فـولاد H۱۱ ،از دسـته فولادهاي ابزار گرمكار است كه به علّت مقاومت بالا در برابــر حــرارت، بــيشتــر بــراي ســاخت قالــبهــاي ريختــه گــري و روزنرانــي آلياژهــاي غيرآهنــي ماننــد آلومينيم، منيزيم و مس استفاده ميشوند. سطح اينگونه از قالـبهـا پـس از گذشـت زمـان مشخصـي در اثـر خــوردگي، ســايش و خســتگي حرارتــي، تخريــب ميشوند.
در ادامه به این مباحث بیشتر خواهیم پرداخت :
تعریف فولاد گرم
کاربرد فولاد H۱۱
تأثیر متغیرهای فرایند بورسیلیسیم‌دهی بر فولاد گرمکار H۱۱
جدول ترکیبی و سایر نامگذاری های فولاد ابزار H۱۱
نتیجه گیری
فولاد گرم چیست ؟
فولاد ابزار های گرمکار برای کاربردهایی که دمای آنها بالاتر از ۳۱۶ درجه سانتیگراد است طراحی شده اند، زیرا آنها از مقاومت سایشی بسیار خوبی برخوردارند و در مواردی که مقاومت و سختی در برابر درجه حرارت بالا نیاز است به راحتی مورد استفاده قرار میگیرند. توانایی مقاومت در برابر شوک های حرارتی یا مقاومت در برابر حرارت بالا نیز از دیگر ویژگی های فولاد ابزار گرمکار است. معمولا وقتی فولاد ابزارهای سردکار در محدوده دمای ۳۱۶ درجه سانتی گراد قرار میگیرند، استحکام خود را از دست میدهند و نرم می شوند. از طرفی دیگر، فولادهای خشکه هوایی یا تندبر که در قالب ابزارهای برشی استفاده می شوند، در چنین دمایی نرم نمی شوند اما سختی فولاد گرم کار و مقاومت حرارتی آنها برای استفاده در این دما مناسب نیست. به همین دلیل برای کاربردهایی که در آن دمای بالا مدنظر است باید حتما از فولاد ابزارهای گرم کار استفاده شود. این فولاد ابزارها گرید ها و دسته بندی های مختلفی دارند و قیمت فولاد گرم کار برای هر گریدی متفاوت است.
به طور کلی فولادهای ابزار گرم کار باید از خواص زیر برخوردار باشند:
- مقاومت در برابر تغییر شکل در طول عملیات حرارتی
- استحکام کششی گرم بسیار زیاد
- مقاومت به ضربه خوب
- مقاومت به سایش در دمای بالا
- مقاومت در برابر شوکهای حرارتی
- قابلیت ماشینکاری خوب
فولاد ابزار گرم کار ۱.۲۳۶۵ یا H۱۰ مقاومت بسیار خوبی دربرابر نرم شدن در دمای بالا دارد. این گرید از فولاد ابزارهای گرم کار نسبت به ترک خوردگی ناشی از شوک های حرارتی مقاوم هستند و میتوانند برای سرویس دهی ، در آب سرد شوند.
کاربردهای متداول این فولاد شامل : ریخته گری تحت فشار، قالب های آهنگری و قالب های اکستروژن است.
فولاد ابزار های گرم کار کروم دار طبق استاندارد آمریکا جزء فولادهای گروه H هستند. این سری از فولادها از H۱ تا H۱۹ را شامل می شود. از این بین، فولادهای H۱۲ , H۱۱ و H۱۳ را می توان جزء پر مصرف ترین فولاد های ابزار گرم کار کروم دار معرفی کرد که می توانند در ضخامت های ۱۵۰ میلی متری در هوا سخت شوند. به علت اینکه محتوای عناصر تشکیل دهنده آنها باهم برابر است، فولادها در طول سخت شدن به حداقل اعوجاج اعمال میشوند. ابزارهایی که از کروم فولادهای گرم کار تولید شده می شوند، بدلیل اینکه این فولادها دارای کربن کمی هستند، میتوانند بدون هیچ گونه آسیبی با آب خنک شوند. همچنین بدلیل خواص عالی که این فولادها دارند ، قیمت فولاد گرم کار گرید H۱۲ , H۱۱ و H۱۳ بیشتر از قیمت سایر فولاد های ابزار گرم کار است.
کاربرد فولاد H۱۱
کاربردهای رایج فولاد ابزار گرم کار ۱.۲۳۴۳ عبارتند از:
- طراحی اجزای سازه های پر تنش مانند چرخ دنده های فرود هواپیما
- ساخت قالب های دایکاست
- قالب های ریخته گری تحت فشار
- ابزارهای پرس های اکستروژن فلزات
تأثیر متغیرهای فرایند بورسیلیسیم‌دهی بر فولاد گرمکار H۱۱
فرايند بورسيليسيم دهي هم زمان به روش سمانتاسيون بسته اي بر روي فولاد گرم کار H۱۱ انجام شده است که عمليات پوشش دهي با ترکيب مشخصي از اين دو عنصر در دو دماي ۱۰۰۰oC و ۹۵۰oC به مدت زمان هاي ۳ و ۶ ساعت انجام شده است . مشخصات قطعه پس از پوشش دهي به وسيله ميکروسکوپ هاي نوري و الکتروني روبشي، پراش پرتوي ايکس و ريزسختي سنجي بررسي شدند. پس از بررسي ساختارهاي ايجاد شده، مشخص شد که لايه پوشش متشکل از دو لايه است، يک لايه ترکيبي و يک لايه نفوذي که حاوي ذرات کاربيد حل نشده هستند . سختي پوشش ها در اين نمونه ها، در محدوده ۵۰۰ تا ۷۰۰ ويکرز به دست آمد. افزون بر اين، افزايش دما و زمان پوشش دهي بر نوع کاربيدهاي حل نشده موثر بود.
جدول زیر ترکیبات شیمیایی فولاد ابزار گرم کار H۱۱
جدول زیر ویژگی های فیزیکی فولاد H۱۱
سایر نامگذاری های فولاد ابزار H۱۱ عبارتند از:
نتیجه گیری :
فولاد ۱۱H كه كاربرد بسيار گسترده اي در ساخت قالبهاي فورج گرم دارند، به علت برخورداري از عناصر آلياژي و در نتيجه سختي پذيري بالا، از حساسيت زيادي نسبت به سرعتهاي سرد شدن زياد و ترك هيدروژني(HIC) برخوردار است. با توجه به نتايج حاصل، امكان سختكاري اين فولاد پس از سختپوشي آن با استلايت ۶ وجود نداشته و توصيه مي شود دماهاي پيشگرم و بين پاسي سيكل سختپوشي آن در محدوده ºC۳۷۰-۳۱۰ قرار داشته باشند. شدت جريان مناسب براي جوشكاري لايه اول با مفتولي به قطر mm۲/۳، در حدود ۸۰ الي ۸۵ آمپر ارزيابي شده و لازم است براي حصول بيشينه سختي (HRC۴۲-۴۱) به وسيله سيكل مذكور، ضخامت لايه سختپوشي حداقل mm۳ باشد. توصيه مي شود انرژي ورودي سيكل جوشكاري كمتر از KJ/m۴۵۵ بوده و آن در محدوده s۳/۱۵-۶ قرار داشته باشد. همچنين توصيه مي شود عمليات پسگرم اين فولاد در محدوده دمايي ºC۵۰۰-۴۲۵ به مدت ۱ ساعت به ازاي هر mm۳۰ ضخامت انجام شود.