فولاد تندبر یا فولاد hss

فولاد تندبر، نوعی فولاد تخصصی است که به طور خاص برای ساخت وسایل برشی و ابزارهای ماشین‌کاری طراحی شده است. این فلزات، به دلیل توانایی ویژه و قدرت بالای خود در جداسازی و شکل‌دهی مواد، در صنعت کاربرد وسیعی دارند. در ادامه نگاه دقیق‌تری به ویژگی‌ها و کاربردهای این دسته از آلیاژهای پیشرفته می اندازیم.

فولاد تندبر یا فولاد خشکه چیست؟

فولاد تندبر، که گاهی به آن فولاد خشکه هوایی هم می‌گویند، یکی از پیچیده‌ترین انواع فولاد ابزار است. بیشترین استفاده از این محصولات در مواقعی است که نیاز به سرعت بالا حس می شود. در واقع این گونه از ابزارها با سرعتی بالاتر از سایرین برش می زنند یا فلزات را ماشین کاری می کنند. این مورد مخصوصا هنگامی که دمای زیادی ایجاد می شود یا سایش بالایی وجود دارد تاثیر بیشتری در روند کار خواهد داشت.

سرسخت در مقابل سایش و حرارت

از آنجایی که این فولادها در شرایط بسیار سخت کار می‌کنند، باید توانایی ویژه و سختی فوق‌العاده‌ای داشته باشند. اگر مقاومت لازم را نداشته باشند، به سرعت کارایی خود را از دست می‌دهند. به همین دلیل، فولاد تندبر باید ترکیبی از بهترین خواص فولادهای گرمکار و فولادهای سردکار را داشته باشد. یعنی هم باید مانند فولادهای سردکار در برابر سایش بسیار مقاوم باشد و هم مثل فولادهای گرمکار، ساختاری با کاربیدهای سخت داشته باشد تا بتواند در دماهای بالا عملکرد خود را حفظ کند.

مزایای فولاد تندبر

ویژگی ها و مزایای فولاد تندبر شامل موارد زیر می شوند:

• ساختار خاص

فولاد تندبر با بهره‌گیری از فرمولاسیونی منحصر به فرد تولید می‌شود که آن را از سایر محصولات مشابه متمایز می‌سازد. از نکات حائز اهمیت در این آلیاژ، استفاده از خواص تنگستن یا مولیبدن و یا ترکیب هر دو، برای دستیابی به فولادهایی با توانایی ویژه در سرعت‌های بالا است. در ساختار این آلیاژها، ترکیبات مهم دیگری نیز به کار رفته‌اند که شامل کربن، وانادیوم، کروم و کبالت می شود.

• مقاومت چشمگیر

فولاد تندبر، به دلیل وجود کاربید فلزات، استحکام فوق‌العاده‌ای دارد. این ترکیب باعث شده که مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش از خود نشان دهد. همچنین، بستر فولادی اطراف کاربیدها، به توانایی ویژه آن در افزایش چقرمگی کمک می‌کند. یکی دیگر از خصوصیات بارز این فولاد، مقاومت بسیار بالای آن در برابر حرارت و دماهای بالاست. در برخی عملیات حرارتی، این فولاد حتی تا نزدیکی نقطه ذوب خود نیز پایداری نشان می‌دهد. علاوه بر این، سختی بسیار بالایی دارد و در مقابل تغییرات شدید دمایی نیز مقاومت چشمگیری از خود بروز می‌دهد.

• تنوع گسترده

تا به امروز، مدل‌های گوناگونی از فولاد تندبر به بازارهای جهانی عرضه شده‌اند که هر یک ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. دسته‌بندی این ابزارهای آلیاژی بر پایه ترکیب شیمیایی آن‌ها انجام می‌شود. دسته های مختلف این فولاد شامل ویژگی های زیر هستند:

• انواع گوناگون گریدها
• سختی در سطوح مختلف
• فولادهای مبتنی بر مولیبدن
• چقرمگی در درجات گوناگون
• فولادهای مبتنی بر تنگستن

کاربردهای فولاد تندبر

از فولاد hss برای درست کردن ابزارهای برش استفاده می کنند که در ادامه به توضیحاتی در این باره خواهیم پرداخت:

• ابزار برش تک نقطه ای

ساده‌ترین ابزارهای برش، که معمولا به آن‌ها Tool bits، Cutoff و Lathe می گویند، فقط یک نقطه تماس با قطعه کار دارند. این ابزارها برای کارهای مختلفی مثل تراشکاری، رزوه‌کاری، سوراخ کردن، صاف کردن یا شکل‌دهی به کار می‌روند. کارکرد این ابزارها به جنس خودشان و همچنین به عواملی مثل نوع ماده‌ای که برش داده می‌شود، سرعت عملیات و نحوه اتصال بستگی دارد. فولادهای تندبر با گریدهای M1، M2، و T1 به دلیل توانایی ویژه در استحکام و چقرمگی، انتخاب‌های مناسبی برای ساخت این ابزارهای تک‌لبه هستند.

• مته hss

برای ساخت مته‌هایی که قرار است روی چوب، مواد نرم، یا آلیاژهای کم‌کربن کار کنند، معمولا از فولاد تندبر با گریدهای M1، M2، و M7 استفاده می‌شود. این گریدها توانایی ویژه خوبی برای این نوع کاربری دارند. اما وقتی صحبت از سوراخ‌کاری آلیاژهای بسیار سخت و دشوار مثل آلیاژهای پایه نیکل یا تیتانیوم می‌شود که ماشین‌کاری آن‌ها چالش‌برانگیز است، مته‌ها نیاز به مقاومت بیشتری دارند. در این موارد، از گریدهای قوی‌تری مانند M33، M42، یا T15 استفاده می‌کنند.

• فولاد فرزکاری

ابزارهای برشی که معمولا با دو، چهار یا شش لبه ساخته می‌شوند، اغلب از فولادهای خشکه در گریدهای M1، M2، M7، یا M10 تولید می‌گردند. اما وقتی هدف، برش‌کاری با سرعت‌های بسیار بالاست، استفاده از فولادهای دارای کبالت ارجحیت دارد. این انتخاب به خاطر توانایی ویژه آن‌ها در حفظ سختی حتی در دماهای بسیار زیاد است که به این ویژگی سختی سرخ گفته می‌شود.

• برقو

برقوها ابزارهایی هستند که برای حذف مقادیر اندکی از مواد با عمق کم طراحی شده‌اند. گریدهای رایج برای تولید این ابزارها شامل فولادهای تندبر مانند M1، M2، M7، M10 و T1 هستند که حداکثر سختی را ارائه می‌دهند. در موقعیت‌هایی که علاوه بر سختی، مقاومت به سایش نیز اهمیت ویژه‌ای دارد، از گریدهای قوی‌تری همچون M3، M4 و T15 استفاده می‌شود. این انتخاب‌ها به دلیل توانایی ویژه این فولادها در تحمل شرایط سخت و فرسایشی است.

• فولاد تیغه اره

اره‌ها، با وجود قطر و ضخامت کمتر، در عملکرد شباهت زیادی به تیغه‌های فرز دارند. معمولا، گرید M2 از فولاد تندبر، به عنوان انتخاب اصلی برای ساخت این ابزارها به کار می‌رود؛ این انتخاب به خاطر توانایی ویژه آن در برش دقیق کارآمد است.

مشخصات فولاد تندبر

در ذیل به بررسی سه پارامتر مهم فولاد hss پرداخته ایم:

• ترکیبات شیمیایی

فولاد تندبر، که در دنیای فلزات به دلیل توانایی ویژه خود شهرت دارد، از آلیاژهای پیچیده‌ای تشکیل شده است. هسته اصلی این ترکیب را آهن و کربن تشکیل می‌دهند، اما آنچه آن را متمایز می‌کند، حضور عناصر آلیاژی حیاتی است. تنگستن و مولیبدن از مهم‌ترین این افزودنی‌ها هستند. کروم برای افزایش سختی‌پذیری و مقاومت به خوردگی به کار می‌رود، در حالی که وانادیوم با تشکیل کاربیدهای سخت، به مقاومت سایشی و پایداری لبه برش می‌افزاید. در برخی گریدها، کبالت نیز برای بهبود سختی سرخ و عملکرد در دماهای بسیار بالا اضافه می‌شود. این ترکیب هوشمندانه، خواص مکانیکی بی‌نظیری به فولاد تندبر می‌بخشد که آن را برای کاربردهای برشی سنگین ایده‌آل می‌سازد.

• مشخصات فیزیکی

فولاد تندبر، به عنوان یک ماده پیشرفته، دارای خصوصیات فیزیکی برجسته‌ای است که آن را برای کاربردهای سنگین برشکاری مناسب می‌سازد. از جمله مهم‌ترین این ویژگی‌ها، سختی استثنایی آن است که اجازه می‌دهد لبه‌ی برش خود را حتی در دماهای بسیار بالا حفظ کند. این پایداری حرارتی، یا همان سختی سرخ، توانایی ویژه این فولاد را در ماشین‌کاری سریع مواد سخت تضمین می‌کند.

• مشخصات مکانیکی فولاد تندبر

علاوه بر سختی، مقاومت به سایش فوق‌العاده این فولاد، عمر ابزار را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد. همچنین، چقرمگی مناسب آن مانع از شکست ناگهانی ابزار تحت بارهای ضربه‌ای می‌شود، که این خود به معنای افزایش ایمنی و کارایی است. این ترکیب ایده‌آل از سختی، مقاومت به سایش و چقرمگی، فولاد تندبر را به انتخابی بی‌نظیر برای ابزارهای برشی تبدیل کرده است.

عملیات حرارتی فولاد خشکه (hss)

فولاد تندبر برای اینکه به حداکثر کارایی خود برسد، تحت یک فرآیند سه‌مرحله‌ای حرارتی قرار می‌گیرد. این عملیات، که به آن سخت‌کاری نیز می‌گویند، باعث دگرگونی در خواص و ساختار داخلی فولاد می‌شود که در ادامه به توضیحاتی در این باره خواهیم پرداخت:

1. مرحله پیش گرمایش: این مرحله شامل  سه گام می شود که در هر گام دما به تدریج افزایش می یابد. انجام دقیق این بخش از عملیات حرارتی اهمیت حیاتی دارد، زیرا با کاهش شوک حرارتی در کوره، از ترک‌خوردگی فولاد جلوگیری می‌کند. افزون بر این، این فرایند به کاهش تنش‌های باقی‌مانده از ماشین‌کاری و شکل‌دهی کمک شایانی کرده و به توانایی ویژه ابزارها برای افزایش بازدهی در زمان کوتاه‌تر می‌افزاید.
2. مرحله آستنیته کردن: فرایند آستنیته کردن این محصول بستگی به دما و زمان دارد. در این گام، مقادیر قابل توجهی از کاربیدهای آلیاژی در دمایی مشخص شروع به حل شدن می‌کنند و دما به تدریج به سمت نقطه‌ی ذوب فولاد پیش می‌رود. بنابراین، افزایش دما در این مرحله یک روند صعودی دارد تا زمانی که تمامی کاربیدها به طور کامل در زمینه فولاد حل شوند.
3. مرحله کوئنچ و تمپر کردن: کوئنچ کردن در واقع همان عملیات سرد کردن سریع فولاد است که طی آن ساختار آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود. این مرحله بسته به نوع فولاد معمولا در دو گام انجام می‌شود: ابتدا فولاد در حمام نمک و سپس در روغن خنک می‌شود.

انواع گرید فولاد خشکه یا تندبر

گریدهای مختلف این فولاد شامل موارد زیر می شوند:

فولاد 1.3243

فولاد تندبر با کد 1.3243، آلیاژی است که در ترکیب خود حاوی مولیبدن، تنگستن و وانادیوم است. به همین دلیل، این گرید در ساخت ابزارهایی مانند تیغه‌های برش، مته‌ها، اره‌ها و همچنین قالب‌های مورد استفاده در فرآیندهای شکل‌دهی گرم، کاربرد فراوانی دارد.

فولاد 1.3255

فولاد 1.3255، نسخه‌ای پیشرفته از خانواده فولادهای تندبر است که ضمن شباهت به گرید 1.3243، با افزودن عنصر کبالت متمایز می‌شود. این عنصر حیاتی، توانایی ویژه این فولاد را در حفظ سختی و مقاومت در دماهای بسیار بالا به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد. این گرید برای ابزارهایی که در معرض حرارت شدید قرار دارند، مانند مته‌های سوراخ‌کاری عمیق و ابزارهای برش سنگین استفاده می شود.

فولاد 1.3343

فولاد 1.3343، یکی از گریدهای مهم در میان فولادهای تندبر است که با درصد بالایی از تنگستن و کربن ترکیب شده است. به همین دلیل، این فولاد برای ساخت ابزارهایی که نیاز به لبه‌های برنده بسیار دقیق و تیز دارند، ایده‌آل است؛ از جمله این ابزارها می‌توان به تیغچه‌ها، ابزارهای ظریف تراشکاری و حتی ابزارهای مورد استفاده در جراحی اشاره کرد.

فولاد 1.3207

فولاد 1.3207، آلیاژی است که با ترکیب عناصر تنگستن، کبالت و وانادیوم ساخته می‌شود. این ویژگی باعث می شود تا فولاد بتواند سختی خود را در دماهای بالا حفظ کند و دوام مناسبی نسبت به فرسایش داشته باشد. کاربرد اصلی این فولاد در تولید ابزارهایی است که در معرض سایش شدید قرار دارند که شامل مته‌های مخصوص سوراخ‌کاری چدن و ابزارهای برش مواد بسیار سخت می شوند.

فولاد 1.3265

فولاد 1.3265 چقرمگی قابل قبولی دارد. این آلیاژ که در ترکیب خود کبالت و مولیبدن را نیز داراست، برای ابزارهایی ایده‌آل است که در معرض ضربه‌ها و بارهای ناگهانی قرار می‌گیرند. از جمله کاربردهای آن می‌توان به مته‌های مخروطی و ابزارهای برش متناوب اشاره کرد.

فولاد 1.3202

فولاد 1.3202، که عضوی از خانواده فولادهای خشکه هوایی به شمار می‌رود، سرشار از عنصر تنگستن است. این گرید با هزینه‌ نسبتا پایین‌تر، به گزینه‌ای ایده‌آل برای تولید ابزارهای ساده و اقتصادی تبدیل شده است. از جمله موارد کاربرد آن می‌توان به قلم‌های کنده‌کاری و اسکنه‌ها اشاره کرد.

فولاد 1.3244

فولاد 1.3244 به خاطر توانایی ویژه خود در تحمل ضربه و چقرمگی مطلوب، انتخابی برجسته است. این فولاد، که در ترکیبش مولیبدن و وانادیوم را نیز دارد، برای ساخت ابزارهایی کاربرد دارد که با بارهای ناگهانی و ضربه‌های شدید مواجه می‌شوند. نمونه‌های این ابزارها شامل قلم‌های آهنگری، چکش‌ها و ابزارهای برش گرم هستند.

فولاد 1.3247

فولاد 1.3247، شباهت‌های زیادی با گرید 1.3243 دارد، اما با یک تفاوت مهم: اضافه شدن کبالت. این عنصر باعث می‌شود که توانایی ویژه این فولاد در مقاومت در برابر دماهای بسیار بالا و حفظ سختی در شرایط داغ به طور چشمگیری افزایش یابد. در نتیجه، این فولاد برای ساخت ابزارهایی که با حرارت شدید سروکار دارند، مانند مته‌های سوراخ‌کاری عمیق و ابزارهای برش سنگین، گزینه‌ای بسیار مناسب است.

فولاد 1.3302

فولاد 1.3302، که در دسته‌ی فولادهای تندبر جای می‌گیرد، میزان قابل توجهی تنگستن دارد. به همین دلیل، گزینه‌ای مناسب و مقرون‌به‌صرفه برای تولید ابزارهای ساده‌تر، مانند قلم‌های کنده‌کاری، مغارها و اسکنه‌ها، به شمار می‌رود.

کارخانه های تولیدکننده فولاد hss

فولاد تندبر، به دلیل توانایی ویژه و کاربرد گسترده‌اش در ابزارهای برش، توسط شرکت‌های معتبر متعددی در سطح جهان تولید می‌شود. این کارخانجات، با بهره‌گیری از دانش فنی بالا و فرآیندهای پیچیده، آلیاژهایی با خواص مکانیکی و فیزیکی ممتاز عرضه می‌کنند.

• فولاد آلیاژی ایران (یزد)

این شرکت یکی از بزرگترین تولیدکنندگان فولاد آلیاژی در خاورمیانه است. فولاد آلیاژی ایران (که گاهی با نام شرکت فولاد آلیاژی یزد نیز شناخته می‌شود) در زمینه تولید انواع فولادهای آلیاژی فعالیت می‌کند که شامل برخی از گریدهای فولاد ابزار و احتمالا فولاد تندبر نیز می‌شود. این مجموعه با دارا بودن امکانات پیشرفته ذوب و ریخته‌گری، نقش مهمی در تامین نیاز صنایع مختلف کشور به فولادهای خاص دارد.

• فولاد مبارکه اصفهان

یکی از بزرگترین مجتمع‌های فولادی در ایران و منطقه است که طیف وسیعی از محصولات فولادی را تولید می‌کند. اگرچه تمرکز اصلی آن بر فولادهای تخت و ساختمانی است، اما توانمندی‌های وسیع این مجموعه می‌تواند در تولید یا همکاری برای تولید گریدهای خاص فولاد، از جمله فولادهای ابزار و برخی انواع فولاد تندبر، نیز موثر باشد.(msc.ir)

• ذوب آهن اصفهان

این کارخانه نیز از قدیمی‌ترین و بزرگترین تولیدکنندگان فولاد در ایران است. ذوب آهن اصفهان بیشتر در زمینه تولید مقاطع طویل فولادی فعالیت دارد. هرچند تخصص اصلی آن در فولاد تندبر نیست، اما به عنوان یک پایه قوی در صنعت فولاد کشور، می‌تواند در زنجیره تامین یا توسعه این نوع فولاد نقش داشته باشد.

نتیجه گیری

فولاد تندبر، بیش از یک آلیاژ ساده، ستون فقرات ابزارهای برشی مدرن است. توانایی ویژه آن در تحمل گرما، مقاومت در برابر سایش و حفظ سختی لبه، آن را برای چالش‌برانگیزترین عملیات ماشین‌کاری ایده‌آل می‌سازد. این خواص استثنایی مدیون فرمولاسیون شیمیایی دقیق آن است. گریدهای متنوع آن، هر کدام با ترکیب و خواص منحصربه‌فرد، پاسخگوی نیازهای خاص صنایع مختلف هستند. در مجموع، فولاد تندبر نه تنها یک ماده، بلکه یک شاهکار مهندسی متالورژی است که به پیشرفت بی‌وقفه صنعت کمک می‌کند.