فولاد سردکار

فولاد سردکار چیست؟ فولاد سردکار (Cold Work Tool Steel) یکی از انواع فولاد است که درصد کربن بالایی دارد و با مقدار کمی از سایر عناصر آلیاژ شده است که از جمله آنها می توان به تنگستن، منگنز، کروم و مولیبدن اشاره کرد. این ساختار شیمیایی باعث شده تا درجه سختی و پایداری ابعادی بالایی پیدا کنند و در برابر ضربه و سایش مقاوم باشند.

فولاد ابزار سردکار به دلیل اینکه در ساخت ابزارهایی بکار می رود که در حین کار دمای سطحی آنها بیشتر از ۱۰۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد نمی شود به این اسم معروف شده اند. در ادامه این مطلب قصد داریم به معرفی کاربردها، گریدها و انواع این نوع فولاد به همراه مقایسه آن با نوع فولاد گرمکار بپردازیم با ما همراه باشید.

با انواع فولاد سردکار آشنا شوید

این فولاد که در دسته فولادهای ابزاری یا Tool Steel قرار می گیرد در انواع مختلف تولید می گردد. اما قبل از اینکه به توضیح انواع ورق فولادی سردکار بپردازیم لازم است توضیح مهمی در رابطه با دسته بندی این نوع از فولاد بدهیم.

در برخی سایت های داخلی به اشتباه انواع مختلف فولاد سردکار را در ۵ دسته بندی قرار داده اند که کاملا اشتباه است و به طور بسیار دقیق، انواع این نوع فولاد در سه دسته کلی قرار می گیرند. به عبارت دیگر انواع فولاد ابزار در چندین گرید قرار می گیرد:
– فولاد ابزاری سخت شونده با آب (Water Hardening) یا W-Grade
– فولاد ابزاری سخت شونده با هوا (Air Hardening) یا A-Grade
– فولاد ابزاری نوع D (D Type) یا D-Grade
– فولاد ابزاری سخت شونده با روغن (Oil Hardening) یا O-Grade
– انواع مقاوم در برابر ضربه (Shock Resisting Types) یا S-Grade
– فولاد ابزاری گرم کار (Hot-Working) یا H-Grade
– فولاد ابزاری کاربرد خاص (Special-Purpose Group)

از بین انواع گفته شده، فقط گریدهای O/A/D در دسته فولاد سردکار هستند و مابقی متفاوت می باشند و دسته بندی جداگانه ای دارند. همانطور که از اسم این سه گرید متوجه شده اید اشاره به روش سردکاری فولاد ابزار دارند.

در نتیجه با توجه به موضوع مطلب فقط به بررسی سه گرید O، A و D خواهیم پرداخت و با توجه به اینکه در ادامه قصد داریم با فولاد گرم کار نیز مقایسه ای داشته باشیم، گرید H را هم بررسی خواهیم کرد.

با انواع گریدهای فولاد ابزاری سردکار، ویژگی و کاربرد هر یک آشنا شوید

با توجه به موارد گفته شده متوجه شدید که فولاد ابزار سردکار در سه گرید یا نوع مختلف تولید می شود و مابقی گریدها به صورت یک گرید جدا در دسته فولاد ابزاری قرار می گیرند. انتخاب نوع گرید فولاد ابزاری بستگی به چند عامل دارد:

به ساخت ابزارآلاتی جهت برش تیز و برنده نیاز دارید؟

ابزار نهایی باید در برابر ضربات و فشارهای بسیار زیاد مقاوم باشد؟

دمای کارکردی بالاست و ابزار باید بتواند در دمای بالا مقاومت کند؟

مقاومت در برابر سایش مثل ورقه های فولاد ضد سایش که با این هدف تولید می شوند، مهم است؟ چه نوع روش سردکاری اهمیت دارد؟ و غیره. بر همین اساس چنانچه نیاز به فولادهای سردکار دارید، باید با انواع گریدها، کاربرد و ویژگی های هر یک آشنا شوید که در این قسمت به طور کامل به این موضوع خواهیم پرداخت:

• ویژگی و کاربرد فولاد سردکار سخت شونده با هوا یا گرید A:

این نوع فولاد سردکار، در ساخت ابزارهای مختلف کاربرد دارد و در طی عملیات حرارت دهی، کمترین میزان اعوجاج ساختاری را پیدا می کند که بخاطر درصد بالای کروم آن است. این نوع فولاد دارای ویژگی های دیگری همچون قابلیت ماشین کاری بالا، مقاومت بالا در برابر سایش و سختی زیاد نیز هست. از این لحاظ بین گروه D و گرید S قرار می گیرد.

از این فولاد در ساخت سنبه، میله سربی، قالب های کله زنی، ابزارهای برجسته کاری، لبه بری سرد، چاقو، ابزارهای برش چوب، ابزارهای تراشکاری و غیره استفاده می گردد. این گرید در انواع مختلف A2، A3، A4، A6، A7، A8، A9 و A10 ساخته می شود که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند.

• ویژگی و کاربرد فولاد سردکار نوع D یا گرید D:

این نوع فولاد ابزار سردکار دارای درصد بالای کربن و کروم (بین ۱۰ تا ۱۳% که درصد خیلی بالایی است) بوده و در معرض هوا سرد می شود. به دلیل درصد بالای کربن گاهی اوقات در دسته فولادهای ضد زنگ یا نیمه ضد زنگ هم قرار می گیرد ولی مقاومت به خوردگی آن خیلی کمتر است که بخاطر رسوب درصد بالای کروم و کربن آنها به شکل کاربید می باشد.

این نوع فولاد طوری فرموله شده که هم در برابر سایش مقاوم باشد و هم خصوصیات فولادهای سردکار گرید A را داشته باشد. این نوع فولادهای سردکار، سختی خود را تا دمای ۴۲۵ درجه سانتیگراد حفظ می کنند.

از این نوع فولاد در ساخت ابزارهای پرداخت کاری و جلازنی، قالب های سکه زنی، قالب های سردکار، ابزارهای برجسته کاری، لمینیت کاری، قالب ریزی سرد، پیچ، سیم، مفتول، کاتر، چاقوهای برش سرد و غیره کاربرد دارد.

این گرید در انواع مختلف D2، D3، D6 و D7 ساخته می شوند که معمولا پرکاربردترین آن D2 است.

• ویژگی و کاربرد فولاد سردکار سخت شونده با روغن یا گرید O:

این نوع فولادهای سردکار، کاربرد عمومی دارند. مقاومت بالا در برابر سایش و سختی زیاد باعث شده تا کاربردهای زیادی پیدا کنند. از جمله کاربردهای این گرید فولاد سردکار می توان به ساخت بوش، دریل، میله، حدیده، گیره های ماشین تراش، ابزارهای رزوه کردن پیچ و غیره اشاره کرد.

این گرید در انواع مختلف O1، O2، O6 و O7 تولید می شوند که همگی در دمای ۸۰۰ درجه سخت شده سپس در روغن سرد می شوند و دوباره در دمای ۲۰۰ درجه حرارت می بینند.

• ویژگی و کاربرد فولاد گرم کار یا گرید H:

از این گرید فولاد ابزاری، برای برش متریال های مختلف در دمای بسیار بالا استفاده می شود. این نوع فولاد به دلیل اینکه تا مدت زمان زیادی در معرض دمای بالا قرار می گیرد، میزان استقامت و سختی آن بالاتر است.

این نوع فولاد ابزار، میزان کربن پایین و درصد نسبتا بالایی از آلیاژهای مختلف دارد و این اساسی ترین و مهمترین تفاوت فولاد سردکار و گرم کار می باشد.

از این نوع فولاد در ساخت قالب های مختلف، قالب های کله زنی سرد، اکستروژن داغ آلومینیومی و منیزیمی، قالب ریزی داغ، پرداخت کاری داغ، چاقوهای برش داغ و غیره استفاده می شود. این نوع فولادها در انواع سایز و شکل و گریدهای مختلف تولید می گردد.

فولادهای گرم کار در انواع H1 تا H19 (از نوع کرومی یا آلیاژ شده با کروم)، H20 تا H39 (از نوع تنگستنی یا آلیاژ شده با تنگستن) و H40 تا H59 (مولیبدنی یا آلیاژ شده با مولیبدن) تولید می شوند.

نکته: با مقایسه گرید H با سایر گریدها به راحتی متوجه می شوید که فرق بین فولاد سردکار و گرمکار چیست و چه عاملی باعث تفاوت آنها شده است.

مقایسه جامع و کامل تفاوت فولاد سردکار و گرم کار

به طور کلی فولاد ابزار، به سه دسته بسیار کلی فولاد سردکار، فولاد گرمکار و فولادهای تندبر (High-Speed) تقسیم بندی می شوند که در این مطلب، تمرکز ما بر روی نوع سردکار بود و همانطور که توضیح دادیم در دسته بندی ریزتر حدود ۷ نوع فولاد ابزار داریم.

فولادهای سردکار به نوعی از قالب های فولادی گفته می شود که از آن برای دفرمه کردن یا تغییر شکل دادن فلز در شرایط سرد یا دمای پایین استفاده شده اند و ابزارهایی که با آن ساخته می شوند نیاز به تحمل دمای بالا ندارند و اکثرا زیر ۱۰۰ درجه است.

فولادهای سردکار مقاومت بالا در برابر سایش، استقامت و سختی بسیار زیاد، مقاومت زیاد در برابر ضربه، نرم شدن در برابر حرارت و شکل پذیری ساده و غیره دارند.

در مقابل فولادهای گرم کار اشاره به ورق آلیاژی فولاد دارد که در مواجهه با گرمای زیاد به مدت طولانی، استقامت و سختی بالایی از خود نشان می دهند.

از طرفی چون قالب داغ با فلز داغ مستقیما در تماس است، باید استقامت، درجه سختی و پایداری حرارتی، خستگی گرمایی، مقاومت در برابر سایش و تغییر شکل بالایی داشته باشند. این موارد جزو تفاوت های اساسی بین این دو نوع فولاد ابزاری است.

اما تفاوت بین فولاد سردکار و گرمکار محدود به این موارد نیست که در ادامه توضیح می دهیم:

۱- دمای عملکردی متفاوت:

فولادهای سردکار در دمای اتاق یا نهایتا زیر ۱۰۰ درجه (در برخی منابع به ۲۰۰ درجه هم اشاره شده) کار می کنند اما نوع گرمکار در تماس با فلز داغ یا حتی ذوب شده است در نتیجه مقاومت دمایی سطح آن بسیار بالا و در حدود ۳۵۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد می باشد.

۲- تفاوت در ساختار شیمیایی:

فولادهای سردکار معمولا درصد کربن بالایی دارند (بین ۱.۴۵ تا ۲.۳%) تا درجه سختی بالا و مقاومت زیاد در برابر سایش و سایر ویژگی های گفته شده ایجاد شود. گاهی اوقات فولاد با درصد کربن متوسط برای بهبود مقاومت آن در برابر ضربه و سختی قالب ها استفاده می شود.

اساسا زمانی که عناصری مثل کروم (بین ۱۱ تا ۱۳%)، مولیبدن، تنگستن و وانادیوم به این نوع فولادها اضافه می شود برای افزایش خاصیت آنها نظیر مقاومت در برابر سایش و درجه سختی آنها برای تولید یکسری ابزارهای خاص است.

فولادهای گرمکار میزان کربن متوسطی دارند (بین ۰.۳ تا ۰.۶%). رسانایی حرارتی، درجه سختی و مقاومت در برابر سایش این نوع فولادها بیشتر است و عناصر آلیاژی که به این فولادها اضافه می شود معمولا شامل کروم، منگنز، سیلیسیم، نیکل، تنگستن، مولیبدن، وانادیوم و غیره است.

هدف از این کار افزایش درجه سختی، مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر سایش و سختی قرمز (Red Hardness) می باشد.

۳- تفاوت در کاربرد:

همانطور که در مطالب قبلی بیان کردیم کاربرد این نوع آلیاژها نیز با هم متفاوت هستند که در هر کدام از گریدها به طور جداگانه اشاره شدند.

۴- تفاوت در کدگذاری و انواع گریدها: سری ها یا گریدهای A، O و D متعلق به فولاد سردکار و گرید H متعلق به فولاد گرمکار است. در برخی منابع داخلی به اشتباه گریدهایی مثل S، W و کاربرد خاص را هم جزو فولادهای سردکار حساب کرده اند که اشتباه است.