۱۴۰۳ ۰۶ ۳۱
۰ دیدگاه
6 دقیقه
نویسنده: کیمیا حسینی
معرفی انواع فولاد ابزار
کاربردهای انواع فولادهای ابزار در صنایع مختلف
ویژگیهای فولاد ابزاری
روش تولید فولاد ابزار
عملیات حرارتی فولاد ابزاری
ماشینکاری فولاد ابزار
فرق فولاد ابزار و فولاد کربنی
فولاد ابزار را از کجا تهیه کنیم؟
سوالات متداول
مطلب مفیدی بود
چاپ مطلب
اشتراک گذاری مطلب
فولاد ابزار، دارای ویژگیهای خیلی خوبی است. از ابزارآلات برش و قالبهای شکلدهی فلزات گرفته تا تجهیزات پزشکی و تجهیزات حفاری، نقش مهمی در ساخت طیف وسیعی از قطعات با کیفیت ایفا میکند.
قابلیت حفظ سختی در دماهای بالا باعث میشود تا ابزارهای ساخته شده از فولاد ابزار، در شرایط کاری سخت و با وجود گرمای زیاد، عملکرد مناسب و دقت خود را حفظ کنند. برای مثال، در فرآیند ماشینکاری با سرعت بالا، گرمای زیادی در نقطه تماس ابزار با قطعه کار ایجاد میشود. این مدل فولاد با مقاومت در برابر این گرما، از تغییر شکل و افت کیفیت ابزار جلوگیری میکند.
علاوهبر مقاومت حرارتی، فولاد ابزار باید از مقاومت به خستگی و ضربه خوبی نیز برخوردار باشد. در بسیاری از کاربردها، ابزار در معرض بارگذاری تکراری و ضربات ناگهانی قرار میگیرد. این فولاد با داشتن مقاومت به خستگی بالا، در برابر ترک خوردگی و شکست ناگهانی مقاومت کرده و طول عمر ابزار را افزایش میدهد. همچنین، مقاومت به ضربه بالا، به ابزار اجازه میدهد تا در برابر ضربات ناگهانی و بارهای سنگین مقاومت کرده و از شکستگی جلوگیری شود.
فولادهای ابزار، به واسطه کاربردهای گسترده در صنعت، در انواع مختلفی تولید میشوند تا پاسخگوی نیازهای متنوع ابزارسازی باشند. این تنوع در ترکیب شیمیایی، عملیات حرارتی و ویژگیهای مکانیکی، منجر به ایجاد دستهبندیهای مختلفی از فولادهای ابزار شده است که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند.
یکی از مهمترین دستهبندیهای فولادهای ابزار، دستهبندی سردکار و گرمکار است. فولادهای ابزار سردکار، برای عملیاتی مناسب هستند که در آنها دمای قطعه کار در حین برش نسبتاً پایین باقی میماند. این فولادها بهدلیل داشتن میزان کربن و عناصر آلیاژی خاص، مقاومت بسیار خوبی در دماهای پایین از خود نشان میدهند. فولادهای ابزار سردکار خود به دستههای کوچکتری از جمله موارد زیر تقسیم میشوند:
این دسته از فولادها بهدلیل سخت شدن در روغن، دارای مقاومت فوقالعادهای هستند. همچنین، بهدلیل سرعت کمتر سرد شدن در روغن، احتمال ایجاد ترک در آنها نسبت به آبدهی در آب کمتر است. فولاد ابزار سردکار آبدهی شده در روغن برای ساخت ابزارهایی مانند قالبهای برش، پانچها، قیچیها و تیغههای برش مناسب است.
فولادهای سردکار آبدهی شده در هوا، پس از عملیات حرارتی، تغییر ابعاد بیشتری نسبت به فولادهای آبدهی شده در روغن از خود نشان میدهند. این ویژگی، آنها را برای ساخت قالبها و قطعاتی که چقرمگی در آنها اهمیت بیشتری نسبت به مقاومت سایشی دارد، مناسب میسازد.
این دسته از فولادها با داشتن میزان بالای کربن و کروم، مقاومت به سایش و خوردگی بسیار خوبی دارند. با این حال، بهدلیل ترد بودن در سرعتهای برش بالا، کاربرد آنها محدود به عملیات برش با سرعت پایین است.
نکته: انتخاب نوع مناسب فولاد ابزار سردکار بستگی به نوع کاربرد، شرایط کاری و خواص مکانیکی مورد نیاز دارد. همچنین، این موارد روی قیمت فولاد سردکار نیز اثر مستقیم خواهد داشت.
فولادهای ابزار گرمکار را میتوان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
این فولادها برای عملیاتهایی که با تغییرات دمایی شدید همراه هستند، مانند قالبهای دایکاست و اکستروژن گرم، مناسب هستند.
این دسته از فولادها پس از عملیات حرارتی سختی بالایی پیدا میکنند و برای ساخت ابزارهایی مانند قالبهای فورج و قیچیهای گرم مورد استفاده قرار میگیرند.
اگرچه هر دو نوع فولاد برای ساخت ابزار مورد استفاده قرار میگیرند، اما تفاوتهای مهمی با یکدیگر دارند، تنها برخی از تفاوتهای فولاد گرمکار و سردکار عبارتند از:
فولادهای تندبر، دستهای از فولادهای ابزار با مقاومت بالا در برابر حرارت هستند. این ویژگیها، آنها را به گزینهای مناسب برای ساخت ابزارهای برشی که در سرعتهای بالا و دماهای زیاد کار میکنند، تبدیل کرده است. وجه تمایز فولادهای تندبر با سایر فولادهای ابزار، حفظ سختی آنها حتی در دماهای بالا (تا حدود 600 درجه سانتیگراد) است. این ویژگی به لطف وجود عنصر تنگستن در ساختار آنها حاصل میشود.
فولادهای تندبر بهطور کلی به دو دسته تقسیم میشوند:
فولادهای تندبر معمولی، حاوی مقادیر بالایی از تنگستن (حدود 18%) و مولیبدن (حدود 1%) هستند و برای ساخت ابزارهایی مانند مته، تیغه اره، فرز و ابزار تراشکاری استفاده میشوند.
فولادهای تندبر با عملکرد بهتر، علاوهبر تنگستن و مولیبدن، حاوی مقادیر کمی از عناصر دیگر مانند کبالت، وانادیوم و نیوبیوم نیز هستند. این عناصر باعث افزایش مقاومت به سایش و مقاومت در برابر حرارت فولاد میشوند. فولادهای تندبر برای ساخت ابزارهایی که در شرایط سختتر مانند سرعتهای بالا و مواد سختتر استفاده میشوند، مناسب هستند. این فولادها برای رسیدن به خواص مطلوب خود، نیاز به عملیات حرارتی دقیق و کنترل شده دارند.
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، ابزارها در معرض ضربات مکرر و شدید قرار میگیرند. فولاد ابزار مقاوم به شوک، مقاومت بالایی در برابر این ضربات از خود نشان میدهد. این فولاد با چقرمگی بالا و مقاومت سایشی مناسب، در ساخت ابزارهایی که دچار ضربات شدید میشوند، مانند چکشهای ضربهای، تیغههای قیچی گرم و متههای حفاری سنگین، به کار میرود.
در میان انواع فولادهای آلیاژی، فولاد ابزار کربنی با سادگی و قیمت مناسب خود جایگاه خوبی را به خود اختصاص داده است. این فولاد با درصد متغیر کربن (0.5 تا 1.5 درصد)، سختی قابل قبولی را ارائه میدهد و برای کاربردهای روزمره و ابزارهای برشی ساده مانند چاقو، چنگال، تیغههای برش و ابزارهای دستی مناسب است. هرچند مقاومت این فولاد در برابر حرارت نسبت به سایر انواع کمتر است و در دماهای بالا سختی خود را از دست میدهد، اما بهدلیل قیمت مناسب و سهولت ماشینکاری، همچنان در صنایع مختلف کاربرد دارد.
قالبها، ابزارهایی هستند که برای شکلدهی به مواد مختلف مانند پلاستیک، فلزات و کامپوزیتها استفاده میشوند. فولادهای ابزار قالب، با داشتن دقت ابعادی بالا و مقاومت، برای ساخت این قالبها بسیار مناسب هستند. این فولادها با میزان کربن و عناصر آلیاژی کنترل شده و افزودن عناصری مانند نیکل و کروم، برای ساخت قالبهای فشاری و تزریقی مورد استفاده قرار میگیرند. فولادهای ابزار قالب با کربن کمتر، انعطافپذیری بیشتری دارند و برای قالبهای فشاری که نیاز به شکلپذیری بالا دارند، مناسبترند. در مقابل، فولادهای ابزار قالب با کربن بیشتر، مقاومت بالاتری داشته و در قالبهای تزریقی که در معرض سایش و حرارت بالا هستند، کاربرد دارند.
در برخی از کاربردها، نیاز به ابزارهایی با سختی و مقاومت بسیار بالا نیست و میتوان از فولادهای ابزار سادهتر و ارزانتر استفاده کرد. فولادهای ابزار سختشونده در آب، با وجود قیمت پایینتر نسبت به سایر انواع، عملکرد قابل قبولی را در کاربردهای ساده ارائه میدهند. این فولادها که عموما از جنس استیل هستند، برای سختکاری به آب نیاز دارند و در دماها و فشارهای بالا مقاومت کافی ندارند. با این حال، برای ساخت ابزارهای برشی ساده مانند قیچی، تیغههای برش کاغذ، ابزارهای باغبانی و کاربردهای دمدستی که نیاز به دقت و مقاومت بسیار بالا ندارند، گزینهای اقتصادی محسوب میشوند.
فولاد ابزار، برای برش، شکلدهی و ساخت محصولات مختلف مورد استفاده قرار میگیرد و دامنه وسیعی از کاربردها را از ابزارهای پزشکی گرفته تا تجهیزات سنگین معدنکاری شامل میشود.
تولید محصولات با شکل و ابعاد دقیق، یکی از چالشهای مهم در صنایع مختلف است. فولادهای ابزار، با داشتن استحکام بالا، در ساخت قالبها و دوزههای مورد استفاده در صنایع تزریق پلاستیک، دایکاست و فورج بسیار موفق عمل کردهاند. این قالبها با تحمل فشار و حرارت بالا، محصولاتی با کیفیت سطح مناسب تولید میکنند.
در صنعت فلزکاری، شکلدهی فلزات به شکل مورد نظر با استفاده از ابزارهای خاصی انجام میشود. فولادهای ابزار، با داشتن استحکام و مقاومت، در ساخت ابزارهای فرمینگ مانند ابزار و قطعات ترمز فشار، رول فرمینگ و مهرزنی مورد استفاده قرار میگیرند. این ابزارها با اعمال فشار و نیروی لازم، فلزات را به شکل مورد نظر تبدیل میکنند.
در صنایع مختلف، برش و شکلدهی مواد اولیه از مراحل مهم تولید محصولات بهشمار میرود. فولادهای ابزار، گزینه مناسبی برای ساخت ابزارهای برشی مانند دریل، کاتر، اره، تیغههای برش و ابزارهای تراشکاری هستند. این ابزارها با دقت و سرعت بالا مواد مختلف را برش میدهند و در عین حال در برابر سایش و شکست مقاومت خوبی از خود نشان میدهند.
کاربرد فولادهای ابزار تنها به صنایع سنگین محدود نمیشود. در صنایع ظریفتر مانند نجاری نیز از این فولادها برای ساخت ابزارهایی مانند مغار، چاقو و اره استفاده میشود. سختی و مقاومت به سایش این فولادها باعث میشود تا لبههای تیز و برنده ابزار برای مدت طولانیتری حفظ شود. همچنین در صنعت معدنکاری و ساختمانسازی نیز از فولادهای ابزار برای ساخت ابزار و تجهیزات مقاوم در برابر ضربه مانند متههای حفاری، کلنگ و بیل مکانیکی استفاده میشود.
از ویژگیهای این مدل فولادها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
یکی از ویژگیهای فولاد ابزار، سختی فوقالعاده آن است. این سختی که از طریق عملیات حرارتی کنترل شده مانند سختکاری و تمپر کردن حاصل میشود، به این مدل فولاد توانایی مقاومت در برابر نیروهای برشی و فشاری بالا را میدهد. به همین دلیل، این فولاد در ساخت ابزارهای برشی مانند دریل، تیغه اره، کاتر و ابزارهای تراشکاری که در معرض نیروهای برشی شدید قرار دارند، بسیار مورد استفاده قرار میگیرد.
علاوهبر سختی، فولاد ابزاری از مقاومت بالایی در برابر سایش و خوردگی نیز برخوردار است. این ویژگی به لطف وجود عناصر آلیاژی مانند کروم، وانادیوم و تنگستن در ترکیب آن حاصل میشود. این عناصر با تشکیل یک لایه سطحی مقاوم، از نفوذ عوامل خورنده و ساینده به داخل ساختار فولاد جلوگیری میکنند. بههمین دلیل، فولاد ابزار در محیطهای کاری سخت و در معرض مواد ساینده، مانند صنایع معدنکاری، حفاری و قالبسازی، عملکرد بسیار خوبی از خود نشان میدهد.
استحکام بالا، یکی دیگر از ویژگیهای مهم انواع فولاد ابزار است که آن را برای کاربردهای سنگین مناسب میسازد. این فولاد قادر است فشار، تنش و ضربات شدید را بدون شکستگی و تغییر شکل دائمی تحمل کند. این ویژگی در ساخت ابزارهایی مانند چکش، انبر، قالبهای فورج و ابزارهای حفاری که در معرض ضربات و فشارهای زیاد قرار دارند، بسیار پراهمیت است.
این مدل فولاد، برای رسیدن به ویژگیهای منحصربهفرد خود به عملیات حرارتی نیاز دارد. در هر مرحله از این فرآیند، کنترل دقیق دما، زمان و سایر پارامترها برای دستیابی به خواص مطلوب ضروری است. تولید انواع فولاد ابزار با کمترین میزان ناخالصی، یکی از چالشهای مهم در این زمینه است.
کورههای القایی فورج، با استفاده از انرژی الکتریکی و ایجاد جریان القایی، گرمای لازم برای ذوب فلزات را فراهم میکنند. این روش بهدلیل عدم تماس مستقیم فلز با منبع حرارت، باعث کاهش ناخالصیها و تولید فولادی با کیفیت بالا میشود. علاوهبراین، کنترل دقیق دما و یکنواختی حرارت در این کورهها، از مزایای دیگر آنها بهشمار میرود.
در کنار کورههای القایی، کورههای قوس الکتریکی نیز نقش مهمی را در تولید فولادهای ابزار با کیفیت ایفا میکنند. این کورهها با ایجاد قوس الکتریکی بین الکترودها و فلز، گرمای لازم برای ذوب را فراهم میکنند. کنترل شکل قوس و عملیات سطحی ویژه در این کورهها، از ایجاد عیوب داخلی و سطحی در فولاد جلوگیری کرده و خطر ایجاد ترک را به حداقل میرساند.
بعد از تولید شمش فولاد ابزار، نوبت به عملیات حرارتی میرسد تا خواص مکانیکی مورد نیاز در آن ایجاد شود. این عملیات شامل مراحل مختلفی مانند آنیلینگ، سختکاری و تمپرکردن است. هر مرحله برای هر دسته از فولاد متفاوت است. برای مثال این عملیات برای فولاد گرمکار نسبت به فولاد سمانتاسیون متفاوت است.
آنیلینگ، فرآیندی است که در آن فولاد تا دمای بالا گرم شده و سپس به آرامی سرد میشود. این مرحله، باعث کاهش سختی و افزایش انعطافپذیری فولاد میشود. سختکاری، مرحلهای است که در آن فولاد تا دمای بالا گرم شده و سپس به سرعت در آب یا روغن سرد میشود. تمپرکردن، فرآیندی است که در آن فولاد سخت شده تا دمای پایینتر از دمای سختکاری گرم شده و سپس به آرامی سرد میشود. این فرآیند، باعث کاهش شکنندگی و افزایش چقرمگی فولاد میشود.
کنترل دقیق دما و زمان در هر مرحله از عملیات حرارتی، برای جلوگیری از ایجاد تنشهای داخلی و عیوب مانند ترک و تغییر شکل بسیار مهم است. همچنین، سرد کردن کنترل شده فولاد پس از عملیات حرارتی، نقش مهمی در حفظ خواص مکانیکی مطلوب دارد.
فولاد ابزار، با مقاومت بالایی که دارد، در برابر ماشینکاری چالشهایی را ایجاد میکند. اما با رعایت نکات فنی و استفاده از ابزار و روشهای مناسب، میتوان به دقت و کیفیت مطلوب در ماشینکاری این فولاد دست یافت.
انتخاب ابزار برش مناسب، اولین و مهمترین گام در ماشینکاری این مدل فولاد است. استفاده از ابزارهای برش معمولی باعث سایش سریع و کاهش دقت آن میشود. ابزارهای برش کاربیدی با پوششهای مقاوم در برابر سایش، مانند پوششهای تیتانیوم نیترید (TiN) و تیتانیوم آلومینیوم نیترید (TiAlN)، بهخاطر مقاومت حرارتی بالا، گزینه مناسبی برای ماشینکاری این فولاد ابزار هستند. همچنین، استفاده از ابزارهای برش با زاویه تیز و لبههای برنده صاف، به کاهش نیروی برش و حرارت تولید شده کمک میکند.
تعیین سرعت برش مناسب، نقش مهمی در کیفیت سطح و عمر ابزار برش دارد. سرعت برش بسیار بالا باعث افزایش حرارت و سایش سریع ابزار شده و از طرف دیگر، سرعت برش بسیار پایین نیز باعث افزایش نیروی برش و ایجاد تنش در قطعه کار میشود. برای تعیین سرعت برش مناسب، علاوه بر جنس و سختی فولاد ابزار، باید به نوع عملیات ماشینکاری، ابعاد قطعه کار و مشخصات ابزار برش نیز توجه کرد.
در حین ماشینکاری فولاد ابزار، حرارت زیادی در ناحیه برش تولید میشود که در صورت عدم کنترل مناسب، باعث کاهش عمر ابزار برش، تغییر شکل قطعه کار و کاهش کیفیت سطح میشود. استفاده از سیستمهای خنککاری مناسب، مانند سیستمهای جت مایع و اسپری هوای فشرده، به کاهش حرارت و روانکاری ناحیه برش کمک میکند. انتخاب مایع خنککننده مناسب نیز بستگی به نوع عملیات ماشینکاری، جنس ابزار برش و سرعت برش دارد.
فولاد ابزار و فولاد کربنی، هر دو از جمله پرکاربردترین مواد در صنعت هستند. اما تفاوت در ترکیبات آلیاژی آنها منجر به ایجاد ویژگیهای متمایزی شده است که کاربرد هر یک را در زمینههای خاصی مناسب میسازد.
فولاد ابزاری، دارای عناصر آلیاژی مانند تنگستن، مولیبدن، وانادیوم و کبالت است. در مقابل، فولاد کربنی بیشتر از آهن و کربن تشکیل شده و تنها حاوی مقادیر کمی از سایر عناصر آلیاژی است. این سادگی در ترکیب، فولاد کربنی را به مادهای مقرون به صرفهتر برای کاربردهای عمومیتر تبدیل میکند.
همانطور که پیشتر اشاره کردیم، سختی، یکی از ویژگیهای فولاد ابزار است که آن را برای ساخت ابزارهای برشی و قالبهای تحت فشار مناسب میسازد. اما این خصوصیت اغلب با کاهش چقرمگی همراه است و فولاد ابزاری را نسبت به ضربه و شکست حساستر میکند. در مقابل، فولاد کربنی با وجود سختی کمتر، چقرمگی و مقاومت به ضربه بالاتری دارد و در ساخت قطعاتی که در معرض ضربه و تنشهای متناوب قرار دارند، مانند چرخدندهها و زنجیرها، مورد استفاده قرار میگیرد.
فولاد ابزار، در ساخت ابزارهای برشی، قالبهای تزریق پلاستیک و فلزات و سایر ابزارهایی که نیاز به حفظ لبههای تیز و مقاومت دارند، مورد استفاده قرار میگیرد. در مقابل، فولاد کربنی بهدلیل قیمت مناسبتر، قابلیت جوشکاری خوب و خواص مکانیکی قابل قبول، در ساخت قطعات سازههای فلزی، لولهها، پروفیلها و ورقهای فولادی کاربرد گستردهای دارد.
شما میتوانید برای تهیه یا استعلام قیمت فولاد ابزار با کارشناسان ما تماس بگیرید. همچنین، میتوانید قیمتهای بهروز فولاد را در سایت نیز مشاهده کنید.
بخش های مرتبط:
۰نظر ارسال شده است
نظر خود را در مورد مطلب فولاد ابزار چیست؟ انواع + کاربردهای آن بنویسید