فولاد ابزار گرم کار (Hot Work Tool Steel)

مقدمه

فولاد ابزار به طور کلی برای برش، شکل دهی و یا سایر روش های تبدیل مواد اولیه به قطعه مورد نظر به کار می رود. این فولادها از اوایل قرن 20 توسعه یافتند و با افزودن عناصری مثل کرم، منگنز، تنگستن، مولیبدن و وانادیم، خواص آن ها بهبود یافته و حساسیت به شکست و ترک خوردگی حین عملیات حرارتی و یا سرویس در آنها کاهش یافته است. با توجه به خواص منحصر به فرد بعضاً این فولادها در کاربردهای دیگری غیر از ساخت ابزار، مثل کاربردهای ساختمانی و ساخت اجزای ماشین آلات از جمله فنرهای دمای بالا، پیچ ها، ولوها و یاتاقان ها نیز به کار می روند.

فولادهای ابزار گرم کار که در استاندارد ASTM با عنوان گروه H شناخته می شوند، برای مقاومت در مقابل حرارت، فشار و سایش طراحی شده اند. این فولادها معمولاً شامل مقدار متوسطی از عنصر کربن (0.35-0.45%) و همچنین عناصر آلیاژی از جمله کرم، تنگستن، مولیبدن و وانادیم بین 6 تا 25 درصد هستند که باعث می شود استحکام آنها در دمای بالا حفظ شده و از ضربه پذیری و همچنین مقاومت به سایش خوبی نیز برخوردار باشند.

دسته ­بندی

فولادهای ابزاری گرم کار در سه گروه تقسیم بندی می شوند.

فولادهای کرم دار (H10 تا H19)

مهمترین عنصر آلیاژی کرم است و سایر عناصر کاربیدساز به مقدار کمتر جهت افزایش خواص دمای بالا به آن اضافه می شوند. مقدار کربن پایین بوده که باعث می شود در سختی نرمال کاری (بین 40 تا 55 راکول سی)، تافنس و چقرمگی نیز بالا باشد. گریدهای H11، H12 و H13 بیشترین استفاده را در این گروه دارند. در مقاطع پایین تر امکان سختکاری در هوا وجود دارد که باعث جلوگیری از اعوجاج قطعه می شود. این فولاد در ساخت قالب پرس و اکستروژن دمای بالای آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم، قالب دایکست، فورج، سنبه ها و برش گرم استفاده می شود.

فولادهای تنگستن دار (H21 تا H26)

مقدار عناصر آلیاژی این گروه بیشتر بوده و به همین خاطر مقاومت بیشتری در برابر نرم شدن و سایش در دماهای بالا از خود نشان می دهد. با این وجود خطر تردی در سختی های نرمال (45-55 HRC) افزایش می یابد و برخلاف گروه قبلی خنک کاری با آب حین سرویس ممکن است مشکل ساز باشد. برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن به علت دمای آستنیته ی بالا، این فولادها معمولاً در روغن یا نمک مذاب کوئنچ می شوند. این فولادها برای ساخت قالب اکستروژن دمای بالای آلیاژ برنج، آلیاژهای نیکل و فولادها و همچنین قالب فورج یا همان آهنگری گرم استفاده می شود.

فولادهای مولیبدن دار (H42 تا H43)

این فولادها به لحاظ خواص و کاربرد شباهت زیادی با گروه قبلی دارند. مهمترین مزیت آن ها در مقایسه با گروه قبلی قیمت پایین تر و صرفه اقتصادی است. البته عملیات حرارتی این فولادها با در نظر گرفتن محدوده ی دمای آستنیته و احتمال بالای دکربوره شدن، باید با احتیاط بیشتری انجام پذیرد.

استانداردها

استاندارد ASTM A681 مربوط به دسته بندی فولادهای ابزار بوده و گروه H نشانگر فولادهای ابزار گرم کار است.  استاندارد آلمانی DIN 17350 و همچنین استاندارد اروپایی EN ISO 4957 نیز مربوط به فولادهای ابزار هستند. برخی از معروف ترین فولادهای ابزار گرمکار در استاندارد آلمانی عبارت اند از:

WN 1.2713، WN 1.2714، WN 1.2343، WN 1.2344، WN 1.2365

به علاوه، برای اطلاعات دقیق‌تر درباره‌ی کاربردهای فولادهای آلیاژی، خواندن مقاله کاربردهای فولاد آلیاژی را به شما پیشنهاد می‌کنیم.