فولاد تندبر چیست؟

شرکت بانک آهن با بیش از یک دهه تجربه در تامین فولادهای آلیاژی، مفتخر است که با ارائه مشاوره تخصصی، شما را در فرآیند انتخاب و خرید فولاد تندبر از برترین برندهای داخلی و بین‌المللی همراهی کند. فولادهای تندبر به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود در تحمل دماهای بالا، ستون فقرات صنایع تراشکاری و سوراخ‌کاری محسوب...

انتشار در 11 دی 140463 بازدید0 دیدگاه

شرکت بانک آهن با بیش از یک دهه تجربه در تامین فولادهای آلیاژی، مفتخر است که با ارائه مشاوره تخصصی، شما را در فرآیند انتخاب و خرید فولاد تندبر از برترین برندهای داخلی و بین‌المللی همراهی کند. فولادهای تندبر به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود در تحمل دماهای بالا، ستون فقرات صنایع تراشکاری و سوراخ‌کاری محسوب می‌شوند. در این مقاله به بررسی جامع این مقاطع ارزشمند می‌پردازیم.

فولاد تندبر چیست؟

فولاد تندبر که در بازار با نام فولاد خشکه هوایی نیز شناخته می‌شود، نوعی از فولادهای ابزار زیرمجموعه آلیاژهای پرکربن است که به طور ویژه برای ساخت ابزارهای برشی با سرعت بالا طراحی شده است. ویژگی اصلی این فولاد، توانایی حفظ سختی در دمای بالا (سختی سرخ) است؛ به این معنا که وقتی ابزار در اثر اصطکاک شدید حین ماشین‌کاری داغ می‌شود، لبه برشی آن نرم نشده و کارایی خود را از دست نمی‌دهد. این فولادها معمولاً حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر آلیاژی مانند تنگستن، مولیبدن، کروم و وانادیوم هستند. فولادهای آلیاژی و غیر آلیاژی کدام اند؟ در لینک فوق بخوانید.

HSS مخفف چیست؟

عبارت HSS مخفف اصطلاح انگلیسی High Speed Steel است. این نام‌گذاری به اواخر قرن نوزدهم میلادی بازمی‌گردد؛ زمانی که ابزارهای ساخته شده از این آلیاژ اجازه دادند سرعت برش قطعات فلزی تا چندین برابر نسبت به فولادهای کربنی معمولی افزایش یابد. امروزه فولاد HSS به عنوان یک استاندارد جهانی در تولید مته‌ها، قلاویزها و تیغه‌های اره شناخته می‌شود.

مشخصات فولاد تندبر یا HSS

مشخصات فنی این فولادها ترکیبی بهینه از سختی، تافنس (تاو) و مقاومت به سایش است. فولاد ابزار تندبر می‌تواند تا دمای حدود 600 درجه سانتی‌گراد سختی خود را حفظ کند، در حالی که فولادهای کربنی ساده در دمای حدود 200 درجه دچار افت سختی شدید می‌شوند. از دیگر مشخصات بارز آن می‌توان به قابلیت ماشین‌کاری خوب در حالت آنیل شده و پاسخ‌دهی عالی به عملیات حرارتی اشاره کرد.

انواع فولاد تندبر یا HSS

فولادهای تندبر بر اساس ترکیب شیمیایی و عنصر پایه آلیاژی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های متفاوتی را در فرآیند برش ارائه می‌دهند:

فولاد تندبر تنگستنی یا گروه T

این گروه حاوی مقادیر بالای تنگستن (بین 12 تا 18 درصد) است که مقاومت حرارتی بسیار بالایی ایجاد می‌کند. گرید T1 یکی از معروف‌ترین اعضای این خانواده است که پایداری ابعادی فوق‌العاده‌ای در دماهای بالا دارد.

فولاد تندبر مولیبدنی یا گروه M

در این گروه، مولیبدن جایگزین بخشی از تنگستن شده است که منجر به افزایش تافنس و انعطاف‌پذیری ابزار می‌شود. گریدهای سری M مانند M2 به دلیل قیمت مناسب‌تر و مقاومت به سایش عالی، امروزه پرکاربردترین نوع HSS در صنعت هستند.

عناصر آلیاژی در فولاد تندبر

عناصر شیمیایی در فولاد تندبر نقش کاتالیزورهای عملکردی را ایفا می‌کنند. هر عنصر وظیفه خاصی در بهبود خواص مکانیکی بر عهده دارد:

• تنگستن (W) و مولیبدن (Mo): ایجاد سختی در دمای بالا و تشکیل کاربیدهای بسیار سخت.

• کروم (Cr): افزایش سختی‌پذیری و جلوگیری از اکسیداسیون در دماهای عملیات حرارتی.

• وانادیوم (V): افزایش مقاومت در برابر سایش از طریق تشکیل کاربیدهای وانادیوم که سخت‌ترین کاربیدها در ساختار فولاد هستند.

• کبالت (Co): بالا بردن دمای ذوب موضعی و اجازه دادن به ابزار برای کار در سرعت‌های برشی بسیار بالاتر بدون از دست دادن لبه.

آنالیز فولادهای تندبر

آنالیز دقیق فولاد HSS مشخص می‌کند که این آلیاژ در کدام دسته از کاربردهای صنعتی قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در آنالیز گرید محبوب 1.3343 (M2)، حدود 6% تنگستن و 5% مولیبدن وجود دارد که تعادلی میان قیمت و کارایی ایجاد می‌کند. در مقابل، گریدهای سوپر تندبر دارای مقادیر بالای کبالت (تا 8%) هستند که در آنالیز متالوژی به عنوان عاملی برای پایداری حرارتی شناخته می‌شود. شرکت بانک آهن با ارائه گواهینامه‌های معتبر (Certificate)، صحت آنالیز محصولات وارداتی از آلمان، اتریش، چین و هند را تضمین می‌نماید.

ویژگی های فولاد تندبر

ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد فولاد خشکه هوایی باعث شده است که حتی با وجود ظهور ابزارهای سرامیکی و الماسه، این فولاد همچنان جایگاه خود را در ماشین‌کاری‌های پیچیده حفظ کند. این ویژگی‌ها ترکیبی از علم متالوژی و نیازهای کارگاهی هستند:

سختی فولاد HSS

این فولادها در حالت سخت‌کاری شده به سختی خیره‌کننده 62 تا 69 راکول سی دست می‌یابند. این میزان سختی برای نفوذ در سخت‌ترین قطعات فولادی و آلیاژهای نیکل‌بنیاد کاملاً ایده‌آل و ضروری است.

مقاومت به سایش در فولاد تندبر

به دلیل وجود کاربیدهای فلزی توزیع شده در ماتریس فولاد، مقاومت به سایش در این مقاطع بسیار بالاست. این ویژگی باعث می‌شود عمر مفید ابزار (Tool Life) افزایش یافته و فواصل زمانی بین تیز کردن مجدد ابزار طولانی‌تر شود.

چقرمگی فولادهای HSS

چقرمگی یا تافنس، توانایی فولاد در برابر شکستن تحت فشار و ضربه است. برخلاف ابزارهای کاربیدی که ترد و شکننده هستند، فولاد ابزار تندبر چقرمگی بالایی دارد که مانع از لب‌پر شدن ابزار در برش‌های منقطع می‌شود.

عملیات حرارتی فولاد HSS

عملیات حرارتی در High Speed Steel حیاتی‌ترین مرحله تولید است. به دلیل وجود عناصر سنگین، نفوذ کربن و انحلال کاربیدها به زمان و دمای بسیار دقیقی نیاز دارد.

1. پیش‌گرم کردن: در دو یا سه مرحله انجام می‌شود تا از شوک حرارتی و ترک خوردن جلوگیری شود.

2. آستنیته کردن: گرم کردن تا دمای حدود 1150 تا 1250 درجه سانتی‌گراد (بسته به گرید).

3. کونچ: سرد کردن سریع در حمام نمک، روغن یا هوای تحت فشار برای تبدیل ساختار به مارتنزیت.

4. برگشت (Tempering): این مرحله معمولاً 3 بار و در دمای 540 تا 560 درجه انجام می‌شود تا سختی ثانویه آزاد شده و تنش‌های باقی‌مانده خنثی گردند.

کاربردهای فولاد تندبر یا HSS کدام اند؟

تنوع گریدهای فولاد HSS باعث شده است که این متریال در طیف گسترده‌ای از ابزارها استفاده شود. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارتند از:

• ساخت انواع مته‌های مارپیچ برای سوراخ‌کاری فلزات سخت.

• تولید تیغه‌های اره نواری و اره لنگ.

• ساخت ابزارهای خان‌کشی (Broaching) برای ایجاد شیارها.

• تولید قلاویز و حدیده جهت رزوه کاری.

• تولید تیغچه‌های تراشکاری و فرزهای انگشتی.

• استفاده در صنایع قالب‌سازی برای ساخت سنبه و ماتریس‌های خاص.

استفاده از فولادهای ابزار تندبر (HSS) در تولید قطعات خودرو را در لینک فوق بخوانید.

آنالیز فولادهای تندبر

آنالیز شیمیایی این فولادها بسیار دقیق و پیچیده است. کروم (Cr) معمولاً حدود 4 درصد برای افزایش سختی‌پذیری اضافه می‌شود. وانادیوم (V) برای تشکیل کاربیدهای سخت و افزایش مقاومت به سایش به کار می‌رود. همچنین در برخی گریدها مانند M42، از عنصر کبالت (Co) برای افزایش چشمگیر مقاومت حرارتی (Red Hardness) استفاده می‌شود که به آن فولاد تندبر کبالت‌دار نیز می‌گویند.

سختی فولاد HSS

سختی یکی از حیاتی‌ترین پارامترها در این نوع فولاد است. معمولاً سختی این مقاطع در مقیاس راکول سی (HRC) سنجیده می‌شود. برای درک بهتر تفاوت سختی در حالات مختلف، جدول زیر را ملاحظه نمایید:

عملیات حرارتی فولاد تندبر یا HSS

فرآیند عملیات حرارتی در فولاد خشکه هوایی بسیار حساس است و شامل مراحل دقیق پیش‌گرم، سخت‌کاری در دمای بسیار بالا (نزدیک به نقطه ذوب) و سپس کوئنچ (سرد کردن سریع) می‌باشد. پس از آن، مرحله “تمپرینگ” یا برگشت حتماً باید دو یا سه بار تکرار شود تا تنش‌های داخلی حذف شده و سختی ثانویه مطلوب حاصل گردد.

روش عملیات حرارتی فولادهای تندبر

این فرآیند معمولاً در کوره های تحت خلاء یا حمام نمک انجام می شود تا از اکسیداسیون سطح ابزار جلوگیری شود. پس از اتمسفر کنترل شده، قطعه به آرامی تا دمای بحرانی گرم شده و سپس با روغن یا هوای تحت فشار سرد می گردد.

نتیجه گیری

فولاد تندبر با تکیه بر ویژگی‌هایی چون سختی سرخ و مقاومت به سایش بالا، عنصری جدایی‌ناپذیر از صنعت مدرن است. انتخاب گرید مناسب بین گروه‌های T و M بستگی مستقیم به نوع ماشین‌کاری و بودجه پروژه شما دارد. برای انتخاب و خرید انواع فولاد می‌توانید با کارشناسان ما در بانک آهن تماس حاصل فرمایید. شرکت بانک آهن با در اختیار داشتن انباری به مساحت 2000 مترمربع و تامین مستقیم محصولات از کارخانجات معتبری چون فولاد اسفراین، یزد و برندهای آلمانی و اتریشی، همواره شعار “عرضه کیفیت با اصالت” را سرلوحه کار خود قرار داده است.