دسترسی سریع به محتوای این مطلب
تولید دریل نیازمند فولاد ابزاری است که بهترین عملکرد را در موقعیت مورد نظر داشته باشد. بهترین گزینه برای تولید ابزارهای حفاری و برش فلز، فولاد خشکه یا تندبر است. به طور کلی، فولاد به دو دسته فولاد ابزار و فولاد سازه ای تقسیم می شود. در میان کاربردهای فراوان فولاد ابزار می توان به نقش آن در ساخت ابزارهای برش دستی و ماشینی اشاره کرد. تمامی فولاد ابزارها از استیل ضد زنگ تهیه می شوند.
فولاد خشکه یا تندبر (HSS) نوعی فولاد ابزار پر آلیاژ است که به عنوان ماده اولیه ابزار برش در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، این فولاد عملکرد بسیار مناسبی در ساییدن و آسیاب کردن دارد که فولاد خشکه را به گزینه ای مناسب برای تیز کردن مجدد ابزار کند تبدیل می کند. در ادامه اطلاعات بیشتری در خصوص تاریخچه، انواع و عناصر آلیاژی فولاد خشکه یا تندبر ارائه خواهد شد.
نخستین تلاش ها برای تولید فولاد خشکه مدرن در سال 1868 توسط رابرت ماشت انجام شد. او فولادی با ترکیب 2 درصد کربن، 2.5 درصد منگنز و 7 درصد تنگستن ساخت که ویژگی مهم آن افزایش سختی در هنگام سرد شدن با هوا بود؛ رفتاری که در آن زمان در فولادها تنها با فرونشانی سریع امکان پذیر بود. طی سه دهه بعد، مهم ترین تحول در این آلیاژ، جایگزینی منگنز با کروم بود تا پایداری و سختی بهتری ایجاد شود. این نوآوری ها زمینه ساز شکل گیری نسل جدید فولادهای ابزار شدند.
در سال های 1899 و 1900 فردریک تایلر و مانسل وایت با همکاری شرکت بیتلهم، آزمایش های متعددی روی فولادهای ابزار سردکار از جمله فولاد ماشت انجام دادند و توانستند سختی فولاد را در دماهای بسیار بالاتر حفظ کنند؛ موضوعی که امکان برش در سرعت های بیشتر را فراهم کرد. هرچند آن ها در ثبت اختراع ناکام ماندند، اما این تحقیقات مسیر تولید اولین فولاد رسمی تندبر T1 را در سال 1910 هموار کرد. از دهه 1930 نیز با کمبود تنگستن و هزینه های بالا، مولیبدن به عنوان جایگزین وارد ترکیب فولاد ابزارها شد و فولادهایی مانند M1 جایگاه T1 را گرفتند و عملکردی حتی بهتر ارائه دادند.
مهمترین کاربرد فولاد خشکه در تهیه ابزارهای برش مختلف، از جمله دریل، دستگاه فرز، بیت ابزار، بیت های روتر، تیغه اره، تیغه های برش و اتصالات و غیره مشاهده می شود. امروزه فولاد ابزارهای خشکه در عملیات های پانچ و حدیده نیز کاربرد دارد. یکی دیگر از موارد استفاده از فولاد خشکه یا تندبر در تهیه و تولید ابزارهای دستی ظریف می باشد. سختی مناسب و مقاومت در برابر سایش از جمله ویژگی هایی است که این ابزار را به گزینه ای مناسب برای انجام عملیات های کم سرعت تبدیل کرده است.
برخی از ابزارهای تولید شده با این هدف عبارتند از: اسکنه، چاقوی آشپزخانه، چاقوهای جیبی، سوهان و غیره. علاوه بر این، از فولادهای خشکه برای خراطی نیز استفاده می شود. زیرا در این موقعیت، سرعت عبور قطعات از لبه تیغ سریع تر از ابزار دستی است و در مقایسه با ابزار فولادهای کربنی، فولاد خشکه به راحتی تیزی لبه خود را از دست نمی دهند.
انواع فولاد خشکه هوایی بر اساس مقدار کربن، عناصر آلیاژی و میزان سختی پذیری دسته بندی می شوند و هر کدام کاربرد خاصی در ابزارسازی و قالب سازی دارند. برای فهم بهتر این موضوع ابتدا باید بدانیم فولاد خشکه هوایی چیست و اصولا آهن خشکه چیست و در صنعت چگونه به کار می رود. فولادهای خشکه هوایی زیرمجموعه فولاد ابزار سردکار هستند که بدون نیاز به کوئنچ شدید و تنها با سرد شدن در هوا سخت می شوند، بنابراین تغییر شکل و ترک خوردگی بسیار کمی دارند. به همین دلیل فروش فولاد خشکه هوایی در میان سازندگان ابزار دقیق، قالب سازان و قطعه سازان رواج زیادی دارد. انواع فولاد خشکه هوایی شامل گروه های زیر است:
| نوع فولاد خشکه هوایی | ویژگی اصلی | کاربردهای مهم | مزیت ها | نکات مربوط به قیمت فولاد خشکه هوایی |
|---|---|---|---|---|
| فولاد خشکه هوایی پایه کربنی | کربن بالا، سختی زیاد | ابزارهای برش سرد، سنبه، قطعات مقاوم به سایش | قیمت مناسب، ماشین کاری خوب | تحت تاثیر مستقیم قیمت آهن و نوسانات بازار |
| فولاد خشکه هوایی آلیاژی | وجود کروم، وانادیوم، مولیبدن | قالب های دقیق، تیغه صنعتی، ابزار اندازه گیری | سختی بالاتر، دوام بیشتر | قیمت بالاتر نسبت به نوع کربنی |
| فولاد خشکه هوایی دانه ریز | پایداری ابعادی بسیار زیاد | شابلون، گیج، ابزارهای دقیق | حداقل تاب برداشتن، دقت بالا | گران تر به دلیل فرآیند تولید پیچیده |
| فولاد خشکه هوایی مقاوم به سایش | تحمل سایش شدید | تیغه های برشی، قالب های پرس پرکار | عمر طولانی، مقاومت سایشی عالی | قیمت تابع کیفیت آلیاژ و سختی نهایی |
| فولاد خشکه هوایی مخصوص قالب پرس | تحمل فشار و ضربه سبک | قالب های پرس ورق نازک، پانچ کوچک | استحکام مناسب و یکنواختی خوب | قیمت می تواند با تغییر ابعاد یا گرید متغیر باشد |
فولاد خشکه هوایی پایه کربنی
این گروه دارای کربن بالا است و سختی زیادی می گیرد. برای ابزارهای برش سرد، سنبه، قالب های سبک و قطعات مقاوم به سایش استفاده می شود. در این گریدها پایداری ابعادی خوب و هزینه مناسب باعث شده قیمت فولاد خشکه هوایی نسبت به فولادهای آلیاژی سنگین اقتصادی تر باشد.
فولاد خشکه هوایی آلیاژی (وانادیوم، کروم، مولیبدن)
این دسته دارای عناصر آلیاژی برای بهبود مقاومت سایشی، افزایش سختی و کاهش شکنندگی است. مناسب برای قالب های پیچیده تر، تیغه های صنعتی و ابزارهای اندازه گیری دقیق. این گریدها از نظر کیفیت و خواص نسبت به فولاد خشکه معمولی برتری دارند.
فولاد خشکه هوایی دانه ریز یا پایداری ابعادی بالا
در این نوع از فولادهای خشکه هوایی، ساختار کریستالی فولاد طوری تنظیم شده که در عملیات حرارتی کمترین تغییر ابعادی ایجاد می شود. برای ابزارهای حساس، گیج ها، شابلون ها و قطعاتی که تلرانس بسیار دقیق دارند ایده آل است.
فولاد خشکه هوایی مقاوم به سایش
این گروه برای مواقعی کاربرد دارد که ابزار یا قالب در تماس شدید و مداوم با قطعه کار قرار می گیرد. عمر طولانی، مقاومت در برابر خوردگی مکانیکی و حفظ سختی از مهم ترین ویژگی های آن است.
فولاد خشکه هوایی مخصوص قالب های پرس
این نوع با هدف تحمل فشار، ضربه های خفیف و سایش طراحی شده و در قالب های پرس ورق نازک، پانچ های کوچک و ابزارهای فرم دهی مورد استفاده قرار می گیرد.
با توجه به تنوع انواع فولاد خشکه هوایی، نمی توان یک قیمت ثابت برای آنها اعلام کرد، زیرا قیمت آهن و نوسانات آن روی قیمت فولاد خشکه هوایی اثر می گذارد. علاوه بر این وزن، ابعاد، گرید و کشور سازنده نیز در نهایی شدن قیمت مؤثر است. خریداران معمولا براساس نوع پروژه، سختی مورد نیاز و بودجه خود، مناسب ترین گروه فولاد را انتخاب می کنند. در نهایت شناخت اینکه خشکه چیست و تفاوت آن با فولادهای خشکه هوایی چیست کمک می کند انتخاب دقیق تر و اقتصادی تری در زمان خرید داشته باشید.
علی رغم ویژگی های منحصر به فردی که به واسطه تغییر نوع و مقدار عناصر آلیاژی مختلف در فولاد ابزارهای خشکه به وجود می آیند، برخی از ویژگی های مشابه در تمامی فولاد ابزارهای خشکه یا تندبر عبارتند از:
تمامی فولاد ابزارهای خشکه حاوی ذرات کربن بوده و حالت آنیل شده آن ها نیز شامل مقادیر زیادی از عناصر آلیاژی مختلف است. ذرات کربن موجب افزایش مقاومت فولاد خشکه در برابر سایش می شوند. در این موقعیت، ذرات کربن به صورت نسبی در حین عملیات حرارتی آب شده و ماتریکسی از عناصر آلیاژی و کربن مورد نیاز برای سخت شدن، مقاومت در برابر گرما و سختی داغ فولاد مهیا می کنند. با وجود ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مشابهی که در تمامی فولاد ابزارهای خشکه مشاهده می شود، تغییر ترکیب شیمیایی این ابزار می تواند تأثیر به سزایی بر کارایی آن ها داشته باشد. به طور کلی، مهمترین ویژگی فولاد خشکه در قابلیت برش آن ها خلاصه می شود. قابلیت برش این ابزار نیز رابطه مستقیمی با چهار ویژگی کلی دارد:
اهمیت نسبی این ویژگی ها بر اساس کاربرد مورد نظر تغییر می کند. سرعت های فلزکاری بسیار بالا نیازمند ابزاری هستند که دارای سختی ابتدایی بالا و حداکثر مقاومت در برای نرم شدن در دماهای بالا باشند. برخی مواد می توانند موجب ساییدگی شدید ابزار برش شوند؛ از این رو، مقاومت ابزار برش در برابر سایش می تواند از مقاومت ابزار در برابر دماهای بالا بسیار مهم تر باشد. برش مواد سخت نیازمند فولاد ابزاری است که سختی بیشتری دارد؛ در این صورت، طول عمر ابزار برش نیز افزایش خواهد یافت. با این حال، در این موقعیت باید استحکام و سفتی مورد نیاز برای عملیات مورد نظر را نیز در نظر گرفت. برای انتخاب بهترین فولاد ابزار با مناسب ترین ویژگی ها باید در ابتدا، گرید مناسب و سپس، عملیات حرارتی مناسب با شرایط را انتخاب کرد.
فولاد خشکه یکی از مهم ترین گروه های فولاد ابزار سردکار است که به دلیل ترکیب شیمیایی مناسب، قابلیت ماشین کاری خوب و سختی پذیری بالا، در صنعت ابزارسازی به طور گسترده استفاده می شود. برای شناخت بهتر آهن خشکه و اینکه دقیقا خشکه چیست، لازم است ویژگی ها و محدودیت های آن را بررسی کنیم تا بتوانیم تشخیص دهیم چه زمانی استفاده از فولاد خشکه هوایی یا انواع فولاد خشکه انتخاب مناسب تری است.
مزایای فولاد خشکه
معایب فولاد خشکه
در پاسخ به سوال فولاد خشکه هوایی چیست؟ گفتیم که فولادهای خشکه هوایی زیرگروهی از فولاد ابزار سردکار هستند که پس از حرارت دهی، تنها با سرد شدن در هوا سخت می شوند و به همین دلیل اعوجاج و ترک کمتر دارند. برای مقایسه بهتر انواع فولاد خشکه هوایی با دیگر فولادهای ابزار، لازم است خواص کلیدی و تفاوت های کاربردی آنها را کنار هم قرار دهیم. در جدول زیر به مقایسه فولاد خشکه هوایی با فولاد ابزارهای دیگر پرداخته ایم:
| نوع فولاد | ویژگی اصلی | کاربرد | مزیت نسبت به بقیه | محدودیت |
|---|---|---|---|---|
| فولاد خشکه هوایی | سختکاری با هوا و پایداری ابعادی بالا | ابزارهای برش سرد، قالب های سبک | کاهش تاب برداشتن و ترک | عدم تحمل دمای بالا |
| فولاد خشکه معمولی | سختکاری با آب یا روغن | ابزارهای عمومی و سردکار | قیمت پایین تر | احتمال اعوجاج بیشتر |
| فولاد تندبر HSS | مقاومت بالا در دمای زیاد | مته، تیغه های سرعت بالا | مناسب سرعت و دمای زیاد | قیمت گران تر |
| فولاد گرمکار | مقاومت حرارتی بالا | قالب های دایکست، فورج | تحمل ضربه و دما | ماشین کاری سخت تر |
| فولاد فنر | انعطاف و برگشت پذیری | فنرها و قطعات کشسان | استحکام کششی خوب | سختکاری حساس |
یک ترکیب خاص در مواد اولیه فولاد خشکه نمی تواند تمامی ضوابط و ویژگی های ابزارهای برش را پوشش دهد. فولادهای مولیبدن، از جمله M1، M2 و M7، و فولاد تنگستن T1 از جمله پرکاربردترین فولاد خشکه یا تندبر هستند. این فولاد ابزارها بالاترین حد سختی و بهترین عملکرد در برش را دارند؛ با این حال، سختی داغ و مقاومت ساییدگی آن ها از دیگر فولاد ابزارهای خشکه پایین تر است. اضافه کردن وانادیوم به این فولاد ابزارها می تواند موجب افزایش مقاومت در برابر سایش و بهبود سختی داغ شود.
فولاد خشکه که حاوی مقادیر متوسط وانادیوم باشند، برای برش های سخت و ظریف بر روی مواد اولیه مناسب تر خواهند بود. فولاد 5% وانادیوم بهترین عملکرد را برای برش فلزات سخت و همچنین ماشینکاری آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، آلیاژهای آستنیتی و فلزات نسوز خواهد داشت. هر چند فولاد ابزارهای مبتنی بر کبالت، شکننده تر هستند، با این حال، عملکرد این فولاد ابزارها در ماشینکاری مواد سخت و فلس دار بهتر خواهد بود.
علیرغم رقبای سرسختی که در حوزه برشکاری برای فولاد خشکه یا تندبر وجود دارند، از جمله آلیاژهای کبالت ریخته گری شده، کاربیدهای سیمانی، سرامیک ها و سرمت ها، این فولاد ابزارها از یک قرن پیش تاکنون جزء بسیار مهمی از صنعت بوده اند. سختی قابل توجه، مقاومت در برابر ساییدگی، سختی داغ و استحکام بسیار بالای این فولاد ابزارها می تواند به راحتی جایگاه فولاد خشکه را در بازار ابزار برشی تضمین و تحکیم کند.
قیمت فولاد خشکه هوایی به دلیل ماهیت آلیاژی و وابستگی شدید به بازار جهانی فولاد، نرخ مواد اولیه و نوسانات صنایع ابزارسازی، یک عدد ثابت ندارد. عوامل تأثیرگذار بر قیمت فولاد خشکه هوایی عبارتند از: نوع و گرید فولاد، سختی قابل دستیابی، کیفیت تولید، کشور سازنده، وزن و ابعاد میلگرد یا تسمه، و میزان تقاضا برای انواع فولاد خشکه هوایی در صنایع قالب سازی و ابزارسازی. علاوه بر این، تغییرات قیمت ارز و نوسانات بازار آهن نیز تأثیر مستقیم بر قیمت فولاد خشکه هوایی دارند.
به طور معمول، قیمت این فولاد از فولاد خشکه معمولی بالاتر است، زیرا خواص بهتری مانند پایداری ابعادی، مقاومت سایشی و قابلیت سختکاری با هوا دارد. البته نسبت به فولادهای تندبر و فولادهای گرانقیمت گرمکار، ارزان تر محسوب می شود. برای دریافت قیمت دقیق، باید وزن و گرید مشخص شود، زیرا فروش فولاد خشکه هوایی معمولا بر اساس کیلو یا شاخه قیمت گذاری می شود. در نهایت، شناخت اینکه آهن خشکه چیست و چه تفاوتی با فولاد خشکه هوایی دارد، کمک می کند انتخاب اقتصادی تر و مناسب تری بر اساس نیاز صنعتی داشته باشید.
به طور کلی، فولاد خشکه به دو دسته تنگستن (سری T) و مولیبدن (سری M) تقسیم می شوند. عددی که به همراه این حروف مشاهده می شود، معنی خاصی ندارد و تنها برای تفکیک راحت تر این ابزارها در نظر گرفته شده است. با این حال، توجه داشته باشید که عناصر آلیاژی مورد استفاده در فولاد ابزارهای خشکه، از جمله تنگستن، کروم، نیتروژن، گوگرد، کبالت، وانادیوم و غیره می توانند ویژگی های منحصر به فردی به هر یک از این فولاد ابزارها بدهند. شما می توانید با در نظر گرفتن گرید فولاد ابزار و شرایط مورد نظر خود، بهترین گزینه را برای انجام عملیات مورد نظر خود انتخاب کنید.
سوالات متداول
فولاد خشکه هوایی نوعی فولاد ابزار سردکار است که پس از حرارت دهی، با هوا سرد می شود و به سختی بالا می رسد. این فولاد برای ساخت ابزارهای برش، قالب های پرس سبک، سنبه، قیچی های صنعتی و قطعاتی که نیاز به مقاومت سایشی بالا دارند استفاده می شود.
خشکه هوایی قابلیت سخت شدن با سرد شدن در هوا را دارد اما خشکه معمولی برای رسیدن به سختی لازم باید در روغن یا آب سرد شود. خشکه هوایی پایداری ابعادی بهتری دارد و هنگام سختکاری تاب بر نمی دارد، در حالی که خشکه معمولی احتمال اعوجاج بالاتری دارد.
بله، مهم ترین ویژگی این فولاد همین قابلیت سختکاری با هوا است. پس از عملیات حرارتی، فولاد بدون نیاز به کوئنچ شدید در آب یا روغن سخت می شود و خطر ترک خوردگی یا تغییر شکل بسیار کمتر است.
مزایای اصلی آن عبارت است از: سختی بالا، پایداری ابعادی بسیار خوب، مقاومت سایشی مناسب، کاهش احتمال ترک و تاب برداشتن، و طول عمر بالاتر ابزار ساخته شده. همچنین عملیات حرارتی آن نسبت به دیگر فولادها ساده تر و کم ریسک تر است.
این فولاد در صنایع قالب سازی، ابزارسازی، تولید قطعات سردکار، ساخت قیچی ها و تیغه های صنعتی، ابزارهای اندازه گیری، صنایع خودروسازی، ماشین سازی و خط تولیدهای برشی کاربرد گسترده دارد.
فولاد تندبر یا HSS برای کار در سرعت های بالا و دماهای زیاد طراحی شده و مقدار زیادی عناصر آلیاژی مثل مولیبدن و تنگستن دارد. اما فولاد خشکه هوایی برای کار سرد و سرعت پایین کاربرد دارد و مقاومت دمایی آن کمتر است. در عوض سختی اولیه و پایداری ابعادی آن بهتر است.
بله، این فولاد یکی از بهترین گزینه ها برای ابزارسازی سردکار است، زیرا سختی بالا، مقاومت سایشی مناسب و پایداری ابعادی بسیار خوبی دارد. برای ابزارهایی که تحت ضربه یا دمای زیاد نیستند، انتخابی ایده آل محسوب می شود.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.