فولاد ابزاری (Tool Steel) به دسته ای از فولادهای کربنی. و آلیاژی گفته می شود که برای ساخت ابزار و قالب مناسب هستند. این خواص شامل سختی بالا، مقاومت به سایش. مقاومت به تغییر شکل و دفورمه شدن و قابلیت حفظ لبه برش دهنده در دماهای بالا است. به همین دلیل فولادهای ابزاری برای شکل دهی به سایر مواد مناسب هستند.

فولاد ابزاری چیست؟- Tool Steel-طبقه بندی فولاد  ابزار-فولادهای ابزاری کارسرد- کربن بالا

فولاد های ابزاری معمولاً در کوره های قوس الکتریکی و تحت شرایط و الزامات ویژه فولادهای ابزاری ذوب می شوند. فولادهای ابزاری در حقیقت فولادهایی هستند که اقبلیت سخت کاری و تمپرینگ دارند. درصد بالای عناصر آلیاژی و میکروساختار مناسب کاربردهای طاقت فرسا و شدید، باعث شده که تولید این فولادها دشوار باشد.

خواص اصلی فولاد ابزار شامل مقاومت به سایش، سختی بالا. و قابلیت حفظ شکل و در دماهای فوق العاده بالا باعث استفاده از آن در ساخت ابزارهایی مانند مته. برقو، کارتها، قالب های فورجینگ و قالب های تزریق پلاستیک شده است.

بازار فولاد ابزار در سال 2017 بیش از 4.5 میلیارد دلار ارزش داشت. و انتظار می رود تا سال 2024 صنعت به بیش از 2.5 تن فولاد ابزار نیاز داشته باشد. بزرگترین شرکت های تولید کنند فولاد ابزاری در جهان عبارتند از.ناچی -فوجیکوشی، هیتاچی متالز، وست آلپاین، ساموئل سان اند کو، ارامت، تیانگونگ اینترنشنال، شرکت فولاد پنسیلوانیا، کی او اسپشال استیل.

طبقه بندی فولادهای ابزاری

تعداد بسیار زیادی از فولادهای ابزار به طور مؤثری توسط مؤسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) طبقه بندی شده است. که توسط کشورهای بسیاری پذیرفته شده ا و استفاده می شود. سیستم طبقه بندی AISI فولادهای ابزار را بر اساس مشخصه برجسته آنها مانند آلیاژ. کاربرد یا عملیات حرارتی آنها به گروه های مختلفی تقسیم بندی می مکند.

فولاد ابزار

ریز ساختار سختکاری شده یک فولاد ابزاری متداول. شامل زمینه ای از مارتنزیت تمپر شده حاوی پراکندگی های مختلفی از آهن و کاربیدهای آلیاژی است. وجود درصد بالایی از کربن یا عنصر آلیاژی در این فولادها. امکان سخت کاری یا تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک کاری را فراهم کرده است. هر چه درصد کربن با عناصر آلیاژی در مارتنزیت در حالت فوق اشباع بیشتر باشد. که از آستنیت مادر به ارث می برد.

درصد کاربیدهای شکل گرفته در حین تمپرینگ بیشتر خواهد بود. هرچه درصد عناصر تشکیل دهنده کاربیدهای قوی بیشتر باشد. چگالی کاربیدهای پایدار در آستنیت در هنگام کار در حالت گرم و آستنیتی کردن بیشتر خواهد بود. این کاربیدها علاوه بر آنهایی که در حین تمپرینگ در مارتنزیت شکل گرفته اند. به عنوان اجزایی از میکروساختار باقی خواهند ماند. هرچه درصد کربن مارتنزیت و چگالی کاربیدها بیشتر باشد مقاومت به سایش فولاد افزایش خواهد یافت. اما از طرفی چقرمگی آن کاهش می یابد.

گروه سختکاری شونده با آب : گروه W

فولاد های ابزاری سختکاری شونده در آب کمترین میزان عناصر آلیاژی را در میان فولادهای ابزاری دارند. و اساساً این فولادها، فولادهای کربنی هستند. به همین دلیل قابلیت سختکاری آنها پایین بوده و برای تشکیل مارتنزیت باید آنها را در آب کوئنچ کرد. حتی با وجود کوئنچ کردن در آب ممکن است فقط سطح فولاد سختکاری شود. با این حال درصد بالای کربن در فولادهای ابزاری سختکاری شونده در آب این اطمینان را می دهند. که در هرجایی که مارتنزیت شکل بگیرد، سختی بالایی وجود خواهد داشت. به دلیل درصد پایین عناصر آلیاژی در فولادهای ابزاری سخت شونده در آب. عملیات حرارتی فقط کاربیدهای آهن شکل خواهند گرفت.

این فولادها توسط آب سختکاری می شوند. و به همین دلیل فولادهای ابزاری سختکاری شونده با آب نام گذاری شده اند. فولادهای گرید -W در حقیقت فولادهای کربن -بالای ساده هستند. این گروه از فولادهای ابزاری به دلیل قیمت پایین تر آنها. نسبت به سایر فولادهای ابزاری پر کاربردترین فولادهای ابزاری هستند. این فولادها برای کاربردهایی که در دمای بالا وجود ندارد مناسب است. در دماهای بالای 150 درجه سلسیوس این فولادها خاصیت سختی خود را به شدت از دست می دهند. از آنجایی که این فولادها پس از عملیات حرارتی خیلی بیشتر از فولادهای سختکاری شونده در هوا یا روغن. تاب برداشته یا ترک می خورند. امروزه نسبت به قرن 19 و 20 خیلی کمتر از آنها استفاده می شود.

گروه کار سرد

گروه سختکاری شونده با روغن (Oil Hardening): سری O

فولادهای ابزاری کار -سرد سختکاری شونده در روغن با هدف تولید فولادهایی با مقاومت به سایش بسیار بالا. در شرایط کار در حالت سرد توسعه داده شدند. سختی بالا توسط مارتنزیت کربن – بالای تمپر شده در دمای پایین، برای تولید کاربیدهای پراکنده بسیار ریز، ایجاد می شود. به دلیل وجود درصد بالای کربن و عناصر آلیاژی، قابلیت سخت کاری تا عمق زیادی از قطعه. توسط کوئنچ کردن در روغن وجود دارد. گرید O7 حاوی درصد بسیار بالایی از کربن و درصد زیادی عناصر آلیاژی است. که باعث بهبود تشکیل گرافیت می شود. و این امر سبب افزایش قابلیت ماشینکاری و عمر قالب می شود.

این سری شامل گریدهای O1 و O2 و O6 و O7 می باشد. فولادهای این گروه همگی در دمای 800 درجه سانتی گراد سختکاری و داخل روغن کوئنچ شده. و در دمای زیر 200 درجه سانتیگراد برگشت (Tempering) داده می شوند.

گروه سختکاری شونده در هوا (Air Hardening): سری A

فولادهای ابزاری آلیاژ – متوسط، کار – سرد در شرایط کار در حالت سرد مقاومت به سایش بالایی دارند. گریدهای مختلف این فولادها، به دلیل دامنه مختلفی از درصد کربن و عناصر آلیاژی. ترکیب های مختلفی از چقرمگی و سختی ارائه می دهند. مشابه فولادهای سخت شونده در روغن. مقاومت در برابر سایش توسط مارتنزیت پر – کربن و کاربیدهای ریز پراکنده فراهم می شود. با این حال درصد عناصر آلیاژی به اندازه ای زیاد است. که امکان تشکیل مارتنزیت در هنگام خنک شدن در هوا نیز وجود دارد. و در نتیجه این فولادها در هوا نیز سختکاری می شوند. خنک کاری نسبتاً آهسته این فولادها در هوا باعث به حداقل رسیدن اعوجاج. و تاب برداشتن قطعه و پایداری ابعادی خوب آنها در هنگام عملیات حرارتی می شود. این گروه از فولادهای ابزاری درارای گریدی با نام A10 است که حاوی گرافیت نیز می باشد.

فولاد های ابزاری نوین سختکاری شونده در هوا. با ویژگی «تغییر شکل و دفورمه شدن کم» خود در طول فرآیند خنک کاری شناخته می شوند. قابلیت ماشینکاری آنها معمولاً خوب بوده و توازن خوبی بین استحکام و مقاومت به سایش در آنها بر قرار است. اولین فولادی ابزار سختکاری شوند در هوا با عنوان Mushet steel شاخته می شود.

گروه کربن بالا، کروم بالا: سری D

فولاد های ابزاری کار سرد، کربن -بالا مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و خوردگی دارند. در این فولادها علاوه بر نقش مارتنزیت کربن – بالای تمپر شده در اجزای میکروساختار. تعداد زیادی از کاربیدهای آلیاژ نیز نقش مهمی در دستیابی به مقاومت در برابر سایش بالا دارند. مقداری از کاربیدهای آلیاژ در هنگام انجماد تولید شده. و با آستنیت در هنگام کار در حالت گرم و آستنیتی کردن همزیستی می کنند. و مقداری نیز در هنگام تمپر کردن ایجاد می شود. در این فولادها نیز، درصد بالای عناصر آلیاژی قابلیت سختکاری را بالا برده و امکان تولید مارتنزیت در هنگام خنک کاری در هوا و در نتیجه پایداری ابعادی قطعه ایجاد می گردد. با اینکه مقاومت به سایش فولادهای ابزاری سری -D برای کاربردهای کار در حالت سرد مطلوب است. فرآیندهای ماشینکاری و سنگ زنی در هنگام تولید قالب های ریخته گری و تزریق پلاستیک دشوار است.

فولادهای ابزاری کلاس کار سرد شونده سری D. که در اصل شامل فولادهای D2 و D3 و D6 و D7 است. حاوی 10 تا 13 درصد عنصر کروم است. این فولادها معمولاً سختی خود را تا 425 درجه سانتی گراد حفظ می کنند. از کاربردهای متداول این گروه می توان به قالب های فورجینگ. بلوک قالب های دایکستینگ و قالب های ساخت قطعه به روش کشش (drawing) اشاره کرد. به دلیل درصد بالای کروم آنها برخی فولادهای سری D. به عنوان فولاد زنگ نزن یا «شبه – زنگ نزن» شناخته می شوند. اما به دلیل رسوب کروم و محتوای کربن آنها به صورت کاربید. خاصیت مقاومت به زنگ زدگی آنها پایین است.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶