با فولاد تندبر بیشتر آشنا شوید

فولادهای تندبر که به اختصار فولاد HSS نامیده می شوند، یک کلاس تخصصی از فولاد های ابزار هستند که عمدتاً به دلیل توانایی آنها در ماشینکاری و برش مواد با سرعت بالا نامگذاری شده اند و اغلب در تیغه های اره برقی و مته ها استفاده می شود.

از مشخصات فولاد تندبر  می توان به این مورد اشاره کرد که نسبت به فولاد ابزارهای قدیمی با کربن بالا برتری دارد زیرا می تواند در برابر دما های بالاتر بدون از دست دادن سختی مقاومت کند. فولادهای تندبر آلیاژهای پیچیده ای با پایه آهن از کربن، کروم، وانادیم، مولیبدن، تنگستن یا ترکیبی از آنها هستند. محور عملکرد فولادهای تندبر میزان سختی است که در طی فرآیند عملیات حرارتی به دست می‌آورند.

عناصر آلیاژی در فولاد تندبر

آهن خالص آنقدر نرم است که نمی توان از آن برای ساخت سازه استفاده کرد. با این حال، افزودن مقادیر کمی از عناصر دیگر (مثلاً کربن، منگنز یا سیلیکون) استحکام مکانیکی آن را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. اثر هم افزایی عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی، ریزساختارها و خواص مختلفی را ایجاد می کند.

چهار عنصر آلیاژی اصلی که کاربید را در فولاد های تندبر تشکیل می دهند عبارتند از تنگستن، کروم، وانادیم و مولیبدن. این عناصر آلیاژی با کربن ترکیب می شوند و ترکیبات کاربید سخت و مقاوم در برابر سایش را تشکیل می دهند. ریزساختار فولاد های تندبر از یک ماتریس مارتنزیتی با پراکندگی دو مجموعه کاربید تشکیل شده است. این کاربید ها معمولاً به عنوان کاربید های اولیه و ثانویه شناخته می شوند.

کاربید های اولیه آن دسته از کاربید هایی هستند که در طی انجماد فولاد تشکیل می شوند و کاربید های ثانویه آنهایی هستند که در طی عملیات حرارتی سخت شدن ثانویه فولاد ها به وجود می آیند.

نقش عناصر آلیاژی در فولاد تندبر

تنگستن : کاربیدهای پایدار تولید می کند و اندازه دانه را برای افزایش سختی، به ویژه در دماهای بالا، تصفیه می کند. تنگستن به طور گسترده در فولادهای ابزار تندبر استفاده می شود و به عنوان جایگزینی برای مولیبدن در فولادهای فریتی برای کاربردهای هسته ای پیشنهاد شده است.

افزودن حدود 10 درصد تنگستن و مولیبدن به طور موثر سختی پذیری فولاد های تندبر را به حداکثر می رساند. این خواص را در دمای بالایی که هنگام برش فلزات ایجاد می شود حفظ می کند. تنگستن و مولیبدن هر دو مقاومت را در برابر حرارت افزایش می دهند که باعث بهبود عملکرد برش ابزار در دماهای بالاتر می شود.

کروم : کروم سختی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد. اثر تقویتی تشکیل کاربیدهای فلزی پایدار در مرزهای دانه و افزایش شدید مقاومت در برابر خوردگی، کروم را به یک ماده آلیاژی مهم برای فولاد تبدیل کرد..

مولیبدن : هنگامی که به فولاد ابزار اضافه می شود، مولیبدن آن را در برابر دماهای بالا مقاوم تر می کند. مولیبدن به دلیل نقطه ذوب بالای مولیبدن، سختی و استحکام را به ویژه در دماهای بالا افزایش می دهد. مولیبدن به دلیل افزایش کشش در دمای بالا و استحکام خزش فولاد منحصر به فرد است.

وانادیوم : به طور کلی به فولاد اضافه می شود تا از رشد دانه در طی عملیات حرارتی جلوگیری کند. کنترل رشد دانه باعث بهبود استحکام و چقرمگی فولاد های سخت شده می شود. اندازه دانه خواص فلز را تعیین می کند. به عنوان مثال، اندازه دانه های کوچکتر استحکام کششی را افزایش می دهد و تمایل به افزایش شکل پذیری دارد.

کبالت : به عنوان افزودنی آلیاژ اختیاری است و تنها در تعداد کمی از سوپر آلیاژ ها وجود دارد. افزودن کبالت بسته به درجه خاص فولاد، از رشد دانه ها در درجه حرارت بالا جلوگیری میکند و سبب بهبود پایداری سختی و استحکام در درجه حرارت های بالا میباشد.

تاریخچه ی فولاد های تندبر

از نظر تاریخی، اولین فولادهای تند بر، پایه تنگستن بودند که توسط رابرت ماشت در انگلستان و اف. دبلیو تیلور در ایالات متحده در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافتند. در سال 1904 افزودن وانادیوم توسط شرکت فولاد کروسیبل به ثبت رسید که در نهایت به بهترین درجه شناخته شده امروزی منجر شد، اولین رکورد استفاده از کبالت در سطوح بالا. فولادهای تندبر در سال 1912 در آلمان بود. بعدها، در حدود سال 1930، آلیاژهای حاوی مولیبدن در ایالات متحده آمریکا معرفی شدند.

فولادهای تندبر به دو گروه تقسیم می شوند

الف) فولاد هایی که نماد T را دارند که در آن تنگستن عنصر اصلی آلیاژی است.

ب) فولاد هایی که نماد M را دارند که نشان می دهد مولیبدن عنصر اصلی آلیاژی است.

کاربرد فولاد های تندبر

فولادهای تندبر یا فولاد های خشکه هوایی (HSS) با مقاومت در برابر سایش عالی، درجه حرارت بالا و سختی عالی معمولاً از فولادهای تندبر برای ماشینکاری با سرعت بالا استفاده می شوند. از دیگر کاربردهای فولاد های خشکه هوایی می توان به ساخت ابزار های برش مانند مته‌ ها، شیرآلات، فرز، قطعات ابزار، برش دنده، تیغه‌ اره ها، رول ‌ها، حفاری، قالب سازی و برشکاری استفاده می شوند.