فولاد ابزار چیست و چه کاربردی دارد؟
21 اسفند‌ماه 1401 | 14:00
نویسنده: mahdefoolad
زمان مورد نیاز برای مطالعه: 5 دقیقه
فولاد ابزار دسته‌ای از فولادهای کربنی و آلیاژی است که برای ساخت ابزار و قالب مناسب است. این فولاد دارای خواصی مانند سختی، مقاوم به سایش و تغییر شکل، دفورمه‌شدن و قابلیت حفظ لبه برشدهنده در دماهای بالا است. انتخاب فولاد ابزار به کاربرد ابزار وابسته است. این ابزار با ترکیبات و گریدهای متفاوتی ساخته می‌شود که در جاهای مختلف از آن استفاده می‌شود.
علاوه‌بر کاربرد ابزار، انتخاب این فولاد به عوامل دیگری مانند هزینه، امکان ساخت، خواص مکانیکی و قابلیت ماشین‌کاری نیز بستگی دارد. می‌توانید در ادامه این مقاله از مهدفولاد با ما همراه باشید تا با انواع فولاد ابزار و کاربرد آن‌ها بیشتر آشنا شوید.
فولاد ابزار چیست؟
فولاد ابزار به فولادی گفته می‌شود که برای ساختن ابزارهای برش، شکل دادن مواد به‌صورت قطعات با کاربردهای مشخص به‌کار می‌رود. این فولادها کربنی یا آلیاژی هستند و قدرت سخت‌شدن و بازپخت را دارند. از جمله ویژگی‌های این فولاد به مواردی مانند مقاومت سايشي و سختي زياد، مقاومت گرمايي خوب و استحکام کافي براي کار روي مواد می‌توان اشاره کرد.
ویژگی‌های فولاد ابزار
از جمله مهم‌ترین ویژگی این فولاد می‌توان به حفظ میزان سختی، مقاومت و شکل خود در دمای بالا، در حین برش لبه‌ها اشاره کرد. به همین دلیل هم می‌توان به‌راحتی از ابزارهای تولیدشده توسط فولاد ابزار در محیط‌های باز با سختی بالا استفاده کرد.
با توجه به اینکه این فولاد دارای خواص شیمیایی منحصربه‌فردی است، می‌توان آن را تحت عملیات حرارتی مناسب و با تغییردادن شرایط در هنگام ساخت تجهیزات فولادی مورد استفاده قرار داد. بنابراین قابلیت استفاده برای برش و شکل‌دادن مواد را پیدا خواهد کرد.
ویژگی‌های این فولاد را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- مقاومت در برابر سایش
- مقاومت در برابر خوردگی
- سختی‌پذیری
- مقاومت در برابر تغییرشکل
- دفورمه‌شدن
- حفظ لبه برشدهنده در دماهای بالا
- درجه حساسیت در مقابل انقباض
- مقاومت در برابر درجه حرارت آنیلینگ
نحوه تولید فولاد ابزار
فرآیند تولید این فولاد با استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی صورت می‌گیرد که حرارت مدنظر را با استفاده از انرژی الکتریسیته تولید می‌کند. هدف از استفاده از این نوع کوره به‌دلیل تولید فولاد ابزار تمیز و عاری از ناخالصی است که باید با نهایت دقت و کمترین میزان خطا در فولاد ایجاد شود.
عملیات حرارتی در دمای معمولی انجام می‌شود که این تفاوتی با عملیات حرارتی فولادهای غیرآلیاژی و کم‌آلیاژی ندارد. انجام عملیات بازپخت به‌دلیل عدم کاهش سختی فولاد، عدم ظاهرشدن عیوب داخلی و خارجی و جلوگیری از ایجاد ترک در این محصول، حتما باید در درجه حرارت پایین و با دقت فراوان انجام شود تا به میزان سختی موردنظر دست پیدا کند.
انواع فولاد ابزار
برای انتخاب نیاز است که به مشخصاتی مانند سختی‌پذیری، مقاومت سایشی و درجه حساسیت آن در مقابل انقباض توجه داشته باشید. علاوه‌براین، هزینه، سهولت ماشین‌کاری و امکان ساخت هم همیشه باید در هنگام انتخاب مدنظر قرار بگیرد. فولاد ابزار باتوجه به کاربرد خود، در ترکیب و گریدهای مختلفی ساخته می‌شود که در ادامه به شرح آن‌ها می‌پردازیم.
-
فولاد ابزار سردکار
از این فولاد در ساخت ابزار دستی و ماشینی استفاده می‌شود که خود آن به چند دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شود:
-
- فولادهای آب‌دهی‌شده در روغن
این دسته دارای بیشترین کاربرد بوده که در حالت آب‌دهی‌شده دارای سختی بسیاری است. از ویژگی‌های دیگر فولادهای ابزار سردکار به سختی‌پذیری زیاد از دماهای کم‌آب‌دهی، نداشتن ترک در مقاطع آب‌دهی‌شده و همچنین نگهداری لبه‌های تیز در ابزار برشی می‌توان اشاره کرد. از این فولاد اغلب در ساخت میله، دستگاه برش‌زنی و قالب‌ریزی سرد استفاده می‌شود.
-
- فولادهای آب‌دهی‌شده در هوا
این دسته دارای تنوع بسیاری هستند و اغلب برای ابزارهایی کاربرد دارند که در آن چقرمگی از مقاومت سایشی اهمیت بیشتری دارد. فولادهای سردکار هوا معمولا قابلیت ماشین‌کاری و همچنین مقاومت سایش و سختی خوبی دارند. بیشترین کاربرد این فولاد در ساخت میله، قالب‌های سکه‌زنی و لمینیت است.
-
- فولادهای ابزار کربن-کروم بالا
این نوع از فولاد کاربرد محدودی دارد. نقطه ضعف این فولاد آن است که سختی فولاد ابزار کربن-کروم بالا در برش با سرعت زیاد کافی نیست. از ویژگی مثبت آن به مقاومت سایش بسیار بالا باید اشاره کرد که آن را برای قالب‌های سردکار مفید می‌کند.
-
فولاد ابزار گرم کار
از جمله کاربردهای فولاد ابزار گرم‌کار به شکل‌دادن یا برش مواد در دماهای بالا می‌توان اشاره کرد. تفاوت این نوع از فولاد با نوع سردکار در مقدار مقاومت آن‌ها در برابر دمای زیاد است. از ویژگی‌های دیگر این فولاد مقاومت در برابر شوک‌های حرارتی، استحکام کششی گرم بالا و قابلیت ماشین‌کاری خوب است. از این فولاد معمولا در ریخته‌گری تحت فشار، قالب‌های آهنگری و قالب‌های اکستروژن استفاده می‌شود.
-
فولاد ابزار تندبر
فولاد ابزار تندبر سختی بالا و مقاومت بسیاری در برابر درجه حرارت بازپخت دارد. این فولادها معمولا در ابزار ماشین‌های تراش، فرز و مته کاربرد دارند.
بنابراین در انتخاب نوع گرید فولاد ابزار بهتر است به نکات زیر دقت کنید:
-
- به چه میزان مقاومت گرمایی نیاز دارید.
- قرار است فولاد در ساخت ابزاری مانند چکش یا کلنگ مورداستفاده قرار گیرد؟ (این ابزارها باید در برابر فشار واردشده بسیار مقاوم باشد)
- به چه میزان مقاومت در برابر سایش نیاز است.
- به برش تیز در ساخت ابزار نیاز است یا خیر.
معیارهای انتخاب فولاد ابزار
بهترین روش برای انتخاب فولاد ابزار مناسب تطبیق‌دادن مشخصات متالوژیکی فولاد ابزار با مشخصات موردنیاز در هنگام کار است. اغلب فولادهای ابزار برای هر کاری مناسب هستند؛ اما باید از نظر توان تولید، ساخت آسان و قیمت مورد بررسی قرار بگیرند؛ برای مثال: ابزار برشی در قیچی‌ها، سنبه‌ها و قالب‌های برش ورق به مقاومت سایشی زیاد و چقرمگی متوسطی نیاز دارند.
با توجه به طراحی ابزار و دمای کاری برای برش، باید توازنی میان مقاومت به سایش و چقرمگی به وجود بیاید. مهم‌ترین معیارها برای انتخاب موارد زیر است:
- سختی موردنیاز
- چقرمگی موردنیاز
- مقاومت به سایش مطلوب
- مقدار مجاز کربنی که از سطح زدوده می‌شود.
- سختی‌پذیری مطلوب بر اساس عمقی که می‌خواهیم سخت کنیم.
- مقاومت در برابر گرمای مطلوب بر اساس دمای کاری
- شرایط عملیات حرارتی
- قابلیت ماشین‌کاری
کاربردهای فولاد ابزار
کاربردها با توجه به نوع ابزار متفاوت است. با توجه به اینکه تمامی انواع فولاد ابزارها یک درصدی کربن در ترکیبات خود دارند، برای بررسی کاربردهای فولاد ابزارهای مختلف باید آن‌ها را به نسبت درصد کربنی که در آن‌ها وجود دارد، دسته‌بندی کرد و بر این اساس کاربرد هرکدام را بیان کرد.
-
فولاد ابزار کم‌کربن (سختی‌پذیری کم)
فولاد ابزارهای کم‌کربن اغلب در ساخت قطعات مهندسی، ساختمان، کشتی و راه‌آهن (با قابلیت جوش‌پذیری عالی) کاربرد دارد. دلیل این موضوع هم آن است که این قطعات در معرض دما و فشار زیاد نیستند و به همین دلیل سختی زیادی هم نیاز ندارند.
-
فولاد ابزار کربن متوسط (سختی‌پذیری متوسط)
از جمله کاربردهای فولاد ابزارهایی که کربن متوسط و در نتیجه سختی‌پذیری متوسطی دارند، می‌توان به ساخت قطعات و اجزا در صنایع راه‌آهن، ماشینآلات و دستگاه‌های مربوط به صنایع حمل‌ونقل اشاره کرد.
-
فولاد ابزار کربن زیاد (سختی‌پذیری زیاد)
این دسته از فولادها در مواردی مانند ساخت غلطک‌ها، ابزارآلات و ماشینآلات صنعتی که نیاز به مقاومت بالایی در برابر سایش دارند، کاربرد بسیاری دارند.
به‌غیر از مواردی که اشاره کردیم، می‌توان از فولادهای ابزار کربنی برای ساخت قطعاتی مانند ابزار دستی, ابزارآلات کشاورزی, آچار، پیچ و مهره، ماتریس، محور کرپی داس، چکش، پیچ‌‌گوشتی، قالب‌های برجسته‌کاری توپر و توخالی و همچنین قالب‌های برش و پانچ سرد و سایر ابزارآلات ساده دیگر استفاده کرد.
سخن پایانی
فولاد ابزار نوعی از فولادهای کربنی و آلیاژی است که از آن در ساخت ابزار و قالب مناسب استفاده می‌شود. فولاد ابزار دارای خواصی مانند سختی، مقاومت به سایش و مقاومت به تغییرشکل و دفورمه‌شدن و قابلیت حفظ لبه برشدهنده در دماهای بالا است.
مهم‌ترین ویژگی این فولاد حفظ میزان سختی، مقاومت و شکل خود در دمای بالا در حین برش لبه‌ها است. خواص شیمیایی منحصربه‌فرد آن موجب شده که آن را تحت عملیات حرارتی مناسب و با تغییردادن شرایط در هنگام ساخت تجهیزات فولادی مورد استفاده قرار دهند. برای تولید فولاد ابزار از کوره‌های قوس الکتریکی استفاده می‌شود که حرارت مدنظر را با استفاده از انرژی الکتریسیته تولید می‌کند.
