بررسی فولادهای آلیاژی (فولادهای ابزار گرم­کار hot worked tool steels)

فولادها آلیاژهای آهن-کربن هستند که عمدتاً دیگر عناصر نظیر کروم (Cr)، منگنز (Mn) و سیلسیم (Si) نیز در ترکیب شیمیایی آن­ها حضور دارد. فولادهای به دسته­های بسیار متعددی تقسیم می­شوند که این تقسیم بندی عمدتاً یا بر حسب دیاگرام آهن-کربن یا برحسب کاربردهای صنعتی یا بر حسب استاندارهای معتبر است. از آنجایی که علاوه بر محققان، صنعتگران نیز مخاطب این گزارش هستند در اینجا به توضیح مختصری در خصوص فولادهای آلیاژی می­پردازیم، به­طورکلی چنانچه میزان عناصر آلیاژی کمتر از 5% باشد به فولاد نام کم آلیاژ و چنانچه این میزان بیش از 5% باشد به فولاد نام پرآلیاژ اطلاق می­شود. فولادهای ابزار گرم­کار فولادهای آلیاژی (و به­طور معمول فولادهای پرآلیاژی هستند) که در دماهای بالا نیز می­توانند سرویس­دهی کنند جدول زیر چندین نوع از این فولادها را همراه با ترکیب شیمیایی و استاندارد آن­ها معرفی می­کند:

فولادهای ابزار گرم­کار:

شایان ذکر است که علامت X در ابتدای مشخصه، حاکی از پرآلیاژ بودن آن است. این آلیاژها به­طور معمول بصورت کارشده (نورد یا فورج) تولید می­شوند چنانچه آلیاژ ریختگی باشد حرف G قبل از X به مشخصه آن اضافه می­شود. از آنجایی که این دسته از فولادها برای ساخت و برش بکار می­روند به این دسته نام فولاد ابزار اطلاق شده است و از سوی دیگر چون می­توانند در دماهای بالاتر از     C֯ 300 نیز سرویس­دهی کنند نام فولاد ابزار گرم­کار برای این گروه از آلیاژها انتخاب شده است. به­طور کلی هر کدام از آلیاژهای مذبور بسته به نوع سرویس­دهی و هزینه آن انتخاب می­شوند. شاخصه اصلی این دسته از فولادها افزایش میزان کروم و مولیبدن آن­ها است که حضور این عناصر در مقدار بهینه سبب افزایش استحکام فولاد خواهند شد.

جدول زیر برخی از اصلی­ترین کاربردهای فولادهای ابزار را نشان می­دهد. شایان ذکر است در این جدول تنها برخی از کاربردهای اصلی آلیاژ ذکر شده است.

طرح شماتیک ذیل نحوه ذوب و تولید فولادهای گرم کار را از شروع تا پایان نشان می­دهد. ملاحظه می­شود که برخی از گریدهای این آلیاژها تحت خلا (VIM) ذوب و تولید می­شوند به همین دلیل تمیز بودن ذوب از ناخالصی و همگن بودن محصول نهایی سبب ارتقا کیفیت این گروه از آلیاژها می­شود.

در این فولاد نیز مانند سایر فولادهای ابزار احتمال ایجاد ترک درهنگام جوشکاری وجود دارد، اگر عملیات جوشکاری مورد نیاز باشد باید دستورات زیر حتماً رعایت شود:

 پیش گرم کردن ابزار در دمای C ֯ 400-200 بازگشت دادن مجدد ابزار پس از جوشکاری برای حصول سختی موردنظر. طبق گزارش شرکت بُهلر خواص و ویژگی­های آلیاژهای ابزار گرم کار به صورت کمٌی بررسی و نتایج آن در جدول ذیل ارائه شده است.

دمای انجام فرآیند کارگرم برای این فولادها غالباً بین 900 تا C ֯ 1100 است. همچنین جدول زیر محدوده دمایی فرآیند آنیلینگ برای این آلیاژها را نشان می­دهد، فرآیند آنیلینگ سبب بهینه شدن خواص مکانیکی (استحکام، انعطاف­پذیری و سختی) می­شود.