فولاد خشکه هوایی چیست

فهرست مطالب

ویژگی‌های کلیدی فولاد خشکه هوایی

عناصر تشکیل دهنده فولاد خشکه هوایی

تاریخچه تولید فولاد خشکه هوایی

انواع فولاد خشکه هوایی

فولاد خشکه هوایی، که به انگلیسی "High-Speed Steel" یا "HSS" نامیده می‌شود، یک نوع فولاد ابزار است که به دلیل ویژگی‌های خاصی که دارد، برای ابزارهای برشی و ماشین کاری استفاده می‌شود. این نوع فولاد در برابر حرارت و ساییدگی بسیار مقاوم است و می‌تواند در سرعت‌های برش بالا به کار رود بدون اینکه سختی خود را از دست بدهد. به همین دلیل به آن "خشکه هوایی" می‌گویند.

ویژگی‌های کلیدی فولاد خشکه هوایی

1. مقاومت بالا در برابر حرارت: این فولاد در دماهای بالا سختی خود را حفظ می‌کند.
2. سختی و مقاومت به ساییدگی: برای برش و ماشین کاری مواد سخت مناسب است.
3. ترکیبات آلیاژی خاص: معمولاً شامل عناصر کروم، وانادیوم، تنگستن، و مولیبدن است که به مقاومت در برابر حرارت و سختی کمک می‌کنند.

فولاد خشکه هوایی به طور گسترده در ساخت ابزارهای برشی مانند مته‌ها، تیغه‌ها، و ابزارهای ماشین‌کاری استفاده می‌شود.

عناصر تشکیل دهنده فولاد خشکه هوایی

فولاد خشکه هوایی (High-Speed Steel یا HSS) معمولاً دارای ترکیبات آلیاژی متنوعی است که به آن ویژگی‌های منحصر به فردی مانند مقاومت به حرارت و ساییدگی بالا می‌بخشند. عناصر اصلی تشکیل‌ دهنده این نوع فولاد به شرح زیر است:

1. کربن (Carbon): میزان کربن معمولاً بین 0.6% تا 1.5% است. کربن سختی و مقاومت به ساییدگی فولاد را افزایش می‌دهد.
2. تنگستن (Tungsten): بین 12% تا 18%. تنگستن به افزایش سختی در دماهای بالا کمک می‌کند و مقاومت به حرارت و ساییدگی را افزایش می‌دهد.
3. مولیبدن (Molybdenum): 5% تا 10%. مولیبدن به تقویت مقاومت به حرارت و افزایش سختی کمک می‌کند.
4. کروم (Chromium): 3% تا 5%. کروم به افزایش سختی، مقاومت به خوردگی و حفظ سختی در دماهای بالا کمک می‌کند.
5. وانادیوم (Vanadium): 1% تا 5%. وانادیوم به افزایش سختی و مقاومت به ساییدگی کمک می‌کند.
6. کبالت (Cobalt): در برخی از انواع HSS موجود است و می‌تواند تا 10% باشد. کبالت به افزایش سختی در دماهای بالا کمک می‌کند و توانایی فولاد برای کار در شرایط دمایی بالا را بهبود می‌بخشد.

این ترکیبات باعث می‌شوند که فولاد خشکه هوایی در برابر حرارت، فشار و سایش مقاوم باشد و برای کاربردهای مختلف صنعتی مناسب باشد، به ویژه در ساخت ابزارهای برشی و ماشین کاری.

تاریخچه تولید فولاد خشکه هوایی

تاریخچه تولید فولاد خشکه هوایی (High-Speed Steel یا HSS) به اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد. در این دوره، نیاز به مواد با عملکرد بالا برای ابزارهای برشی و ماشین‌کاری رو به افزایش بود. در ادامه به برخی از نقاط عطف در تاریخچه تولید این فولاد پرداخته می‌شود:

• دهه 1860: اولین تلاش‌ها برای بهبود ویژگی‌های فولاد برای ابزارهای برشی با افزودن عناصر آلیاژی مانند تنگستن آغاز شد. این آزمایش‌ها منجر به ایجاد فولادهای ابزار با سختی و مقاومت به سایش بیشتر شد.
• 1898 اختراع فولاد تنگستنی: فردریک تیلور (Frederick Winslow Taylor) و مائونسل وایت (Maunsel White) در شرکت Bethlehem Steel در ایالات متحده یک نوع فولاد آلیاژی جدید با ترکیب تنگستن را توسعه دادند. این فولاد توانایی برش با سرعت بالا را داشت بدون اینکه سختی خود را در دماهای بالا از دست بدهد.
•  معرفی فولادهای HSS: در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1900، اولین نمایش عمومی از ابزارهای ساخته شده از فولاد خشکه هوایی انجام شد. این ابزارها عملکرد بسیار بهتری نسبت به ابزارهای موجود در آن زمان داشتند و توانستند توجه صنعتگران را جلب کنند.
• دهه 1920 توسعه و بهبود ترکیبات آلیاژی: تحقیقات بیشتری روی ترکیب آلیاژی فولاد خشکه هوایی انجام شد و عناصر جدیدی مانند مولیبدن و وانادیوم به ترکیبات آلیاژی اضافه شدند. این عناصر باعث افزایش سختی و مقاومت به حرارت فولاد شدند.
• دهه 1950 و بعد از آن - بهبودهای بیشتر: با پیشرفت تکنولوژی و تحقیقات بیشتر، ترکیبات و فرآیندهای تولید فولاد خشکه هوایی بهبود یافتند. افزودن کبالت به برخی از ترکیبات HSS باعث افزایش بیشتر مقاومت به حرارت و سختی شد.

فولاد خشکه هوایی به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، به سرعت جایگزین فولادهای ابزار سنتی شد و به یک ماده استاندارد برای ابزارهای برشی و ماشین‌کاری تبدیل شد. این فولاد هنوز هم به عنوان یکی از مواد اصلی در تولید ابزارهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع فولاد خشکه هوایی

فولاد خشکه هوایی (High-Speed Steel یا HSS) به دلیل ترکیبات آلیاژی متفاوت و ویژگی‌های متنوع، به چندین نوع تقسیم می‌شود. هر نوع برای کاربردهای خاصی طراحی شده و دارای ترکیبات شیمیایی و ویژگی‌های مکانیکی خاصی است. در زیر به معرفی برخی از انواع مهم فولاد خشکه هوایی می‌پردازیم:

T1 (Tungsten High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 18% تنگستن، 4% کروم، 1% وانادیوم، و 0.7% کربن.

ویژگی‌ها: سختی بالا و مقاومت به حرارت خوب. مناسب برای ابزارهای برشی که نیاز به سختی در دماهای بالا دارند.

کاربردها: مته‌ها، تیغه‌های برش و ابزارهای ماشین‌کاری.

M2 (Molybdenum High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 6% مولیبدن، 5% تنگستن، 4% کروم، 2% وانادیوم، و 0.85% کربن.

ویژگی‌ها: مقاومت به سایش و سختی بالا، قابلیت حفظ سختی در دماهای بالا.

کاربردها: ابزارهای برشی، مته‌ها، و تیغه‌های ماشین‌کاری.

M42 (Cobalt High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 8% کبالت، 10% مولیبدن، 4% کروم، 1% وانادیوم، و 1% کربن.

ویژگی‌ها: مقاومت به حرارت بسیار بالا، سختی عالی.

کاربردها: ابزارهای برشی با نیاز به مقاومت به حرارت بسیار بالا، مانند مته‌های پیچ‌ کاری و ابزارهای تراش دقیق.

M35 (Cobalt High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 5% کبالت، 6% مولیبدن، 4% کروم، 2% وانادیوم، و 0.9% کربن.

ویژگی‌ها: ترکیبی از سختی بالا و مقاومت به حرارت، مناسب برای شرایط کاری سخت.

کاربردها: ابزارهای برشی، مته‌ها، و تیغه‌های ماشین‌کاری که نیاز به تحمل شرایط دمایی بالا دارند.

T15 (Tungsten High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 12% تنگستن، 4% کروم، 5% کبالت، 5% وانادیوم، و 1.6% کربن.

ویژگی‌ها: سختی بسیار بالا و مقاومت به حرارت عالی.

کاربردها: ابزارهای برشی برای مواد سخت و شرایط دمایی بسیار بالا.

M7 (Molybdenum High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 8% مولیبدن، 1.5% کروم، 2% وانادیوم، و 1% کربن.

ویژگی‌ها: مقاومت به سایش و سختی بالا.

کاربردها: ابزارهای برشی، مته‌ها، و تیغه‌های ماشین‌ کاری.

ASP30 (Powder Metallurgy High-Speed Steel)

ترکیب شیمیایی: حدود 5% مولیبدن، 6.4% کروم، 3.1% وانادیوم، و 1.28% کربن.

ویژگی‌ها: تولید شده به روش متالورژی پودر، دارای ساختار میکروسکوپی بسیار همگن، مقاومت به سایش و سختی بالا.

کاربردها: ابزارهای برشی دقیق و با دوام طولانی.

این انواع مختلف فولاد خشکه هوایی برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند و انتخاب نوع مناسب بستگی به نیازهای خاص پروژه یا ابزار دارد.