انواع و خواص فولادهای ابزار ژاپنی

1. ویژگی های فولاد ابزار سرد کار

مهمترین ویژگی فولاد ابزار سرد کار مقاومت در برابر سایش آن است. روش اصلی برای بهبود مقاومت در برابر سایش، افزایش سختی فولاد است. فولاد ابزار سرد کار معمولاً کوئنچ و تمپر می شود و در حالت سختی حدود 60HRC استفاده می شود. افزایش محتوای C فولاد می تواند سختی را افزایش دهد. علاوه بر این، افزودن Cr، Mo، V، W و سایر عناصر تولید کننده کاربید، به طوری که فولاد حاوی M7C3، M6C، MC و سایر کاربیدهای سخت باشد، می تواند مقاومت به سایش فولاد را بیشتر بهبود بخشد. با این حال، زمانی که مقدار کاربید زیاد باشد، چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی فولاد کاهش می یابد. بنابراین لازم است فولاد ابزار سرد کار مناسب با توجه به کاربری انتخاب شود.

2. فولاد ابزار کربن

فولاد با محتوای C از 0.55٪ ~ 1.50٪ و کمی Si و منگنز فولاد ابزار کربن است. 11 گرید فولاد ابزار کربنی در JIS وجود دارد. فولاد ابزار کربنی در 750 ~ 840 درجه خاموش می شود و در 150 ~ 200 درجه گرم می شود و سختی می تواند به 54 ~ 63 HRC برسد. به دلیل کم بودن عناصر آلیاژی در فولاد ابزار کربنی، سختی پذیری ضعیفی دارد، بنابراین لازم است کوئنچ با آب خنک کننده انجام شود. و حتی اگر آب خنک شود، مرکز قطعه کار نمی تواند سخت شود، فقط سطح سخت می شود و سختی مرکز هنوز کم است. متداول‌ترین گرید فولاد ابزار کربنی JIS SK105 (1.05C-0.2Si-0.25Mn) است. SK105 برای ابزارهای برش، میله های فولادی، جیگ ها و قالب ها استفاده می شود.

3. فولاد ابزار آلیاژی

JIS فولاد ابزار آلیاژی را به چهار دسته طبقه بندی می کند: فولاد ابزار برش، فولاد ابزار مقاوم در برابر ضربه، فولاد قالب کار سرد، فولاد قالب کار گرم. در میان آنها، 10 درجه فولاد قالب سرد کار وجود دارد. علاوه بر این، گریدهای فولادی اصلاح شده زیادی بر اساس فولاد JIS وجود دارد. در زیر شرح مختصری از ویژگی های گریدهای نماینده فولاد ابزار آلیاژی ارائه شده است.

3.1 فولاد ابزار کم آلیاژ

محتوای عناصر آلیاژی در فولاد قالب سرد کار فولاد ابزار نسبتاً کم آلیاژ است و گریدهای رایج مورد استفاده SKS93 (1.{8}}5C-0.95Mn-0.4Cr) و SKS3 هستند. (0.95C{{10}}.05Mn-0.75Cr). محتوای منگنز این دو گرید حدود 1٪ است، SKS93 حاوی 0.4Cr، SKS3 حاوی 0.75Cr است که سختی پذیری فولاد را بهبود می بخشد. علاوه بر این، SKS3 همچنین حاوی 0.75٪ W برای بهبود سختی و چقرمگی است. فولاد ابزار کم آلیاژ برای لبه برش، گیج، قالب و غیره استفاده می شود.

3.2 فولاد ابزار سرد کار با C و کروم بالا

معروف ترین درجه فولاد ابزار سرد کار با C و کروم بالا SKD11 (سری 1.5C-12Cr-1Mo) است. بزرگترین ویژگی SKD11 مقاومت در برابر سایش خوب آن است. به دلیل محتوای بالای کروم، یک کاربید کروم درشت (M7C3) در فاز اصلی وجود دارد که مقاومت به سایش را بهبود می بخشد. سختی پذیری SKD11 خوب است و حتی سختی هسته را می توان با خنک کننده هوا بدست آورد. دمای خاموش کردن SKD11 1000 ~ 1040 درجه است. این دمای معمول خاموش کردن کوره های عملیات حرارتی خلاء است. فولاد ابزار سرد کار با مقاومت سایش بهتر از SKD11 SKD1 (سری 2C{15}}Cr) است. محتوای C و Cr SKD1 بیشتر از SKD11 است، بنابراین مقدار کاربیدهای درشت کروم نیز بیشتر است و SKD1 را به یک فولاد ابزار با مقاومت سایش بالا تبدیل می کند. با توجه به مقدار زیاد کاربید کروم، چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی به خوبی SKD11 نیست. از آنجایی که دمای کوئنچ SKD1 950 درجه است که با دمای معمول خاموش کردن متفاوت است و سختی پذیری ضعیفی دارد، باید روغن خاموش شود. بنابراین SKD1 به ندرت استفاده می شود.

3.3 8 فولاد ابزار سرد %Cr

اگرچه فولاد کروم 8% در استانداردهای JIS گنجانده نشده است، اما به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. بر اساس SKD11، ترکیب فولاد تنظیم می شود و ترکیب اصلی 1C-8Cr-2Mo است. پس‌زمینه 8% کروم این است که در دهه 1970، پردازش EDM فولاد قالب خاموش و تمپر شده بسیار رایج بود، اما مشکل ترک‌های ناشی از پردازش EDM ظاهر شد. دلیل اصلی ترک این است که لایه غیرعادی به اندازه کافی برداشته نشده است، اما تنش و چقرمگی باقیمانده خاموش کننده نیز کافی نیست. تنش پسماند را می توان به طور موثر با استفاده از تلطیف دمای بالا حذف کرد. اما SKD11 پس از درمان با دمای بالا، نمی تواند سختی مورد نیاز را بدست آورد و چقرمگی خوب نیست. بنابراین، بر اساس SKD11، کاهش C و Cr برای بهبود چقرمگی، اضافه کردن مو بیشتر، به طوری که فولاد همچنین می تواند سختی بالا 62HRC پس از دمای بالا به دست آورد، بنابراین تشکیل فولاد 8٪ کروم. مقاومت سایشی 8% کروم به خوبی SKD11 نیست، اما به دلیل عملکرد جامع عالی آن، هنوز هم در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود و به موازات SKD11 درجه استاندارد فولاد ابزار سرد کار است. از آن زمان، عیار بهبود یافته فولاد 8٪ کروم توسعه یافته است.