فلزات ابزار، ترکیبی از فولادهای پایه کربن و انواع آلیاژها هستند که به خاطر مقاومت فوق‌العاده در برابر سایش، پایداری در حرارت‌های بالا، استحکام بی‌نظیر و سختی کم‌نظیرشان مورد توجه قرار می‌گیرند. این دسته از مواد، عناصری را در خود جای داده‌اند که در شکل‌گیری ترکیبات کاربیدی نقش کلیدی دارند. پیش‌تر، شرکت بوهلر نمونه‌ای خاص از این فلزات را با کد SPK به بازار عرضه کرده بود که کاربردهای متنوعی داشت. در ادامه این مقاله، به بررسی دقیق K100 (فولاد SPK) و توانایی‌های ویژه و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

آنچه در این مقاله میخوانید

فولاد spk چیست؟

فولاد K100، که سابقا با نام SPK شناخته می‌شد، در گروه فولادهای ابزار با میزان کربن و کروم بالا طبقه‌بندی می‌شود. این ماده، در کنار فولاد K107 (SPK R سابق) هر دو زیرمجموعه استاندارد D3 قرار می‌گیرند. مشخصات دقیق ترکیب عناصر شیمیایی فولاد K100، همان‌طور که توسط شرکت بوهلر تعیین شده است، در جدول زیر قابل مشاهده است:

سیلیسیم	کربن	کروم	منگنز
25 درصد	2 درصد	11.5 درصد	0.35 درصد

البته باید خاطرنشان کرد که چنانچه فولاد spk با استاندارد DIN تهیه شود شامل ترکیبات زیر می گردد:

منگنز	کربن	سیلیسیم	فسفر	کروم	گوگرد
0.2 الی 0.6 درصد	1.9 الی 2.2 درصد	0.2 الی 0.6 درصد	کمتر از 0.03 درصد	11 الی 13 درصد	کمتر از 0.03 درصد

مزایای فولاد spk

ویژگی های فولاد spk شامل موارد زیر می شوند:

پایداری عالی در برابر فرسایش و تحمل فشار زیاد:

فولاد SPK به دلیل ترکیب شیمیایی خاص، در برابر فرسایش ناشی از اصطکاک و تماس با مواد ساینده، مقاومت فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهد. این ویژگی به آن اجازه می‌دهد تا در کاربردهایی که تحت بارهای فشاری سنگین و سایش مداوم قرار دارند، مانند قالب‌های برش و ابزارهای پانچ، عملکرد بی‌نظیری داشته باشد و عمر طولانی‌تری را ارائه دهد.

ثبات ابعادی در حرارت‌های بالا

یکی از مهم‌ترین مزایای فولاد SPK، حفظ ابعاد و شکل خود حتی در معرض حرارت‌های بالا است. این خاصیت، که به دلیل مقاومت بالای آن در برابر تغییرات ساختاری و فاز در دماهای بالا حاصل می‌شود، آن را برای ساخت ابزارهایی که در فرآیندهای داغ یا محیط‌هایی با دمای کاری بالا استفاده می‌شوند، ایده‌آل می‌سازد. به این ترتیب، دقت و کارایی ابزار در طول زمان حفظ می‌شود.

توانایی ویژه سخت‌کاری

فولاد SPK قابلیت سخت‌کاری عمیق و یکنواخت را دارا است. این به معنای آن است که با اعمال فرآیندهای حرارتی مناسب، می‌توان سختی بسیار بالایی را در تمام مقطع قطعه به دست آورد. این توانایی ویژه، در کنار مقاومت به سایش و ثبات ابعادی، آن را به گزینه‌ای بی‌رقیب برای تولید ابزارهایی تبدیل می‌کند که نیاز به لبه‌های برنده بسیار سخت و مقاوم در برابر تغییر شکل دارند.

کاربردهای فولاد spk

فولاد SPK به دلیل مقاومت بی‌نظیرش در برابر سایش و سختی قابل‌توجهش، در صنایع گوناگون کاربرد وسیعی پیدا کرده است که در ادامه به برخی از کاربردهای آن اشاره خواهیم کرد:

ابزارهای پولک زنی، پانچ و برش

ابزارهایی هستند که برای ساخت حدیده‌هایی با کاربردهای مختلف به کار می‌روند و از آن ها در تولید اجزای الکترونیکی، محفظه‌های محافظ، قطعات ساعت‌سازی و انواع اتصالات استفاده می شود. همچنین، دندانه‌های اره، ابزارهای دقیق برای تراشیدن و شکل‌دهی جهت افزایش بهره‌وری تولید، تیغه‌های فوق‌العاده برنده برای بریدن ورق‌هایی با ضخامت تا 4 میلی‌متر و آچارهای تنظیم نیز از دیگر کاربردهای این ماده هستند.

دستگاه های تراشکاری

فولاد SPK در ساخت ابزارهای تراشکاری کاربرد وسیعی دارد. این ویژگی‌ها آن را برای تولید ابزارهایی ایده‌آل می‌سازد که نه تنها برای برش و جداسازی فولاد در فرآیندهای صنعتی دقیق به کار می‌روند، بلکه در ساخت ابزارهای مقاوم و با دوام برای کار با چوب نیز عملکرد بی‌نظیری از خود نشان می‌دهند. توانایی ویژه این فولاد در حفظ لبه برنده تیز به کاهش نیاز به تیز کردن پیوسته آن منجر می‌شود.

تجهیزات شکل ‌دهی

ابزارهای غلتاننده برای رزوه کردن، قالب‌های خاص برای لبه‌زنی و روکش‌گذاری، و همچنین سنبه‌ها و ماتریس‌های تولید مهره؛ ابزارهای مورد استفاده در پرس‌کاری، کشش عمیق و استخراج سرد آلیاژها و فولادهای سبک؛ سنبه‌های مخصوص ساخت قالب‌های پلاستیکی؛ ابزارهای مورد نیاز برای عملیات پیچ‌زنی و سنبه‌ها و قالب‌های تولید لوله، چکش‌ها و قالب‌های ساخت سوزن، همگی از دیگر کاربردهای آن به شمار می روند.

فرآیند تولید فولاد spk

فرآیند تولید این محصول شامل چندین مرحله می شود که در ادامه به آن ها اشاره خواهیم داشت:

بازپخت: برای آنکه این رده از فولادها به حداکثر پتانسیل خود برسند، نیاز است که از فرآیندهای سخت‌کاری و بازپخت عبور کنند. پس از این عملیات تقویت‌کننده، برای رسیدن به بالاترین سطح کیفیت و دقت، پیشنهاد می‌شود که تنش‌های درونی موجود در ساختار فلز کاهش یابد.

رهایی از تنش های داخلی: برای رهایی از تنش‌های درونی، می‌توان فولاد ابزار را تا 648 درجه سانتی‌گراد گرم کرد و پس از آن به آرامی سرد کرد. در گام آنیل کردن یا بازپخت فولاد D3، فلز تا 871 درجه سانتی‌گراد حرارت می‌بیند. سپس، نمونه گرم‌شده باید به صورت تدریجی خنک شود؛ نکته مهم این است که سرعت سرد شدن در این مرحله نباید از 6 درجه سانتی‌گراد در ساعت بیشتر شود.

عملیات تمپرینگ: این مرحله تا هنگامی ادامه پیدا می‌کند که رنگ فلز ابزار به تیرگی کامل برسد. پس از آن، فولاد از محیط محافظت‌شده خارج شده و در معرض هوای آزاد قرار می‌گیرد تا خنک شود. ضروری است که فولادی که در دمای محیط خنک شده، به سرعت تحت عملیات تمپرینگ قرار گیرد. به همین منظور، قطعات مورد نظر را داخل کوره تمپر می‌گذارند و حرارت کوره را تا درجه مطلوب بالا می‌برند. زمان لازم برای هر اینچ ضخامت در مرحله تمپر، تقریبا یک ساعت است.
سخت‌سازی: گام پایانی، یعنی سخت‌سازی، مستلزم نهایت دقت است. این حساسیت بالا ناشی از واکنش شدید فولاد تمپر شده به حرارت است؛ چرا که اگر گرما به میزان کافی اعمال نشود، فلز به بالاترین حد سختی خود دست نخواهد یافت. قطعات باید به طور مستقیم درون کوره‌ای قرار گیرند که قبلا تا دمای 954 درجه سانتی‌گراد گرم شده است. این فرآیند معمولا بین 20 تا 25 دقیقه طول می‌کشد و به ازای هر اینچ ضخامت افزوده، 5 دقیقه به زمان ماندگاری قطعه در کوره افزوده می‌شود. در نهایت، برای دستیابی به حداکثر سختی ممکن، فولاد ابزار در روغن غوطه‌ور و سرد می‌شود.

انواع فولاد spk

کارخانه تولید قطعه مورد نظر براساس ترکیبات شیمیایی و همینطور استانداردهای آن این فولاد را در سه گروه مختلف قرار داده است که در ادامه به آن اشاره خواهیم کرد:

فولاد spk 2080

این فولاد، یک آلیاژ کروم ‌بالا (حدود 12 درصد) است که برای عملیات حرارتی طراحی شده است. این محصول می‌تواند به سختی 58 تا 64 راکول برسد. آنچه D3 را متمایز می‌کند، وجود مقادیر زیاد کاربیدهای سخت است که به آن مقاومت سایشی، پایداری ابعادی و مقاومت فشاری بسیار بالایی می‌بخشد، هرچند چقرمگی آن متوسط است. برای عملیات حرارتی، اغلب از روغن به عنوان محیط خنک‌کننده استفاده می‌شود، اما قطعات کوچکتر تا 30 میلی‌متر ضخامت را می‌توان با گاز خلاء نیز خنک کرد.

کاربرد spk 2080

مقاومت این فولاد باعث می شود که برای ابزارهای شکل‌دهی مواد سخت و ساینده کاربرد وسیعی داشته باشد. از جمله موارد استفاده آن می‌توان به آسترهای قالب‌های آجر و کاشی، اجزای قالب‌های پلاستیکی سرد، تجهیزات پانچ و ابزارهای پردازش سنگ اشاره کرد. همچنین، در ساخت چاقوهای صنعتی مخصوص کاغذ و پلاستیک و قالب‌های بسیار مقاوم در برابر سایش که دوام بالایی نیاز دارند، نیز استفاده می‌شود. فرآیند سخت‌کاری آن معمولا در دمای 940-980 درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد که پس از آن با روغن خنک شده و سختی 64-66 راکول به دست می‌آید.

فولاد spk-nl

فولاد ابزار DIN 1.2379 یک نوع فولاد سردکار لدبورایتی است که با ترکیب منحصربه‌فردی از عناصر آلیاژی مانند کروم، مولیبدن، وانادیوم و کربن بالا، خواص مکانیکی برجسته‌ای را ارائه می‌دهد. این فولاد به دلیل وجود کربن و کروم بالا، مقاومت سایشی فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهد، در حالی که وانادیوم به بهبود ساختار دانه‌ای و افزایش سختی کمک می‌کند. مولیبدن نیز نقش مهمی در افزایش مقاومت حرارتی و توانایی سخت‌کاری آن دارد. یکی از مزایای کلیدی این فولاد، قابلیت نیتراسیون سطحی و پوشش‌دهی آسان به دلیل خاصیت سخت‌کاری ثانویه است که دوام و عملکرد آن را دوچندان می‌کند.

کاربرد spk-nl

فولاد 1.2379 به دلیل ویژگی‌های برجسته‌اش، کاربردهای گسترده‌ای در ساخت ابزارهای صنعتی دارد. این فولاد برای ساخت ابزارهای مهرزنی یا قالب‌گیری سرد، رول‌های شکل‌دهی سرد و انواع ابزارهای برشی نظیر چاقوهای تراشه، پانچ‌ها و تیغه‌های برشی ایده‌آل است. همچنین در تولید ابزارهای مقاوم برای خردکن لاستیک، قالب‌های رزوه‌زنی و ابزارهای مورد استفاده در ترموفرمینگ و اکستروژن سرد نیز کاربرد فراوانی دارد. این فولاد در بازار عمدتا به صورت میلگرد (شفت) در قطرهای 40 تا 350 میلی‌متر و نیز در مقطع تسمه با ابعاد مختلف در دسترس است که نشان‌دهنده تطبیق‌پذیری آن در صنایع گوناگون است.

فولاد spk-r

این محصول یک فولاد سردکار متمایز است که با حدود 12 درصد کروم، کربن بالا و تنگستن آلیاژ شده است. این ترکیب، D6 را به یک فولاد سخت‌شونده در هوا با مقاومت سایشی فوق‌العاده تبدیل می‌کند. همین ویژگی برجسته، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای برش انواع ورق‌ها از جمله ورق‌های سیاه، گالوانیزه و حتی استیل تا ضخامت 4 میلی‌متر تبدیل کرده است. مقاومت بالای آن در برابر سایش به معنای عمر طولانی‌تر ابزار و نیاز کمتر به تیز کردن است.

کاربرد spk-r

از این فولاد برای ساخت قالب‌های پرکننده جهت برش ورق‌هایی با ضخامت کمتر (تا 2 میلی‌متر) و همچنین تیغه‌های برش کاغذ و پلاستیک استفاده می‌شود. علاوه بر این، D6 در تولید انواع ابزارهای مهرزنی، خراش دادن، ماشین‌کاری، نجاری، طراحی و پرس به کار می‌رود. مقاومت بالای آن در برابر سایش، آن را برای قالب‌های سنگی، ابزارهای پخت، چاقوها، غلتک‌ها، قالب‌های نورد نخ و قالب‌های پلاستیکی نیز مناسب می‌سازد. این دامنه وسیع کاربرد، گویای تطبیق‌پذیری و کارایی بالای فولاد D6 در صنایع مختلف است.

کارخانه های تولید کننده فولاد spk یا k100

فولاد spk ، با توجه به توانایی‌های ویژه منحصر به فردش در سختی و مقاومت سایشی، عمدتا توسط شرکت‌های معتبر و صاحب‌نام در عرصه متالورژی تولید می‌شود. شرکت بوهلر (BÖHLER) اتریش، به عنوان مبدع این نام‌گذاری، یکی از برجسته‌ترین تولیدکنندگان جهانی آن است که با سابقه طولانی در ساخت فولادهای ابزار، کیفیت و استاندارد بالایی را تضمین می‌کند.

علاوه بر بوهلر، کارخانجات بزرگ فولادسازی در آلمان، سوئد و ژاپن نیز با تمرکز بر آلیاژهای با کیفیت بالا، نسخه‌های مشابه یا تحت لیسانس این فولاد را عرضه می‌کنند. این شرکت‌ها با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته و دانش فنی روزآمد، محصولی را به بازار ارائه می‌دهند که نیاز صنایع حساس به دوام و عملکرد بالا را برطرف سازد.

تفاوت فولاد spk nl و spk

فولاد SPK-NL، در واقع، نوعی از SPK محسوب می‌شود که مزایای بیشتری نسبت به آن دارد. این برتری به ترکیب شیمیایی آن بازمی‌گردد؛ حضور مولیبدن و وانادیوم، در کنار کربن کمتر، باعث شده تا SPK-NL هم مقاومت سایشی بالاتری از خود نشان دهد و هم تمایل کمتری به تردی تمپر داشته باشد. این کاهش کربن به طور خاص به معنای شکنندگی کمتر این فولاد است که آن را به گزینه‌ای مقاوم‌تر و کارآمدتر تبدیل می‌کند.

تفاوت فولاد spk- r و spk-nl

SPK-NL با افزودن مولیبدن و وانادیوم و کاهش نسبی کربن نسبت به گرید پایه SPK، بهینه‌سازی شده است. این تغییرات باعث شده‌اند تا SPK-NL دوام مناسبی در مقابل سایش از خود نشان دهد و در عین حال، به دلیل کربن کمتر، شکنندگی ناشی از عملیات حرارتی در آن کاهش یابد. در مقابل، SPK-R معمولا حاوی تنگستن بیشتری است که به سختی و پایداری لبه برشی آن کمک می‌کند، به‌ویژه در کاربردهای برش و پانچ که نیاز به مقاومت به لب‌پر شدن دارند.

نتیجه گیری

فولاد K100، نمونه‌ای بارز از فولادهای ابزار پرکربن-پرکروم است که به دلیل توانایی‌های ویژه مثال‌زدنی‌اش شناخته می‌شود. K100 با سختی، مقاومت عالی در برابر سایش، استحکام بالا و پایداری در دماهای زیاد، در کاربردهای گسترده‌ای از جمله ساخت تیغه‌های برش، قالب‌های مختلف شکل‌دهی، سنبه‌ها، ابزارهای چوب‌کاری و حتی قطعات دقیق الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیندهای دقیق سخت‌کاری، بازپخت و تمپرینگ برای دستیابی به حداکثر کیفیت و کاهش تنش‌های داخلی در آن ضروری است. spk در نهایت به دلیل عملکرد فوق‌العاده‌اش، جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف پیدا کرده است.