فولاد تندبر یا HSS چیست؟
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
فولاد تندبر یا HSS چیست؟ فولاد تندبر که از واژه لاتین High Speed Steel گرفته شده، یکی از مهم‌ترین فولاد ابزارهایی است که به اختصار HSS معرفی می‌شود. این محصول در بازار با نام‌های دیگری مانند فولاد سرعت بالا یا خشکه هوایی، شناخته شده که به کاربرد آن اشاره مستقیم دارد. بنابراین از این نوع فولاد در فرآیندهای سرعت بالا استفاده می‌شود. فولاد HSS براساس استاندارد AISI ساخته می‌شود و دارای دو سری M و T، با بیش از 40 زیر‌دسته است.
عناصر موجود در این فولاد عبارتند از کربن، سیلیسیم، منگنز، آهن، کروم، تنگستن، وانادیم، کبالت و مولیبدن که با درصدهای متفاوتی به فرآیند تولید آن اضافه می‌شوند. به همین دلیل این محصولات در دسته فولادهای پرآلیاژ قرار گرفته و سختی، مقاومت و چقرمگی بسیار بالایی دارند. روش‌های زیادی برای انجام عملیات حرارتی فولاد تندبر قرار دارد. در ادامه به بررسی مشخصات، انواع، کاربرد و عوامل تاثیر گذار در قیمت آن می‌پردازیم.
فایل صوتی
فایل ویدئویی
فولاد تندبر یا HSS چیست؟
به طور کلی فولادها محصولاتی هستند که به عنوان مواد اولیه در سازه‌های فولادی و ساخت مقاطعی مانند میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی، قاشق و چنگال، لوازم خودرو، وسایل جراحی و… استفاده می‌شوند.
فولادها براساس فاکتورهای متعددی طبقه‌بندی می‌شوند و یکی از معروف‌ترین آنها، فولاد تندبر است. فولاد HSS یا High Speed Steel جزو فولادهای ابزاری (Tool Steel) است، که برای ساخت ابزارهای برشی در سرعت بالا استفاده می‌شود.
یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌های فولاد تندبر این است که، ترکیبی از خواص فولادهای گرم‌کار و سردکار را با هم دارد. در واقع این محصول مانند فولادهای گرم‌کار، دارای ساختار کاربیدی سخت است و مانند فولادهای سردکار مقاومت بالایی در برابر سایش دارد.
عناصر اصلی موجود در فولاد HSS عبارتند از 2% کربن، 7% تنگستن و 2.5% منگنز که امروزه اغلب از کروم به جای منگنز استفاده می‌شود. این عناصر موجب افزایش سختی و چقرمگی فولاد می‌شوند. تعدادی از این فولادها دارای عنصر وانادیم هستند که به علت داشتن مقاومت بالا در برابر سایش، برای تولید ابزارهای برشی استفاده می‌شوند.
مشخصات فولاد تندبر یا HSS چیست؟
از مهم‌ترین ویژگی‌های فولاد تندبر می‌توان به سختی و مقاومت بسیار بالای آن به دلیل داشتن عناصر مقاوم (کربن، تنگستن، کروم، منگنز، وانادیم و…) اشاره کرد. مقاومت این فرآورده به گونه‌ای است که حتی در برابر حرارت 500 درجه، ویژگی‌های ظاهری و مکانیکی خود را حفظ می‌کند.
مقاومت فولاد HSS تنها به حرارت محدود نمی‌شود بلکه در برابر سایش، فشار، ضربه و تغییرشکل نیز مقاوم است. امکان برشکاری بر روی این فولاد نیز وجود دارد. برشکاری فولاد HSS به چهار عامل سختی، مقاومت، خاصیت داکتیلیته و نقطه تسلیم آن بستگی دارد.
انواع فولاد تندبر یا HSS چیست؟
تاکنون حدود 40 نوع فولاد HSS توسط موسسه آهن و فولاد آمریکا اعلام شده که بر اساس ترکیبات شیمیایی، در دو گروه اصلی تنگستنی و مولیبدنی قرار می‌گیرند. در استاندارد جهانی ASTM برای فولاد تندبر تنگستنی، هفت گرید و برای فولاد مولیبدنی، هفده نوع گرید معرفی شده است.
فولاد تندبر تنگستنی یا گروه T
این دسته از فولادهای تندبر، توسط تنگستن آلیاژ می‌شوند و دارای گریدهای T1، T4 و T15 هستند. این گروه از فولادهای HSS نسبت به گروه M، سختی بالاتری در برابر حرارت‌های بالا دارند، اما چقرمگی آنها پایین‌تر است. فولاد T1 اولین نمونه از این محصول بود که وارد بازار شد اما امروزه با فولاد M2 جایگزین شده است.
فولاد تندبر مولیبدنی یا گروه M
فولادهای مولیبدنی دارای عنصر مولیبدن هستند و چقرمگی بسیار بالایی دارند. گریدبندی این دسته از فولادهای تندبر به صورت M1، M2، M3 و… است که دارای ویژگی و کاربردهای متفاوتی هستند. در این گریدبندی، فولاد مولیبدنی M2 از همه استانداردتر و کاربردی‌تر است.
این محصولات دارای دسته‌بندی دیگری به نام فولادهای کبالتی نیز هستند که با اضافه شدن عنصر کبالت به مولیبدن، تولید می‌شود و شامل گریدهای M35 و M42 است. اضافه کردن عنصر کبالت به ترکیبات فولاد، موجب افزایش مقاومت آن در برابر حرارت می‌شود.
فراموش نکنید که فولاد HSS-E، نام دیگر M35 و فولاد HSS-CO، همان M42 است.
کاربردهای فولاد تندبر یا HSS چیست؟
این فولاد به دلیل داشتن ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد، در تولید ابزارآلات بسیار متنوعی مانند تیغه اره، تیغه فرز، ابزار خان‌کشی، مته و قطعات ماشین ابزار استفاده می‌شود. همچنین در تولید سوهان، چاقو و قالب سرد نیز می‌توان از این نوع فولاد استفاده کرد.
این ابزارآلات مدت زمان بیشتری خاصیت تیزی و برندگی خود را حفظ می‌کنند به همین دلیل در انواع کارگاه‌های نجاری و ماشین‌کاری استفاده می‌شوند.
عملیات حرارتی فولاد تندبر یا HSS
عملیات حرارتی این فولاد، دارای سه مرحله است. این فرآیند موجب تغییر خواص فولاد و ساختار آن می‌شود به همین دلیل به آن عملیات سختکاری نیز گفته می‌شود. اگر به اطلاعات بیشتری در این زمینه احتیاج دارید، به مقاله عملیات حرارتی چیست مراجعه کنید.
عملیات حرارتی در بهبود و تقویت خواص فولاد تندبر، تاثیر زیادی دارد و شامل مراحل زیر است.
مرحله پیش گرمایش
فرآیند پیش گرمایش فولاد HSS، شامل سه مرحله است. در طی این مراحل دما به تدریج افزایش پیدا می‌کند؛ به طوری که ابتدا در دمای 650، سپس 850 و در نهایت 1050 درجه سانتی‌گراد حرارت می‌بیند. انجام صحیح این مرحله از عملیات حرارتی، اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا با کاهش شوک حرارتی موجود در کوره باعث جلوگیری از ترک خوردن فولاد تندبر می‌شود. همچنین این فرآیند در کاهش تنش‌های ماشین‌کاری، شکل‌دهی و افزایش بهره‌برداری تجهیزات در زمان کمتر تاثیر زیادی دارد.
مرحله آستنیته کردن
آستنیته کردن فولاد تندبر، به دو عامل دما و زمان بستگی دارد. در این مرحله مقدار زیادی از کاربیدهای آلیاژی در دمای مشخصی حل شده و به تدریج به دمای ذوب آن نزدیک می‌شود. بنابراین افزایش دما در این مرحله روند صعودی دارد، تا زمانی که تمام کاربیدها حل شوند.
همچنین مدت زمان نگهداری فولاد در این دما، به عواملی مانند شکل مقطع فولاد و گریدبندی آن بستگی دارد که بین 2 تا 6 دقیقه متغیر است.
مرحله کوئنچ و تمپر کردن
کوئنچ کردن فولاد همان عملیات خنک‌کاری است، که محصول آستنیت را به مارتنزیت تبدیل می‌کند. توضیح کامل این فرآیند از حوصله بحث ما خارج است؛ بنابراین می‌توانید به مقاله تمپر کردن فولاد مراجعه کنید. این فرآیند بسته به نوع فولاد و ویژگی‌های مکانیکی آن، در دو مرحله حمام نمک و سپس روغن، کوئنچ یا سرد می‌شود. در موارد بسیار نادر برای فولادهای تندبر نازک، می‌توان این مرحله را در دمای محیط انجام داد.
برای دانستن جواب این سوال که فولاد تندبر یا HSS چیست، لازم است مشخصات، انواع، کاربرد و عملیات حرارتی آن را بشناسید. فولاد تندبر یا HSS یا سرعت بالا و خشکه هوایی مواد اولیه‌ی مقاطعی مانند میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی، لوازم خودرو و… هستند. این فولاد دارای دو گریدبندی M و T است که بیش از 40 زیرمجموعه دارد. عملیات حرارتی فولاد تندبر نیز شامل سه مرحله پیش گرمایش، آستنیته و کوئنچ است که به خصوصات کلی HSS بستگی دارد.
عوامل موثر بر قیمت فولاد تندبر یا HSS چیست؟
این عوامل برند فولاد، سطح مقطع، گرید، نوسانات بازار و قیمتگذاری کارخانه هستند.
فولادهای خشکه هوایی دارای چند نوع هستند؟
این محصولات دارای دو نوع تنگستنی و مولیبدنی هستند.
مهم‌ترین مزایای استفاده از این فولاد نسبت به سایر مقاطع چیست؟
سرعت و استحکام بالا، تحمل حرارت تا بیش از 600 درجه، قیمت مناسب و قابلیت خورد شدن استاندارد است.