فولاد گرمکار به عنوان یکی از پرکاربردترین فولادهای ابزار در صنعت شناخته می‌شود. دانستن مشخصات، ویژگی‌ها و انواع این نوع از فولاد در استفاده از آن بسیار کمک کننده خواهد بود. از ابتدای کشف آهن و استخراج آن توسط بشر و آغاز عصر آهن تاکنون که انسان به دنبال تسلط بر فضا است، همواره صنعت آهن و فولاد با توسعه و پیشرفت همراه بوده است؛ که می‌توان تنوع بسیار زیاد کاربرد فولاد را یکی از اصلی‌ترین علل آن دانست. از همین رو گروه‌های مختلف فولادها با خواص متفاوت، ساخته و دسته‌بندی شدند. یکی از این گروه‌ها که جزو پرکاربردترین دسته‌بندی فولادها می‌باشد، فولادهای گرمکار هستند. پیشنهاد می‌کنیم برای شناخت بیشتر این نوع از فولادها در ادامه مطلب با ما همراه باشید.
*** فولاد گرمکار چیست؟
همانطور که گفتیم فولاد گرمکار جزء دسته فولادهای ابزار محسوب می‌شود. با توجه به نام این فولاد، مقاومت آن در دماهای بالا یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آن است که باعث کاربردهای مختلف آن شده است. از این فولادها برای ساخت و فرم دهی آلیاژهای آهنی و یا غیرآهنی استفاده می‌شود که برای اینکار روش‌های گوناگونی مثل ریخته گری، اکستروژن و یا آهنگری ( فورجینگ ) وجود دارد.
فولادهای گرمکار در رده فولادهایی با کربن متوسط محسوب می‌شوند. درصد کربن آنها بین ۰.۳۵% تا ۰.۴۵% است. این فولادها در دسته فولادهای پر آلیاژ محسوب می‌شوند؛ پس می‌توان نتیجه گرفت که فولادهای گرمکار در دسته فولادهای کربن متوسط و پر آلیاژ به حساب می‌آیند.
حداقل دما برای اینکه فولادهای گرمکار وارد حوزه تولید ابزار آلات شوند در حدود ۳۱۶ درجه سانتیگراد است. در بسیاری از فعالیت‌ها برای ساخت و برش فلز در دماهای بالا از فولاد گرمکار استفاده می‌شود. این فولاد یکی از پرمصرف‌ترین فولادها است و آلیاژهای مختلفی در آن به کار رفته‌اند که خواص مختلف آن را رقم می‌زنند. برای اینکه فولاد در دمای بالا خواص خود را حفظ کند، باید در برابر نرم شدن و حفظ سختی مقاومت مطلوبی داشته باشد. برای ایجاد این ویژگی‌ها، می‌توان از عملیات حرارتی این فولادها استفاده کرد.
*** مشخصات و ویژگی‌های فولاد گرمکار
با توجه به اینکه فولاد گرمکار باید در برابر حرارت مقاومت مطلوبی داشته باشد، دارای اهمیت زیادی در صنعت فولاد است. همچنین برای اینکه بتوان از این نوع فولادها در موارد مورد نیاز استفاده کرد، بایستی به غیر از تحمل دمای بالا، ویژگی‌های دیگری نیز داشته باشند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
- داشتن مقاومت بالا در برابر تغییر شکل با توجه به طولانی شدن عملیات حرارتی
- مقاومت بالا در برابر کشش‌های گرم
- قدرت تحمل بالا در برابر سایش‌های گرم
- استحکام بسیار بالا در برابر ضربه‌های گرم
- دارا بودن قدرت و مقاومت بالا در برابر شوک‌های حرارتی
- قابلیت ماشین کاری خوب
*** دسته بندی فولادهای گرمکار
فولادهای گرمکار دارای انواع مختلفی بوده که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. براساس خاصیت و ویژگی، فولاد گرمکار به دو دسته کلی تقسیم می‌شود.
- فولادهای گرمکاری که با استفاده از آب درجه سختی آنها افزایش پیدا می‌کند.
- فولادهای گرمکاری که در برابر شوک‌‌ها مقاومت بالایی از خود نشان میدهند.
*** سخت کاری فولاد گرمکار
همانطور که گفتیم فولاد گرمکار یک نوع فولاد آلیاژی محسوب می‌شود. با توجه به اینکه سخت کاری این نوع از فولادها با چه عنصری انجام می‌شود، نوع آن نیز متفاوت خواهد بود. عناصر آلیاژی مختلفی در این دسته از فولادها وجود دارند، ازجمله عناصر مولیبدن، کروم، تنگستن، و وانادیوم. بر اساس استاندارد AISI که به انستیتو فولاد و آهن آمریکا مربوط می‌شود، نماد فولادهای گرمکار H می‌باشد. در ادامه به معرفی انواع فولاد سخت کاری شده گرمکار با عناصر مختلف می‌پردازیم.
*** فولاد کروم دار
از فولاد H10 تا H19 در دسته فولادهای گرمکار کروم دار قرار دارند. عناصر تشکیل دهنده آن بیشتر کروم و مقداری تنگستن، وانادیوم، مولیبدن و کبالت می‌باشد. بین ۰.۳۵% تا ۰.۴۵% هم مقدار کربن در این دسته از فولادها می‌باشد. این فولاد ها با توجه به کربن پایین و مقدار بالای کرومی که دارند، از سختی بسیار بالایی در هنگام عملیات سختکاری برخوردار هستند. فولاد گرمکار کروم دار تا عمق ۳۰ سانتیمتر با هوا یا گاز قابلیت سختکاری دارند. در گرید H10 و H14 از این دسته از فولادها، وجود تنگستن و مولیبدن باعث شده که سختی و استحکام آنها در برابر دمای بالا افزایش یابد، ولی چقرمگی آن کاهش یابد.
همچنین ترکیب شیمیایی این فولادها طوری است که در زمان سختکاری از یکنواختی خواص برخوردار می‌باشد و کمترین اعوجاج را دارد. کروم عنصری کاربید زا است و مقاومت به سایش را افزایش می‌دهد. این فولاد عناصر آلیاژی کاربید زایی قوی مثل: مولیبدن، تنگستن، و وانادیوم در خود دارد. فولاد گرمکار کروم دار به دلیل کربن پایین و عناصر آلیاژی تشکیل دهنده آن، در عین حال که سختی خوبی (۴۰ تا ۵۰ راکول سی) دارد، چقرمگی و تافنس خوبی هم دارد.
وجود وانادیوم در این فولاد باعث افزایش سختی پذیری و مقاومت به سایش در دمای زیاد می‌شود. وجود سیلیس باعث بالا رفتن مقاومت این فولاد در برابر خوردگی تا دماهای ۸۰۰ درجه سانتیگراد می‌شود. کروم هم که عنصر اصلی این فولاد است، باعث بهبودی خواص خوردگی، افزایش سختی و استحکام می‌شود.
*** فولاد مولیبدن دار
مولیبدن فلزی است که رنگ نقره‌ای روشن دارد و در فولاد وظیفه کاربید زایی دارد. این فلز در بعضی از فولادها باعث ایجاد سختی ثانویه می‌شود. فولادهای H42 و H43از فولادهای گرمکار مولیبدن دار محسوب می‌شوند و در ترکیب شیمیایی خود عناصر کربن، مولیبدن، تنگستن، کروم و وانادیوم را دارند.
از خواص فولاد گرمکار مولیبدن دار این است که در برابر شوک حرارتی، تغییر شکل و سایش مقاوم هستند. این فولاد ها در حالت آنیل، توانایی و قابلیت ماشینکاری بسیار عالی دارند. از این گروه از فولادها در قالب‌های دایکست، قالب‌های فورج، تیغه‌ها و قالب‌های برش گرم و قالب‌های اکسترود استفاده می‌شود.
*** فولاد تنگستن دار
به استاندارد H21 تا H26 فولاد گرمکار تنگستن دار گفته می‌شود. عناصر آلیاژی اصلی این فولاد، کربن، تنگستن، کروم و در موارد خاص وانادیم است. این گروه نسبت به فولادهای کروم دار، عناصرآلیاژی بیشتری دارند و در برابر نرم شدن از خود مقاومت نشان میدهند. اما فولادهای این گروه ترد و شکننده‌تر به شمار می‌روند.
در فولادهای گرمکار این گروه، چقرمگی و مقاومت به شوک حرارتی، عموما با کاهش مقدار کربن، حاصل می‌شود. با این حال، باید به مقدار تنگستن و وانادیوم نیز توجه کرد. مقدار مشخصی از این عناصر، بهترین ترکیب را با درجه قابل توجهی از چقرمگی و مقاومت در برابر شوک حرارتی نشان می‌دهد.
*** کاربردهای فولاد گرمکار
با توجه به توضیحاتی که دادیم، مهم‌ترین ویژگی فولادهای گرمکار این است که مقاومت بالایی در برابر دماهای بالا دارند و نرم نمی‌شوند. به همین دلیل، بیشترین کاربرد آنها عبارتند از:
- تولید قالب‌های تزریق
- تولید انواع سنباده
- ساخت ابزار و تجهیزات مورد نیاز برای حفاری
- تهیه فولادهای مورد نیاز برای انواع تیغه قیچی
- تولید قالب دایکاست
- تهیه ابزار برای ساخت مهره
- ساخت قالب‌های مورد استفاده برای پولک‌زنی
*** عملیات حرارتی فولادهای گرمکار
عملیات حرارتی (سختکاری) فولادهای گرمکار را باید در کوره‌های خلاء نمکی یا اتمسفر کنترل انجام داد که هر کدام از آنها نکات مربوط به خود را دارند. برخی فولادهای گرمکار سختی پذیری پایینی دارند و جزو دسته H بر اساس استاندارد AISI قرار نمی‌گیرند. این فولادها قابل استفاده در دماهای بالا هستند، اما نمی‌توانند مانند فولادهای دسته H خواص خود را تا دماهای خیلی بالا و زمان طولانی حفظ کنند.
این دسته از فولادها از فولادهای گرمکار دسته H ضعیف تر هستند، اما به عنوان فولاد گرمکار می‌توان از آنها استفاده کرد. البته پیشنهاد می‌شود که از کوره‌های اتمسفری برای سختکاری این فولادها استفاده کرد، زیرا کیفیت سطحی بهتر و خواص مکانیکی یکنواخت تری در آنها حاصل می‌شود.
*** نتیجه گیری
فولاد گرمکار زیر مجموعه فولاد ابزار می‌باشد که دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که باعث کاربرد گسترده آن در زمینه‌های مختلف شده است. مقاومت بالا در برابر سایش، ضربه و شوک‌های حرارتی این فولاد را منحصر به فرد کرده است. تحمل دمای کاری بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد نیز از ویژگی‌های این نوع از فولاد می‌باشد. از نظر نوع ترکیب شیمیایی فولاد گرمکار به سه نوع کروم دار، مولیبدن دار و تنگستن دار تقسیم می‌شود که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. عملیات حرارتی این نوع از فولادها دارای نکاتی از جمله انتخاب نوع کوره است که حتما باید را عایت شود. امیدواریم با مطالعه این مقاله پاسخ سوال‌هایتان را دریافت کرده باشید.
این مطلب بدون برچسب می باشد.
ثبت دیدگاه