فولاد گرمکار را بهتر بشناسیم

فولاد گرمکار برای کاربردهایی که دمای آن ها بالاتر از 316 درجه سانتیگراد است طراحی شده اند.

فولادهای ابزار سردکار (مثل IASC2363 ، IASC2379 ) معمولاً وقتی در محدوده دمایی فوق قرار میگیرند، نرم شده و استحکام آنها کاهش می یابد.

فولادهای تندبر که به عنوان ابزار برش استفاده میشوند (مثلIASC3343  ، IASC3202 ) در چنین دمایی نرم نمیشوند

ولی معمولاً چقرمگی ومقاومت به شوک حرارتی آنها جهت استفاده در کاربردهای دمای بالا مناسب نیست.

فولاد های گرمکار دارای کربن نسبتاً کم حجم حصول حداکثر چقرمگی

و دارای عناصری مثل Mo ، W ، Co جهت مقاومت به نرم شدن در دمای بالا می باشند.

افزودن وانادیم مقاومت حرارتی فولاد را افزایش میدهد

ولی اساساً وانادیم جهت افزایش مقاومت به سایش به این فولادها اضافه می شود.

فولادهای گرمکار به دوگروه عمده تقسیم می شوند.

عنصر اصلی گروه اول مولیبدن و گروه دوم تنگستن است.

فولادهای مولیبدن دار معمولاً چقرمگی و مقاومت به شوک حرارتی بهتری نسبت به گروه تنگستن دار از خود نشان می دهند.

به همین دلیل می توانید با آب سرد شوند(این عمل باعث ایجاد شوک حرارتی میشود)

از این دسته بیشتر برای فولادهای ابزارگرمکار استفاده می شود.

فولادهای تنگستن دار مقاومت به نرم شدن وخستگی حرارتی بهتری از خود نشان میدهند

اما به خاطر چقرمگی پایین، کاربردهای آنها خاص ومحدود میباشد.

ابزار ساخته شده از فولاد گرمکار عموماً بایستی درمدتی طولانی،

تنش های مکانیکی شدید همراه باتغییرات تنش های حرارتی را تحمل نماید.

فولادهای ابزار گرمکاربرای ساخت ابزار شکل دهی گرم آلیاژهای آهنی وغیرآهنی (ازنوع Non-cutting  )در دماهای بیش از 200 درجه سانتی گزاد استفاده میگردد.

ابزار ساخته شده عموماً بایستی در مدتی طولانی،تنش های مکانیکی شدید همراه باتغییرات تنش های حرارتی را تحمل نمایند.

خواص کلی والزامی برای یک فولاد ابزار گرمکار عبارتنداز:

•  مقاومت به بازگشت بسیار زیاد

•  استحکام کششی گرم بسیار زیاد

•  مقاومت به ضربه گرم بسیار زیاد

•  مقاومت به سایش بسیار زیاد

•  مقاومت به شوکهای حرارتی بسیار زیاد

 

فولادهای ابزار گرمکار تولید شده توسط IAS

 

ترکیب شیمیائی ( درصد )								نام فولاد
Co	V	Ni	Mo	Cr	Mn	Si	C
–	–	–	0.15-0.25	1.8-2.1	1.3-1.6	0.20-0.40	0.35-0.45	IASC2311
–	–	–	0.15-0.25	1.8-2	1.4-1.6	0.35-0.50	0.35-0.45	IASC2312
–	–	–	0.3-0.4	2.3-2.6	0.2-0.4	0.20-0.40	0.16-0.23	IASC2313
–	0.25-0.50	–	1.10-1.40	4.8-5.5	0.3-0.5	0.90-1.20	0.36-0.42	IASC2343
–	0.90-1.10	–	1.20-1.50	4.8-5.5	0.3-0.5	0.90-1.20	0.37-0.43	IASC2344
–	1.30-1.50	–	1.30-1.50	7.3-7.8	0.35-0.45	0.70-0.90	0.45-0.50	IASC2360
–	0.40-0.70	–	2.6-3	2.7-3.2	0.15-0.45	0.10-0.40	0.28-0.35	IASC2365
–	0.40-0.70	–	2.7-3.3	4.7-5.2	0.3-0.6	0.30-0.50	0.35-0.40	IASC2367
8.5-10	–	17-19	4.5-5.2	<  0.25	< 0.15	< 0.10	< 0.003	IASC2709
–	0.07-0.12	1.5-1.8	0.25-0.35	0.6-0.8	0.65-0.95	0.10-0.40	0.50-0.60	IASC2713
–	0.07-0.12	1.5-1.8	0.45-0.55	1-1.2	0.65-0.95	0.10-0.40	0.50-0.60	IASC2714
–	0.25-0.32	2.3-2.6	0.50-0.70	0.6-0.9	0.2-0.4	0.30-0.50	0.24-0.32	IASC2740
–	0.15-0.20	4.2-4.7	1.15-1.25	0.3-0.5	0.2-0.4	0.15-0.35	0.24-0.31	IASC2747
–	–	3.8-4.3	0.15-0.35	1.2-1.5	0.15-0.45	0.10-0.40	0.40-0.50	IASC2767
8	–	12	8	–	–	–	0.02	IASC2799
–	–	0.6-0.8	0.15-0.25	1.7-1.8	1.2-1.4	0.28-0.40	0.30-0.35	IASC718A

 

بهره مندی کافی و رضایت بخش از ابزار،

بستگی به کیفیت فولاد اولیه،روش ساخت،عملیات سختکاری،انتخاب صحیح و متناسب فولاد،طراحی هندسی مناسب،انتخاب سختی مناسب باشرایط سرویس دهی

وبالاخره  استفاده ونگهداری اصولی ابزار دارد.

به دلیل تنوع عناصر شیمیائی در فولاد های گرمکار   IASC ،باانتخاب صحیح،می توان تمام خواص اساسی ومهم را به طور همزمان از ابزار ساخته شده انتظار داشت.

فولادهای  ابزار گرمکار IASC  برای ساخت ابزار واجزاء مختلف مصرفی در فرآیندهای ذیل قابل استفاده اند:

• ریخته گری تحت فشار

• اکستروژن فلزات

• انواع روش های فورج گرم

• ساخت شیشه ولوازم شیشه ای

• تولید لوله ها

انتخاب صحیح فولاد وسختی متناسب باشرایط سرویس

سختی توصیه شده برای اجزای ماشین های ریخته گری تحت فشار مس و آلیاژهای آن    HB400-350 است

اما برای ریخته گری تحت فشار آلومینیوم و آلیاژهای آن

، روی/ قلع وآلیاژهای سرب سختی های بالاتری توصیه می شود که به عنوان مثال در ذیل آورده شده است:

Inserts                         375-430 HB

CORES                         375-425 HB
Nozzle , spreader  and  ejectors                          410-455HB

اجزاء ماشینهای اکستروژن فلزات تقریباً درچهار دسته تفکیک میشوند که سختی اجزاء هردسته، بستگی به شرایط کاری آن و فولاد انتخابی دارد.

صرف نظر از نوع فولاد انتخابی ( درگروه فولادهای ابزار گرمکار ) سختی توصیه شده برای هردسته از اجزای ماشین اکستروژن در ذیل به صورت اشاره ای آورده شده است:

1. اجزائی از ماشین اکستروژن که تحت سایش هم هستند مثل smoothing discs  ، pressure discs  و extrusion dies   صرف نظر از اینکه برای اکستروژن فولاد یا فلزات سبک یا سرب و روی بکار روند بایستی دارای سختی 42-49 RC  باشند.
2. برای rams و ram noses   سختی 46-52 RC   پیشنهاد میشود.
3. برای اجزاء محفظه اکستروژن ( برای مثال در یک محفظه سه لایه ای ) سختی intermediate liner   و inner liners  چنانچه برای اکستروژن آلیاژهای سرب و روی بکار میرود 355-410 HB و چنانچه برای اکستروژن سایر فلزات و از جمله فولاد استفاده میشود 385-440 HB   پیشنهاد میشود. برای sleeve  چنین محفظه ای سختی 300-350 HB   کفایت می کند.
4. برای اکثر اجزاء کمکی و فرعی ماشین های اکستروژن میتوان از IASC2714   باسختی 360-420 HB استفاده نمود.

• تعیین دامنه سختی مناسب برای ابزار مصرفی در ماشین های فورج به دلیل تنوع شدید روش های فورج در این جا امکان پذیر نیست.
• لیکن انتخاب نهائی فولاد و تعیین سختی ابزار مستلزم دانش و تجربه کافی و شناخت فرآیند فورج میباشد.

ویژگی ها

فولاد IASC2344   دارای خواص کششی گرم عالی است، مقاومت به سایش گرم بالایی دارد تافنس کافی ومقاومت به ترکهای گرم دارد.

در حین کار میتوان با آب ملایم ابزار را سرد کرد.

مناسب برای نیتراسیون سطحی است ( چسبندگی مواد مورد عملیات به ابزار نیتریده شده خیلی کم است )

کاربردهای فولاد گرمکار

قالب ها و ابزار گرمکار با وظیفه سنگین ، هندریل ها، قالب ها و محفظه های اکستروژن لوله ها و میله های آلیاژهای فلزات سبک، اکستروژن گرم، ابزار و قالب تولید احجام فلزی ، پیچ ها ، پرچ ها و مهره ها ، تجهیزات ریخته گری تحت فشار ، قالب های فورمینگ ، تیغه های برش گرم ، قالب های پلاستیک، غلتک های شیارکوبی ، ابزار برای hot stamping  ، punching ، shearing  trimming و beanding

کارگرم(فورجینگ):  1100-900 درجه سانتیگراد / سردشدن آهسته در کوره یا مواد عایق حرارت

فرآیندهای عملیات حرارتی

آنیل:   750-800 درجه سانتیگراد / سردشدن کنترل شده در کوره با سرعت 15  درجه سانتی گراد برساعت معادل است با حدود 600 درجه سانتی گراد و از آن پس در هوا سرد شود. سختی حاصله حداکثر 230 HB است.

تنش زدائی:  600-650 /2hr  درجه سانتی گراد  نگهداری / سردشدن آهسته تا 550 درجه سانتیگراد سپس در هوای آزاد / پس از ماشینکاری سنگین و یا در مورد ماشینکاری اشکال پیچیده تنش زدائی توصیه میشود.

سختکاری: 1080-1000 درجه سانتیگراد / پس از همرنگی 15-30 min  نگهداری / کوئنچ در اتمسفر یا هوای در چرخش، دمش هوا یا خلاء ، مارتمپرینگ در حوضچه 550-200 درجه سانتیگراد به مدت یک تا 100 دقیقه سپس سرد شدن در هوا، روغن / دمای پایان کوئنچ در همه محیطها 100-50 درجه سانتیگراد / شارژ کوره 150-100 درجه سانتیگراد و نگهداری کافی برای انجام استحاله در مغز ( بویژه قطعات ضخیم)

بازگشت: بلافاصله پس از سختکاری بازگشت داده شود / زمان بازگشت یک ساعت برای هر 20mm  ضخامت قطعه اما حداقل 2 ساعت / سردکردن در هوا. دوبار بازگشت پیشنهاد می شود.

بازگشت سوم برای تنش زدائی پیشنهاد میشود / بازگشت اول با هدف سختی ثانویه و بازگشت دوم با هدف سختی کاربردی انجام میشود و بازگشت سوم 50-30 درجه سانتیگراد کمتر از بیشترین دمای تمپرهای قبلی.

نیتریده کردن: ابزارها وقالبهای که از این فولاد ساخته میشوند را میتوان با حمام نمک یاگاز، نیتریده کرد.

شرایط کاربرد: توصیه میشود ابزارهای گرمکار قبل از استفاده در دمای 300-250 درجه سانتیگراد پیش گرم گردد.

جوشکاری تعمیری: در این فولاد نیز مانند سایر فولاد های گرمکار ایجاد ترک درهنگام جوشکاری وجود دارد، اگر عملیات جوشکاری مورد نیاز باشد باید دستورات زیر حتماً رعایت شود.

1. پیش گرم کردن ابزار در دمای 400-200 درجه سانتیگراد

2. بازگشت دادن مجدد ابزار پس از جوشکاری برای حصول سختی موردنظر

الکترود FoxWKZ50 یا FoxWA20 و BOHLER FoxWA12 به عنوان قلم جوش برای جوشکاری قوس الکتریک وبرای جوشکاری گازی، سیم بدون روکش BOHLER WA12-1G توصیه میشود.

قابلیت براده برداری: ماشینکاری باید در حالت آنیل نرم انجام شود.

فلز سخت BOHLERIT برای برش توصیه می شود (به توصیه های ماشینکاری توجه شود) براده برداری این فولاد به وسیله فولادهای تندبر نیز میسر است.

توصیه های ماشینکاری فولاد گرمکار

تراش: تیغه های نوک کاربیدی قابل تعویض، زاویه براده برداری مثبت(عمر ابزار حدود 15 دقیقه).

 

سرعت برش   m/min	نوع   BOHLERIT	نرخ باربرداری(s)   (mm/rev)	عمق برشa   (mm)
270-180	SB10,SB05	0.1-0.3	1-4
180-115	SB10,SB20	0.3-0.6	4-8
115-65	SB20,SB30,EB20	0.6-1.2	8<

 

فرزکاری: تیغه فرز پیشانی تراش(با تیغه قابل تعویض )

 

سرعت برشV   m/min	نوع   BOHLERIT	نرخ باربرداری(s)   (mm/rev)	عمق برش a   (mm)
120-75	SBF	To 0.2	1-2
75-45	SBF	0.2-0.4	2-6

 

سوراخکاری: زاویه نوک ، زاویه آزاد ، سردکاری با امولسیون

 

سرعت برشV   m/min	نوع   BOHLERIT	نرخ باربرداری(s)   (mm/rev)	عمق برشa   (mm)
50-35	HB10	0.02-0.05	3-8
		0.05-0.12	8-20
		0.12-0.18	20-60

 

خواص فیزیکی

خاصیت (واحد)	مقدار دردمای محیط
چگالی  (3g/cm)	7.8
مدول الاستیسیته (103N/mm2)	213
مقاومت ویژه الکتریکی(Cm.10-4.Ω)	0.30

 

دما	20	350	700
هدایت حرارت(W/m.k)	36	38	350

 

 

محدوده دما	20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600
انبساط حرارتی  10-6m/m	11.0	12.5	12.7	13.3	14.00	14.1

 

تذکر1 : انتخاب دمای آستینه در دامنه 1030-1080 بستگی به شرایط کاربرد محصول دارد.

انتخاب دماهای بالا در این دامنه ، باعث دستیابی به سختی و استحکام گرم بیشتر در محصول اما چقرمگی کمتر خواهد شد که چنین محصولی برای کاربری های تحت سایش مناسبتر است.

( مثالی از این کاربرد غلتک های پایانی نورد فلزات غیرآهنی است که دمای فلز در حال نورد کم شده و استحکام زیاد و مقاومت به سایش زیاد و مقاومت به سایش زیاد را بطور همزمان در غلتک طلب میکند.)

برعکس انتخاب دماهای پایین در دامنه مذکور باعث ایجاد چقرمگی زیاد همراه با استحکام و مقاومت به سایش گرم کمتر از حالت قبلی در محصول می شود.

چنین محصولی برای کاربری های تحت ضربه مثل روش فورج چکشی مناسبتر است.

تذکر2 : به منظور کاهش ریسک عملیات (بروز ترک خوردگی و سایر عیوب) و افزایش ضریب موفقیت لازم است سختکاری این فولاد به کارگاههایی سپرده شود که دارای :

دانش فنی لازم

تجربه کافی

تجهیزات قابل کنترل باشند.

تذکر3 : جزییات سیکل سختکاری و تمپر به شرایط کارگاهی و تجهیزات و بویژه کاربرد نیز بستگی دارد.