فولاد های تند بر (خشکه هوایی)

High-speed steel

فولاد تندبر (خشک هوایی) که به اختصار فولاد HSS خوانده می‌شود، دارای عنصر آلیاژی است.
برندگی مهمترین ویژگی فولادهای تندبر یا خشکه هوایی است و برجسته ترین ویژگی فولاد های تندبراست.
خشک هوایی از دسته فولادهای ابزاری است و زیر مجموعه ای از این فولادها بشمار می آید که در ساخت ابزار های برشی از آن استفاده می شود.

کاربرد خشک هوایی:
تراش کاری
فرزکاری و برش کاری بر روی اجسام سخت

فولاد های تندبر با دارا بودن سختی (به طور میانگین) ۶۰ تا ۷۰ راکول در گروه سخت ترین فولاد های آلیاژی جای گرفته اند.
این نوع از فولاد، انواع مختلفی دارد که از انواع آن می توان به: ۱,۳۲۶۵، ۱.۳۲۵۵، ۱.۳۲۰۷، ۱.۳۳۴۳ و … که از ویژگی های آن به درصد های بالای عناصرV – W – MO – Cr – C- CO ذکر کرد.
این فولاد معمولاً در ساخت مته و تیغه‌های صفحه اره گردبُر کاربرد دارد.
عنصر تأثیرگذار این دسته، تنگستن است که باعث افزایش سختی پذیری و همچنین کاهش سختی در دمای بالا می شود.

این فولادها نسبت به فولادهای کربن-بالایی که تا دهه ۱۹۴۰ استفاده می‌شد
برتری داشته و سختی خود را در دماهای بالاتری حفظ می‌کنند.
این ویژگی باعث شده تا ابزارهای برشی ساخته شده از جنس HSS قابلیت کار در سرعت‌های بالاتری نسبت به فولادهای کربن-بالا داشته باشد و به همین دلیل فولاد تندبر نامگذاری شده ‌است.

این فولاد ها در ابزار خان کشی، ابزار تراش و فرز و تیغه های اره های دوار کاربرد دارند.

ویژگی فولاد تندبر

از جمله ویژگی‌های شناخته شده فولادهای تندبر داشتن سختی (معمولاً بالای ۶۰ راکوِل) و مقاومت به سایش بالا است
که معمولاً به میزان تنگستن و وانادیوم به کار رفته در ساخت HSS مربوط است.
این دسته از فولاد های عناصر کربن و تنگستن و کروم بسیار بالا دارند ولی عنصر کبالت در بعضی از گرید ها از جمله ۱.۳۲۵۵ وجود دارد و در بعضی از گرید ها نیز وجود ندارد.

فولادهای تندبر آلیاژهایی هستند که خواص خود را از تنگستن یا مولیبدن و معمولاً هر دو بدست می‌آورند.
این فولادها جزو سیستم آلیاژی چند جزئی هستند که در آن یکی از عناصر کروم، تنگستن، مولیبدن، وانادیوم یا کبالت وجود دارد. در فولاد خشکه هوایی از کربن برای حفظ سختی در درجه حرارت بالا استفاده می شود و از وانادیم برای افزایش استحکام و مقاومت به سایش آهن و همچنین از کروم نیز به عنوان عامل بهبود چقرمگی (Toughness) و مقاومت در مقابل سایش استفاده می شود.

در سیستم واحد نامگذاری(UNS)، گریدهای نوع تنگستنی برای مثال T1 و T15 به صورت سری T120xx نامگذاری می‌شوند، در حالیکه گریدهای نوع مولیبدنی برای مثال M2 و M48 به صورت سری T113xx نامگذاری می‌شوند. در استاندارد ASTM هفت نوع گرید تنگستنی و ۱۷ نوع گرید مولیبدنی به رسمیت شناخته می‌ شود.
افزودن مجموع حدود ۱۰٪ تنگستن و مولیبدن راندمان سختی و استحکام فولادهای تندبر را بیشینه کرده و کمک می‌کند که این فولادها در دماهای بالا این خواص را حفظ کنند.

  • فولاد تندبر (خشکه هوایی) ۱.۳۲۵۵

فولاد ۱.۳۲۵۵ که با نام فولاد خشکه هوایی ۳۲۵۵ نیز شناخته می شود، یک فولاد تندبر کبالت دار بوده که با مقادیر بسیار زیادی تنگستن همراه بوده که مقاومت به سایش بسیار بالایی ایجاد می کند و چقرمگی آن را در مقایسه با سایر فولادهای کبالت دار کاهش می دهد. به دلیل وجود کبالت در فولاد ۳۲۵۵، چقرمگی آن در مقایسه با فولادهای ابزار بدون کبالت بالاتر است.

برای آنبل کاری فولاد تندبر ۳۲۵۵ می بایست آن را در ۷۷۰ الی ۸۴۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲ ساعت نگهداری کرد و سپس به صورت آهسته تا دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد در کوره سرد نمود. از کاربردهای فولاد تندبر ۳۲۵۵ می توان به استفاده آن ها در انواع مختلف ابزارهای چرخشی، تیغیه های برش، دریل های دوقلو، ابزارهای کار با چوب و کلیه کاربردهای فولادهای ابزار سردکار اشاره نمود.

  • فولاد تندبر ۳۲۴۳

فولاد ۱.۳۲۴۳ یا همان فولاد خشکه هوایی ۳۲۴۳ از دسته فولادهای آلیاژی تندبر است. فولاد تندبر ۳۲۴۳ یک فولاد تندبر مولیبدنی با نام M35 بوده که در آلیاژ آن ۵-۵/۴ % مولیبدن، ۵/۵-۵/۴ % کبالت و ۷-۶ % وانادیوم دیده می شود.

مقاومت به سایش عالی مشابه سایر فولاد های تند بر می باشد و در دماهای بالا سختی خود را از دست نمی دهد و مانند اغلب فولادهای ابزار چقرمگی نسبتا پایینی دارد. به دلیل وجود کبالت چقرمگی فولاد تندبر ۳۲۴۳ در مقایسه با فولادهای ابزار بدون کبالت بالاتر است. این فولاد با وجود دارا بودن درصد زیادی از تنگستن، قابلیت جوشکاری نسبتاً خوبی دارد.

  • فولاد تندبر ۳۲۰۷

فولاد ۱.۳۲۰۷ یا همان فولاد خشکه هوایی ۳۲۰۷ از دسته فولادهای آلیاژی تندبر(خشکه هوایی) بوده که دارای ترکیب شیمیایی ۳/۱ % کربن، ۴۵/۰% سیلیسیوم، ۴/۰% منگنز، ۵/۴% کروم، ۹/۳% مولیبدن، ۵/۳% وانادیوم و ۱۰% تنگستن و ۵/۹-۵/۱۰% کبالت می باشد.

مشخصات و کاربردهادی فولاد تندبر ۳۲۰۷ تقریبا مشابه سایر فولادهای این دسته می باشد. این استاندارد از فولاد تندبر که تنگستن و وانادیوم بیشتری را در آلیاژ خود جای داده، دارای سختی و برندگی بیشتری است. در مقایسه با سایر استاندارد ها در گروه فولاد های تند بر یا خشکه هوایی است.

  • فولاد تندبر S600

فولاد تندبر ۱.۳۳۴۳ که با نام فولاد S600 نیز در میان فولادها معروف بوده از دسته فولادهای مولیبدن دار بوده
که با مقادیر بسیار زیادی تنگستن همراه است که مقاومت به سایش بسیار بالایی را ایجاد می کند.
این فولاد همچنین با نام فولاد خشکه هوایی ۳۳۴۳ نیز در میان فولادها معروف می باشد. خشکه هوایی ۳۳۴۳ شامل ترکیب شیمیایی ۹/۰% کربن، ۴۵/۰% سیلیسیوم، ۴/۰% منگنز، ۱۵/۴% کروم، ۹۵/۴% مولیبدن، ۸۵/۱% وانادیوم و ۵/۶۳% تنگستن می باشد.
از این فولاد به طور گسترده ای برای ابزارهای برشی از قبیل مته مارپیچ، تیغه های فرز، اره، ابزار خان کشی، ابزار برشی دقیق، و چاقو ها استفاده می شود.

  • فولاد تندبر ۳۲۶۵

فولاد تندبر ۱.۳۲۶۵ از دسته فولادهای تندبر کبالت دار بوده که با مقادیر بسیار زیادی تنگستن همراه است که مقاومت به سایش بسیار بالایی ایجاد می کند و چقرمگی آن را در مقایسه با سایر فولادهای کبالت دار کاهش می دهد. فولاد ۳۲۶۵ در مقایسه با فولاد ۳۲۵۵ به دلیل وجود کبالت بالاتر، چقرمگی بهتری دارد.

عملیات حرارتی فولاد خشکه هوایی

دمای آنیلینگ فولاد تندبر به این گونه است:
۸۰۰ – ۸۶۰ درجه سانتی گراد حرارت دهید و سپس به آرامی آن را در کوره خنک کنید.
این کار بیشترین میزان سختی را ایجاد خواهد کرد.
تنش تسلیم برای برطرف کردن تنش ناشی از ماشینکاری، باید فولاد را به مدت یک ساعت در معرض حرارت ۶۰۰ – ۶۵۰ درجه سانتی گراد قرار داد و سپس در هوا خنک می‌شود.

این فرایند برای کاهش اعوجاج در طول عملیات حرارتی انجام می شود.
فورجینگ یا همان دمای فورجینگ (آهنگری) فولاد تندبر ۱.۳۲۰۷ ، ۹۰۰ – ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد است.

در نهایت اینطور می‌توان نتیجه گرفت که فولاد خشکه هوایی ۱.۳۲۰۷ بدلیل سختی بسیار زیاد و مقاومت در برابر سایش در حین برش، کابردهای فراوانی دارد
از جمله: ابزارهای برشی خاص- ابزار خان کشی-ابزار تراش و فرزکاری -ساخت قلم تراش-ابزار کار برای کار بر روی چوب-ساخت مته و تیغ اره.

فهرست