فولادهای ابزار تند بر ، فولادهای پر آلیاژی هستند که برای سرعتهای بالای برش فلزات خیلی سخت بکار برده می شوند . از آنجائیکه برش با سرعت زیاد سبب بالا رفتن درجه حرارت ابزار و نهایتا رسیدن آن به محدوده سرخ شدن می شود( Red Range) ، این ابزارها باید در مقابل بازگشت (Temper) در محدوده دمایی ذکر شده مقاوم باشند توانایی حفظ سختی و استحکام در محدوده سرخ شدن تحت عنوان سختی داغ نامیده می شود( Hot Hardness) که یک خاصیت مهم به شمار می رود . این فولادها همچنین باید مقاومت به سایش و سختی بالایی داشته باشند تا بتوانند مدت معینی لبه های تیز برشی خود را حفظ نمایند .
در فولادهای تند بر ، تنگستن یا مولیبدن ( در بعضی موارد هم تنگستن وهم مولیبدن ) برای تشکیل کار بید و سختی داغ ، وانادیم برای افزایش مقاومت سایشی وکروم برای کاهش اکسیداسیون وافزایش سختی ودر بعضی اوقات کبالت جهت بهبود سختی دردمای بالا افزوده می شوند .
فولاد های ابزار تند بر از نظر ترکیب شیمیایی به دو دسته تقسیم می شوند :
نوع حاوی T تنگستن هستند .
نوع که حاویM مولیبدن هستند .
ترکیب شیمیایی این فولادها در جدول 1-2 نشان داده شده است .
( 2-3-1) اثر عناصر مختلف بر خواص فولاد های ابزار
2-3-1- 1 کربن
مانند دیگر فولادهای ابزار ، کربن ممترین عنصر آلیاژی در عملیات سخت کاری می باشد که در مراحل مختلف چرخه تولید به نسبتهای متفاوتی بین زمینه و فاز کا ربید توزیع می شود درحالت آنیل شده کربن عمدتا به صورت کاربید می باشد که در هنگام فرایند آستنیته کردن اغلب این کار بید ها حل شده و کربن وارد زمینه می شود .
در حین فرایند بازگشت ، با افزایش درصد کربن زمان سرد کردن بیشتری جهت انجام استحاله مار تنزیتی مورد نیاز می باشد و معمولا عمل بازگشت تا سه مرتبه تکرار می شود . چرا که در دفعات اول و دوم بازگشت ، استحاله مار تنزیتی بطور کامل انجام نشده وهنوز مقداری از آستنیت به صورت استحاله نیافته باقی می ماند . در صورت لزوم نیاز به تکرار عمل بازگشت تا انجام کامل استحاله مار تنزیتی می باشد .
(2-3-1) کروم
وجود حدود 4 درصد کروم در کلیه فولادهای تند بر باعث شده که این عنصر بعد از کربن بعنوان عنصر اصلی به شمار آید . کروم با توجه به نوع عملیات حرارتی و مقادیر مختلف کربن انواع کار بیدها راتشکیل داده ، باعث افزایش سختی پذیری شده و پوسته ای شدن ( Scalng) را به تعویق می اندازد . این عنصر در فولاد آنیل شده بصورت کار بیدی که طی سیکل سخت کردن در آستنیت حل می گردد وجود دارد واز این رو یکی از علل اصلی تولید مار تنزیت در فولاد کوئنچ وبازگشت داده شده است .
کروم بواسطه کاستن از مقدار آستنیت باقیمانده ، سرعت نرم شدن فولادها را کاهش می دهد اما خود به تنهایی قادر به ایجاد این سختی ثانویه است .
2-3-1-3 وانادیم
این عنصر معمولا حدود یک تا پنج درصد از وزن فولاد های ابزار تند بر را تشکیل می دهد . مهمترین اثر وانادیم تولید کار بیدهای خیلی سخت از نوع VC می باشد که در واقع ترکیب شیمیایی آنها نزدیک به V4C3 می باشد . این ذرات کار بیدی زاویه دار و سخت ، اهمیت زیادی در افزایش مقاومت به سایش دارند واز آنجاییکه در درجه حرارتهای معمول سخت کردن قابل حل نیستند . در محدود کردن رشددانه ها موثرند . وانادیم همچنین در پایداری مارتنزیت تاثیر بسزایی دارد وهنگام بازگشت از نرم شدن فولاد جلوگیری می کند . برای بوجود آمدن این اثر ، دمای آستنیته کردن اهمیت زیادی دارد تا حداکثر مقدار کار بید وانادیم در فاز آستنیت وجود داشته باشد
در فولاد تند برT1 حدود یک درصد وانادیم وجود دارد اما در فولادهای تند بر مولیبدنی این مقدار کافی نبوده و معمولا حدود دو درصد در نظر گرفته می شود . مقادیر بیشتر وانادیم تا حدود پنج درصدهم قابل تحمل می باشد . اما بیش از این مقدار ، مشکلاتی را در آهنگری بوجودمی آورد ونیز مقدار آستنیت باقیمانده را افزایش داده سبب بروز مشکلات زیادی درعملیات حرارتی می شود .
حلالیت کم کار بید وانادیم در آستنیت اثر مهمی در عملیات حرارتی دارد . بطوریکه رسوب ذرات ریز کار بید در مرز دانه ها باعث ایجاد سختی ثانویه می گردد .
افزایش و انادیم به دلیل تشکیل کار بید وریز کردن دانه های آستنیت کاهش سختی پذیری فولاد را بهمراه دارد . حرارت دادن در بالاتر از دمای سخت کاری ( نزدیک دمای سولیدوس ) باعث حل شدن این کار بید ها در آستنیت می شود که در چنین شرایطی وانادیم سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد .
2-3-1-4کبالت
میزان استفاده از کبالت د رفولاد ابزار تند بر به مراتب کمتر از عناصر آلیاژی دیگر است . کبالت بر خلاف عناصر آلیاژی قبلی وارد فاز زمینه می شود . این عنصر درجه حرارت سولیدوس را افزایش می دهد ولذا درجه حرارت سخت کاری را زیاد می کند ودر نتیجه انحلال کار بید افزایش یافته و به تبع آن مقدار آستنیت باقیمانده افزایش می یابد شکل 2-2 نشان می دهد که در یک درجه حرارت سخت کاری خاص ، افزایش مقدار کبالت باعث کاهش مقدار آستنیت باقیمانده می شود .
باافزایش مقدار کبالت ، سختی پذیری وسختی سرخ نیز بهبود یافته و همچنین هدایت حرارتی مخصوصا دردرجه حرارتهای بالا افزایش می یابد . اثرات منفی کبالت ، کاهش چرمگی و مقاومت به سایش می باشد .
2-3-1-5تنگستن و مولیبدن
این دو عنصر اثرات مشابهی داشته و تفاوت عمده آنها درمقدار وزنی موجود در آلیاژ می باشد که این امر نیز به دلیل اختلاف وزنی اتمی آنهاست بطوریکه یک درصد مولیبدن معادل حدود 6/1 تا 2 درصد تنگستن می باشد . از آنجائیکه ملاحظات اقتصادی در انتخاب یکی از این دو عنصر مد نظر می باشد . در نقاط مختلف دنیا این انتخاب متفاوت خواهد بود .
تنگستن ومولیبدن مقاومت به بازگشت راافزایش می دهند وگزارش شده که هر دو آنها بازده برش را افزایش می دهند . {2} مولیبدن درجه حرارت سالیدوس را بیشتر از تنگستن کاهش می دهد ولذا حداکثر درجه حرارت مجاز برای عملیات حرارتی در فولادهای مولیبدن دار کمتر می باشد .
مولیبدن و تنگستن هر دو در ترکیب با آهن و کربن ، کار بیدهای پیچیده و پایداری را تشکیل می دهند . کار بید متداول آنها بصورتM6C می باشد که معمولا بین ترکیبات Fe 4W2C, W3Fe3C یا عموما ترکیب ( FeMO.W) 6C متغیر می باشد . که تحت عنوان کار بید اتا نامیده می شوند . کاربیدهای فولادهای تند بر در حین عملیات حرارتی حلالیت کمی در زمینه دارند . بنابراینMo, W سهم کمی در سختی پذیری این فولادها داشته وبه همین دلیل برای بالا بردن میزان سختی پذیری فولاد میزان کروم را افزایش می دهند .
به هر حال مولیبدن و تنگستن مقاومت در برابر نرم شدن مار تنزیت راهنگام باز گشت بشدت افزایش می دهند که این امر سهم بسزایی در افزایش سختی سرخ دارد .
در فولادهای فاقد این دو عنصر یا دارای مقادیر کم این عناصر ، سختی ثانویه بسیار ناچیز است .
گزارش شده است که آستنیت در فولادهای تند بر مولیبدن دار ، از پایداری کمتری نسبت به نوع تنگستن دار برخوردار می باشد که این امر در عملیات حرارتی یک مزیت عملی محسوب می شود.