فولاد ابزار چیست + انواع، نحوه تولید و 4 ویژگی

صنعت فولاد یکی از مهم‌ترین صنایع هر جامعه‌ای به شمار می‌رود. وجود طیف متنوعی از فولادها، منجر به آن شده است که در بسیاری از صنعت‌های کوچک و بزرگ، به نحوی راه خود را باز کنند و مورد استفاده قرار گیرند. یکی از انواع پرکاربرد فولاد، فولاد ابزار است که خود انواع مختلفی را شامل می‌شود و خصوصیات مخصوص به خود را دارا است. در ادامه مطلب قصد داریم به معرفی بیش‌تر این فولاد و موارد استفاده آن بپردازیم. با ما تا انتهای این مطلب همراه باشید.

فولاد ابزار چیست؟

فولاد ابزار (به انگلیسی Tool Steel) به فولادهای کربنی یا آلیاژی با قدرت سخت شدن یا بازپخت اطلاق می‌شود که در تولید ابزار و تجهیزات فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولادهای ابزار در برابر سایش مقاومت بالایی دارند و در دماهای بالا شکل خود را از دست نمی‌دهند. علاوه بر آن، به علت دارا بودن عنصر وانادیم، در برابر خوردگی از خود مقاومت نشان می‌دهند.

فولاد ابزار چگونه ساخته می‌شود؟

فرآیند تولید فولاد ابزار با استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی انجام می‌شود که حرارت مورد نظر را با استفاده از انرژی الکتریسیته، تولید می‌کنند. استفاده از این نوع کوره با هدف تولید فولاد ابزار تمیز و عاری از ناخالصی و با دقت بالا صورت می‌گیرد.

همچنین استفاده از آن، با هزینه‌های پایینی همراه است. به همین خاطر، از محبوبیت زیادی برخوردار می‌باشد. کوره‌های حرارتی بر اساس منبع تامین انرژی، به کوره‌های با سوخت فسیلی و کوره‌هایی با منبع انرژی الکتریسیته تقسیم می‌شوند.

کوره‌های القایی فورج جزو کوره‌های با منبع انرژی الکتریسیته به حساب می‌آیند و برای تولید فولاد ابزار استفاده می‌شوند. نقش کوره‌های القایی در تولید و ریخته‌گری به علت ذوب القایی، راندمان بالا و تولید پایین آلودگی، نسبت به گذشته بیش‌تر شده است.

عملیات حرارتی در دمای معمولی انجام می‌شود و تفاوتی با عملیات حرارتی فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژی ندارد. انجام عملیات بازپخت به جهت عدم کاهش سختی فولاد، عدم ظاهر شدن عیوب داخلی و خارجی و جلوگیری از ایجاد ترک در فولاد ابزار باید در درجه حرارت پایین و با دقت فراوان انجام شود تا سختی مورد نظر ایجاد گردد. افزون بر آن مهم است که فولاد ابزار به سرعت سرد شده و در درجه حرارت پایین مورد عملیات آنیلینگ قرار گیرد تا سختی به دست آمده کم نشود.

انواع فولادهای ابزار کدامند؟

انواع مختلفی از فولادهای ابزار تولید و به بازار عرضه می‌شوند که در ادامه مطلب به بررسی هر کدام خواهیم پرداخت:

فولادهای ابزار سرد کار

فولادهای ابزار سردکاری خود به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

1. فولاد ابزار سخت شونده در هوا

فولادهای ابزار این گروه، به علت کروم بالایی که دارند، در عملیات حرارتی و ماشین کاری، مقاومت بالاتری از خود نشان می‌دهند. علاوه بر این، از دوام بالاتری نسبت به سایش و چقرمگی برخوردارند.

کاربردهای فولاد ابزار سخت شونده در هوا شامل موارد زیر می‌شود:

• ابزار کله زنی
• دریچه بندی
• قالب های سکه زنی
• قالب های سردکار
• لبه بری سرد، چاقو
• ابزار برشی سرد
• ابزارهای تراشکاری
• ابزار برشی چوب کار
• میله سربی
• دریچه بندی، قالب‌های سکه زنی
• ابزار برجسته کاری

2. فولاد ابزار سخت شونده در روغن

این فولاد نیز در برابر سایش و چقرمگی مقاومت خوبی دارد و برای ساخت بسیاری از محصولات، بکار گرفته می‌شود که به شرح زیر می‌باشند:

• ساخت حدیده
• دستگاه های برش زنی
• قالب ریزی سرد
• دریل
• ابزارهای نورلینگ

3. فولاد ابزار پرکروم و پرکربن

این دسته از فولاد، مشابه با نوع اول است. وجود 12 درصد کروم و 2.25 تا 1.5 کربن، منجر به افزایش مقاومت در برابر نیروهای وارد بر آن شده است. این گروه در برابر عملیات ماشین‌کاری و سخت‌کاری، تغییری از خود نشان نمی‌دهند. افزون بر آن، همچون دیگر عملیات سختکاری، از دوام مناسبی در برابر خوردگی و اکسیداسیون برخوردار است و موارد استفاده زیر را شامل می‌شود:

• دستگاه برش‌زنی کاغذ
• قالب‌زنی سردکاری
• ابزار برجسته سازی، حدیده‌کاری سرد
• شکل‌دهی سرد، لبه‌بری سرد
• ساخت سیم و مفتول
• کاتر
• ابزار نورلینگ
• ابزار برشی چوب کار

فولادهای ابزار گرم کار

فولادهای ابزار گرم‌کار برای قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا، قدرت و سختی زیادی از خود نشان می‌دهند و ویژگی‌های خود را هنگام کار در این دما، حفظ می‌کنند که با وجود کربن کم حاصل می‌شود. از کاربردهای این گروه می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قالب ریزی داغ
• ابزار برشی داغ
• ابزار ریخته گری
• اکستروژن داغ

فولادهای ابزار سخت شونده با آب

این فولادها شامل فولادهای باکربن و سختی بالا هستند که به علت هزینه پایین، بیش‌ترین کاربرد را در میان فولادهای ابزار دارا هستند. با این وجود شکنندگی، از عوارض جانبی است دسته است. همچنین، برای کار در دمای بالا و فشار زیاد مناسب نیستند. اصطلاح سخت شونده در آب، به علت فرآیند سختکاری فولاد در آب اطلاق می‌گردد. موارد استفاده این نوع از فولادهای ابزار به شرح زیر است:

• کارد و چنگال
• برش و چاقو
• برجسته کاری
• مته ها
• تیغ ریش تراش
• ابزار تراش

فولادهای ابزار مقاوم در برابر ضربه

فولاد ضد ضربه، بر خلاف دیگر گروه‌های سختکاری، کربن کم‌تری دارد که منجر به مقاومت پایین در برابر سایش خواهد شد. اما به علت چقرمگی بالا در برابر ضربه، دوام زیادی دارند. کاربردهای فولاد ابزار این دسته به شرح زیر است:

• ساخت دستگاه بخار پز
• ابزارهای قلم زنی
• مته خفاری
• قطعات کلاچ
• گریپور گرم و سرد
• قالب ریزی گرم
• لبه بری گرم
• برش زنی سرد و گرم

فولادهای ابزار تندبر

این فولاد دارای عناصر آلیاژی مانند تنگستن و وانادیوم است. وجود این عناصر منجر به افزایش مقاومت در برابر سایش خواهد شد. فولاد تندبر در مقایسه با ابزارهای قدیمی، کاربرد بیش‌تری دارد؛ چراکه فولادهای این دسته، فرم یا سختی خود را از دست نمی‌دهند و در دماهای بالا مقاوم می‌باشند.

وجود عناصر آلیاژی مثل مولیبدن، کروم، تنگستن، وانادیوم در فولاد خشکه هوایی منجر به آن شده است که به فولادی با کاربرد بالا تبدیل شوند. به همین علت این فولادها قادر هستند سختی خود را در دمای بیش از 500 درجه سانتی‌گراد حفظ نمایند. کاربردهای این فولاد به شرح زیر است.

• ساخت ماشین های ریش تراش
• اره برقی
• فرز و مته

فولادهای ابزار کم آلیاژ

وجود عنصر کربن در فولاد ابزار کم آلیاژ، نقش اساسی در ساخت محصولات دارا است. هرقدر میزان کربن بیش‌تر باشد، سختی فولاد نیز افزایش پیدا خواهد کرد. لازم به ذکر است این فولاد، تا دمای 1000 درجه سانتی گراد را نیز تحمل می‌کند.

فولادهای ابزار قالب

ابزارهای قالب به علت پایین بودن مقدار کربن موجود در آن، در برابر سایش مقاومت پایینی دارند، اما با انجام عملیات حرارتی و اضافه کردن نیکل و کروم، سختی آن‌ها افزایش پیدا خواهد کرد. این ابزارها برای ساخت قالب‌های فشاری، قالب‌های تزریقی و غیره مناسب هستند.

ویژگی های ابزارهای فولاد

مهم‌ترین ویژگی فولاد ابزارها حفظ میزان سختی، مقاومت و شکل خود در دمای بالا حین برش لبه‌ها است. به همین علت می‌توان از ابزارهای تولید شده توسط فولاد ابزار در محیط‌های باز با سختی بالا استفاده کرد.

با توجه به خواص شیمیایی و قابلیت بازپخت فولادهای ابزار، می‌توان آن را تحت عملیات حرارتی مناسب با تغییر دادن شرایط در هنگام ساخت تجهیزات فولادی مورد استفاده قرار داد و نظر به این ویژگی، قابلیت استفاده برای برش و شکل دادن مواد فراهم خواهد شد.

فولاد ابزار کربنی (tcs-t2) چیست؟

چنان‎چه فولادی کمتر از 0.4 درصد مس داشته باشد، در دسته فولاد ابزار کربنی (tcs-t2) قرار می‌گیرد.

فولاد ابزار کربنی (tcs-t3) چیست؟

فولاد ابزار کربنی T3 نوعی فولاد ابزار کربن بالا است. مطابق با انواع قبلی، در برابر سایش مقاوم است.

کاربرد فولادهای ابزار چیست؟

کاربردهای فولاد ابزاری به نوع ابزاری بستگی دارد که انتخاب می‌شود. به علت آن‌که تمامی انواع فولاد ابزارها درصدی کربن در ترکیبات خود دارند، برای بیان کاربردهای فولاد ابزارهای مختلف، آن‌ها را به نسبت درصد کربن موجود، تقسیم‌بندی می‌کنند که به شرح زیر می‌باشد:

• فولاد ابزار کم کربن

فولاد ابزارهای کم کربن در ساخت قطعات مهندسی، ساختمان کشتی و راه‌آهن بیشتر کاربرد دارند. علت نیز آن است که این قطعات در معرض دما و فشار بالا نیستند، بنابراین سختی زیادی نیز نیاز ندارند.

• فولاد ابزار کربن متوسط

ساخت قطعات و اجزا در صنایع راه آهن، ماشین‌آلات و دستگاه‌های مربوط به صنایع حمل و نقل، از جمله کاربردهای فولاد ابزار دارای کربن متوسوط و به تبع سختی متوسط هستند.

• فولاد ابزار کربن زیاد

این فولاد در مواردی مانند ساخت غلتک‌، ابزارآلات و ماشین‌آلات صنعتی که نیاز به مقاومت بالایی در برابر سایش دارند، کاربرد زیادی دارد. علاوه بر آن از فولادهای ابزار کربنی برای ساخت قطعاتی مانند ابزار دستی، ابزار آلات کشاورزی، آچار، پیچ و مهره، ماتریس، محور کرپی داس، چکش، پیچ‌گوشتی، قالب‌های برجسته کاری توپر و توخالی و قالب‌های برش و پانچ سرد استفاده می‌شود.

جمع بندی

فولاد ابزار به فولادهای کربنی یا آلیاژی با قدرت سخت شدن یا بازپخت گفته می‌شود که برای تولید ابزار و تجهیزات فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. فولادهای ابزار در انواع مختلفی همچون سردکار، گرم‌کار و غیره به تولید می‌رسند و در برابر سایش مقاومت زیادی از خود نشان می‌دهند. کارخانه شاهین فلز سپاهان از جمله عرضه‌کنندگان خدمات پوشش دهی با مواد زینک فلیک است که به کمک آن می‌توان مقاطع مختلفی فولادی همچون فولادهای ابزار را پوشش‌دهی نمود و عمر مفید آن‌ها را به طور قابل توجهی افزایش داد.

منبع(Resource): Tool Steel

سوالات متداول