باعث میشود چقرمگی در محدوده سختی کاری به اندازه عدد مقاومت در برابر سایش در برگه مشخصات مهم باشد.
تیغه های برشی و چاقوهای برش
تیغه های برشی که ورق های فلزی یا سیم پیچ را برش می دهند، بارگذاری ضربه ای را با تماس لغزشی ساینده در لبه برش ترکیب می کنند، که باعث می شود نمرات سری S مقاوم در برابر ضربه یا گریدهای سرد کار سری A سخت تر، نسبت به فولاد سخت تر اما شکننده تر سری D، انتخاب های رایجی باشند. زمین تیغه ای از D2 ممکن است لبه بیشتری را در مواد سبک سنج نگه دارد، اما زمانی که خط با استوک ضخیم تر یا سیم پیچ های آلیاژی سخت تر از آنچه در ابتدا مشخص شده بود، بیشتر مستعد بریدگی است.
سوال فورج: چرا عمر ابزار را بیش از انتظار خریداران تغییر می دهد
یک بلنک فولادی ابزار آهنگری و یک روکش ریختهگری میتوانند گواهیهای شیمیایی یکسانی داشته باشند و همچنان در این زمینه کاملاً متفاوت عمل کنند. تفاوت در ساختار دانه وجود دارد، نه ورق شیمی.
آهنگری فولاد به صورت مکانیکی فلز را فشرده و کار می کند، که تخلخل داخلی باقی مانده از ریخته گری را می بندد و جریان دانه را در امتداد محور باربر قطعه تراز می کند. برای قالب یا پانچ که ضربه های مکرر می شود، این تراز دانه ها چیزی است که از ایجاد ترک های خستگی در حفره های داخلی جلوگیری می کند. داده های صنعت در مورد قطعات فولادی ابزار آهنگری در مقابل ریخته گری به طور مداوم نشان می دهد که قطعات آهنگری فواصل سرویس طولانی تری را تحت بارگیری چرخه ای به دست می آورند، به همین دلیل است که اکثر مجموعه های قالب برتر، قطعات فورج شده را مشخص می کنند، حتی اگر قیمت آنها در هر واحد بیشتر از معادل های ریخته گری یا نورد شده باشد.
برای خریدارانی که قیمتهای عرضهکننده را ارزیابی میکنند، بپرسند که آیا این ماده فورج شده، نورد گرم یا ریختهگری شده است، یکی از مفیدترین سؤالات موجود است، زیرا پاسخ مستقیماً با عمر مورد انتظار ابزار مرتبط است حتی زمانی که درجه آلیاژ روی کاغذ یکسان است.
حالت های رایج شکست فولاد ابزار و علل ریشه ای آنها
اکثر خرابی های فولاد ابزار در تعداد کمی از الگوهای قابل تشخیص قرار می گیرند. شناسایی الگوی رخ داده سریعترین راه برای تشخیص اینکه آیا مشکل انتخاب درجه، عملیات حرارتی یا شرایط عملیاتی بوده است.
سایش ساینده
از دست دادن تدریجی دقت ابعادی در امتداد سطح کار، قابل مشاهده به صورت لبه های گرد یا یک صفحه تماس کسل کننده و خراشیده. علت اصلی معمولاً محتوای کاربید ناکافی برای ساینده بودن مواد در حال پردازش یا پوششی است که به فولاد پایه ساییده شده است.
براده برداری
قطعات کوچکی که از لبه برش یا گوشه جدا می شوند، معمولاً در هنگام راه اندازی یا زمانی که مواد خارجی وارد قالب می شوند. علت اصلی اغلب سختی است که برای چقرمگی مورد نیاز برنامه بسیار بالا تنظیم شده است، یا چرخه تمپر که باعث می شود قطعه شکننده تر از درجه قابل تحمل باشد.
بررسی گرما
شبکهای از ترکهای سطحی ریز شبیه گل خشک شده که در ابزارهای ریختهگری داغ و ریختهگری رایج است. علت اصلی، چرخه حرارتی مکرر بین تماس فلز داغ و خنکسازی است که سطح را سریعتر از هسته خسته میکند و زمانی که جریان خنککننده در سطح قالب ناهموار باشد، تسریع میشود.
تغییر شکل پلاستیک
خم شدن، رشد قارچی یا مسطح شدن لبه کار تحت بار، به جای ترک خوردن، قابل مشاهده است. علت اصلی معمولاً درجه ای با سختی حجمی کافی برای فشار اعمال شده یا قطعه ای است که به دلیل مشکل کالیبراسیون کوره هرگز به درستی سخت نشده است.
گالینگ و سایش چسب
مواد از قطعه کار بر روی سطح ابزار منتقل میشود و تجمعی ایجاد میکند که سطح را در قسمتهای بعدی تخریب میکند. علت اصلی معمولاً سختی سطح یا روانکاری ناکافی نسبت به مواد قطعه کار است و یکی از حالت های خرابی است که پوشش های PVD به طور موثر به آن رسیدگی می کنند.
عوامل هزینه که قیمت گذاری فولاد ابزار را افزایش می دهد
قیمت فولاد ابزار در هر کیلوگرم بسیار بیشتر از فولاد سازه ای متفاوت است زیرا محتوای آلیاژ، مسیر پردازش و فاکتور شکل همگی قیمت را به طور مستقل تغییر می دهند. درک اینکه کدام عامل باعث ایجاد قیمت می شود به خریداران کمک می کند تا ارزیابی کنند که آیا تفاوت قیمت بین تامین کنندگان منعکس کننده تنوع کیفیت واقعی است یا صرفاً یک مسیر تولید متفاوت.
| شرکتst Driver | تاثیر معمولی | چرا اهمیت دارد |
|---|---|---|
| محتوای آلیاژی | بالا | تنگستن, molybdenum, and cobalt are priced on volatile global commodity markets |
| جعلی در مقابل بازیگران/نورد | موderate-High | آهنگری زمان پرس و انرژی را اضافه می کند، اما ساختار دانه را بهبود می بخشد |
| اندازه و فرم میله | موderate | مقاطع بزرگتر و انبارهای مسطح پیش از زمین، حق بیمه را بیش از میله گرد دارند |
| خدمات عملیات حرارتی | موderate | سخت شدن خلاء و تلطیف چند چرخه ای بیشتر از چرخه های اصلی کوره است |
| صدور گواهینامه و قابلیت ردیابی | کم-متوسط | گواهینامه های کارخانه کامل با اعداد حرارتی هزینه اداری را اضافه می کنند اما خطر را کاهش می دهند |
قیمتهای تنگستن و کبالت بهویژه ناپایدار هستند، زیرا هر دو فلز بهشدت به تعداد کمی از کشورهای تولیدکننده وابسته هستند، به این معنی که گریدهای فولادی پرسرعت مانند M2 و M35 میتوانند در طول یک سال معین نوسانات قیمتی قابلتوجهی نسبت به گریدهای سردکاری مبتنی بر کروم مانند D2 یا A2 داشته باشند. خریدارانی که برنامههای ابزارسازی بزرگی را در مورد گریدهای پرسرعت برنامهریزی میکنند، گاهی اوقات قیمت مواد را قبل از تولید به طور خاص برای مدیریت این نوسانات قفل میکنند.
هنگام مقایسه قیمتها از تامینکنندگان مختلف برای چیزی که به نظر میرسد همان درجه باشد، رایجترین منبع قیمت غیرمعمول پایین، جایگزینی ذخایر نورد یا ریختهگری به جای ذخایر آهنگری، یا کاهش تعداد چرخههای تعدیل اعمال شده در طول عملیات حرارتی است. هر دو میانبر قطعهای را تولید میکنند که از بررسی سختی اولیه عبور میکند اما عمر مفید مورد انتظار کمتری دارد.
چارچوبی عملی برای انتخاب فولاد ابزار مناسب
انتخاب درجه فولاد ابزار به جای اینکه از درجه مورد علاقه شروع کنید و به عقب کار کنید به چهار سوال به ترتیب پاسخ داده می شود.
- حالت شکست غالب چیست؟ سایش ساینده به سمت گریدهای سرد کار با کروم بالا مانند D2 می شود. بارگذاری ضربه به سمت درجات S مقاوم در برابر شوک اشاره می کند. قرار گرفتن در معرض گرما به درجه های کار داغ سری H اشاره می کند.
- محدوده دمای عملیاتی چقدر است؟ هر چیزی که به طور مداوم بالای 300 درجه سانتیگراد کار می کند، اکثر نمرات کار سرد را بدون توجه به اعداد سختی دمای اتاق آنها حذف می کند.
- هندسه قطعه چقدر پیچیده است؟ هندسههای پیچیده با مقاطع نازک به درجههای سختکننده هوا کمک میکنند، زیرا در هنگام خاموش کردن کمتر از درجههای سختکننده آب یا روغن اعوجاج میشوند.
- چه مراحل ماشینکاری و تکمیل به دنبال عملیات حرارتی است؟ نمرات در نظر گرفته شده برای سنگ زنی تا یک سطح خوب، مانند D2، باید با در نظر گرفتن محدودیت های سنگ زنی مشخص شود، زیرا حرکت ابعادی پس از سخت شدن بر اساس درجه متفاوت است.
بررسی این چهار سوال قبل از درخواست قیمت از رایجترین و گرانترین اشتباه در تهیه ابزار جلوگیری میکند: سفارش درجهای که با مشخصات سختی روی کاغذ مطابقت داشته باشد، اما در برابر مکانیزم سایش واقعی قطعه در سرویسدهی با شکست مواجه شود.
سوالات متداول در مورد فولاد ابزار
چه چیزی باعث می شود که یک فولاد به جای یک فولاد آلیاژی معمولی به "فولاد ابزار" تبدیل شود؟
طبقه بندی به استفاده و پردازش مورد نظر بستگی دارد، نه فقط شیمی. فولاد زمانی که به طور خاص برای حفظ سختی، هندسه لبه و مقاومت در برابر سایش در حین شکل دادن یا برش مواد دیگر فرموله شده و تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد، به جای اینکه به عنوان یک عضو ساختاری باربر استفاده شود، فولاد ابزار در نظر گرفته می شود.
آیا فولاد ابزار را می توان جوش داد؟
برخی از گریدها را میتوان با عملیات حرارتی پیشگرم و پس از جوشکاری جوش داد، اما معمولاً از این کار در ابزارهای تمامشده و سخت شده اجتناب میشود، زیرا گرمای ناشی از جوشکاری بهطور موضعی، ناحیه را دوباره نرم میکند یا دوباره سفت میکند و منطقهای شکننده و مستعد ترکخوردگی ایجاد میکند. تعمیرات معمولاً قبل از سخت شدن نهایی در صورت امکان انجام می شود.
چرا قیمت فولاد ابزار آهنگری بیشتر از فولاد ابزار نورد یا ریخته گری است؟
آهنگری فولاد به انرژی اضافی، تجهیزات پرس تخصصی و زمان پردازش بیشتری نیاز دارد تا به صورت مکانیکی بیلت شکل بگیرد. هزینه اضافه شده منعکس کننده ساختار دانه بهبود یافته و کاهش تخلخل داخلی است که به طور مستقیم عمر سرویس را در کاربردهای با چرخه بالا افزایش می دهد.
تفاوت بین فولاد ابزار سخت کننده هوا و سخت کننده روغن چیست؟
نمرات سختکننده هوا، مانند A2 و D2، پس از آستنیته کردن در هوای ساکن به سختی کامل میرسند، که تاب برداشتن در اشکال پیچیده را به حداقل میرساند. نمرات سختکننده روغن در حمام کوئنچ روغن سریعتر سرد میشوند و سختی سریعتر به دست میآیند اما خطر اعوجاج بیشتری در بخشهای نازک یا پیچیده وجود دارد.
یک قالب فولادی ابزار که به درستی انتخاب شده است معمولا چقدر دوام می آورد؟
عمر مفید بسته به کاربرد بسیار متفاوت است، اما یک قالب مهر زنی D2 که به درستی منطبق است در ورق فلزی با حجم متوسط، معمولاً صدها هزار ضربه را پیش از نیاز به تیز کردن مجدد انجام می دهد، در حالی که درجه ناهماهنگ در شرایط مشابه می تواند در کسری کوچک از تعداد چرخه از بین برود.
آیا سختی بالاتر همیشه به معنای عملکرد بهتر ابزار است؟
خیر. سختی و چقرمگی در هر گرید فولادی ابزار با یکدیگر عوض می شوند. فشار دادن سختی به حداکثر، مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد اما شکنندگی را افزایش می دهد که می تواند باعث خرد شدن زیر بارهای ضربه ای شود. هدف سختی صحیح به این بستگی دارد که تنش غالب بر ابزار سایش ساینده یا ضربه مکانیکی باشد.
تفاوت فولاد ابزار گرم کار و سرد کار چیست؟
فولادهای ابزار سرد کار برای کاربردهایی در دمای اتاق مانند قالبهای خالی کردن و مهر زنی طراحی شدهاند که مقاومت در برابر سایش در برابر تماس لغزشی ساینده اولویت است. فولادهای ابزار کار گرم، که با پیشوند H مشخص می شوند، برای حفظ سختی و مقاومت در برابر خستگی حرارتی زمانی که سطح ابزار به طور مکرر با فلز گرم شده تا چند صد درجه تماس پیدا می کند، مانند آهنگری و ریخته گری، فرموله می شوند.
آیا می توان درجه فولاد ابزار را با جایگزین ارزان تری بدون کاهش عملکرد جایگزین کرد؟
گاهی اوقات، اما فقط زمانی که درجه جایگزین با حالت شکست غالب نسخه اصلی مطابقت داشته باشد. جایگزینی O1 به جای A2 در کاربردهای کم حجم با هندسه ساده ممکن است قابل قبول باشد، زیرا هر دو سختی مشابهی دارند، اما جایگزینی O1 به جای D2 در کاربرد مهر زنی ساینده با حجم بالا معمولاً عمر ابزار را به طور قابل توجهی کاهش می دهد زیرا O1 فاقد محتوای کروم کاربید مورد نیاز برای مقاومت در برابر سایش پایدار است.
فولاد ابزار معمولاً چگونه به ماشینفروشی یا قالبساز عرضه میشود؟
فولاد ابزار معمولاً به صورت میله گرد آنیل شده، میله مسطح یا استوک تخت پیش آسیاب شده، همه در شرایط نرم و قابل ماشین کاری عرضه می شود. خریدار یا یک عملیات حرارتی قراردادی، پس از اینکه قطعه به شکل هندسی خشن یا نزدیک به نهایی ماشینکاری شد، چرخه سخت شدن و تلطیف را انجام می دهد، زیرا ماشینکاری فولاد ابزار سخت شده به طور مستقیم کند است و باعث سایش بیش از حد ابزار در تجهیزات برش می شود.
چرا برخی از قطعات فولادی ابزار در حین عملیات حرارتی به جای اینکه پس از سال ها استفاده ترک کنند، ترک می خورند؟
ترک خوردن در حین خاموش کردن سخت شدن، و نه در حین سرویس، معمولاً به شوک حرارتی ناشی از سرعت خنکسازی خیلی سریع نسبت به ضخامت و هندسه قطعه قطعه، گوشههای داخلی تیز که تنش را متمرکز میکند، یا پیش گرمکردن ناکافی قبل از مرحله نهایی آستنیته کردن اشاره دارد. اینها به جای مسائل انتخاب آلیاژ، مسائل مربوط به فرآیند عملیات حرارتی هستند و معمولاً به جای قطعات جدا شده، روی یک دسته تأثیر می گذارند.
آیا فولاد ابزار مغناطیسی است؟
بیشتر گریدهای فولاد ابزار در حالت سخت شده و مارتنزیتی مغناطیسی هستند زیرا مارتنزیت خواص فرومغناطیسی شبکه آهن زیرین را حفظ می کند. تعداد کمی از گریدهای تخصصی با محتوای آستنیت حفظ شده بسیار بالا می توانند پاسخ مغناطیسی کاهش یافته را نشان دهند، اما این در گریدهای تجاری استاندارد مانند O1، A2، D2، H13 یا M2 غیر معمول است.
