فولادهای خوش تراش یا اتومات
تولید قطعات فولادی در تیراژ انبوه با سری تراشی نیاز به فولادهایی با قابلیت ماشین کاری عالی یا خوش تراشی، کیفیت سطحی مناسب پس از ماشین کاری، سرعت تولید بالا و هزینه های پایین ماشین کاری را موجب شده است. به دلیل تاثیر سوء حضور عناصری مثل گوگرد و فسفر در ترکیب فولادها بر خواص مکانیکی، چقرمگی و همگنی ساختار فولادهای کار شده، مقدار آن ها در حداقل (معمولاً کمتر از ۰٫۰۴۵ درصد در اکثر فولادها) تنظیم می شود ولی با حضور گوگرد و فسفر در مقادیر بیشتر (گوگرد تا ۰٫۴ درصد و فسفر تا ۰٫۱۱ درصد) و همچنین حضور عنصر سرب در مقادیر ۰٫۳۵-۰٫۱۵ درصد در ترکیب برخی فولادهای کم کربن و کربن متوسط، خاصیتی در آن ها ایجاد می شود که قابلیت ماشین کاری، براده برداری و کیفیت سطح این فولادها پس از ماشین کاری بهبود می یابد. به فولادهایی که دارای این خاصیت و قابلیت هستند، فولادهای خوش تراش یا اتومات (Free-cutting steels) می گویند. کاربرد اصلی این فولادها تراش اتوماتیک و سری تراشی جهت تولید انبوه قطعات خودرو و قطعات صنعتی است. برای همین در صنایع خودرو سازی، ماشین آلات و ادوات کشاورزی، اتصالات هیدرولیکی، ساخت ابزار دقیق، صنایع فلزی و قطعه سازی کاربرد زیادی دارد.
به دلیل کاهش اصطکاک روی لبه ابزار تراشکاری در اثر خرد شدن براده ها، عمر ابزار تراشکاری این فولادها افزایش و در نتیجه هزینه های تولیدی آن ها کاهش می یابد.
گوگرد، سرب، منگنز و فسفر چهار عنصر مهم در این گروه از فولادها بوده و کربن آن ها بستگی به نوع آلیاژ، از کمتر از ۰٫۱۴ درصد تا حداکثر ۰٫۶۵ درصد در برخی گریدهای فولاد اتومات متغیر است. برخی از فولادهای خوش تراش قابلیت سمانتاسیون یا کربن دهی سطحی داشته و برخی هم عملیات حرارتی پذیر هستند.
این فولادها به روش نورد گرم و یا کشش سرد تولید می شوند و برای عملیات آهنگری مناسب نمی باشد. به دلیل حضور مقدار بالایی از عناصر فسفر و گوگرد در ترکیب این فولادها، جوشکاری آن ها توصیه نمی شود و ترمیم سطحی آن ها با جوشکاری هم مجاز نیست.
دلیل خوش تراشی فولادهای خوش تراش یا اتومات
وجود گوگرد عامل مهمی در افزایش قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش است. با حضور گوگرد و تشکیل ناخالصی های سولفیدی در مرزدانه ها، حین ماشینکاری براده ها خرد شده و طول آن ها کوتاه تر می شود. در نتیجه با افزایش سرعت براده برداری، فولاد خوش تراش می شود. همچنین به دلیل خاصیت روانکاری گوگرد، هم با کاسته شدن از شدت اصطکاک در قسمت برنده ابزارهای برشی، عمر آن ها افزایش می یابد و هم کیفیت سطحی خوبی پس از ماشینکاری قطعه به دست می آید.
عنصر فسفر نیز همچون گوگرد باعث افزایش قابلیت براده برداری و ماشینکاری فولادها می شود. این عنصر در برخی گریدهای فولاد خوش تراش تا ۰٫۱۱ درصد و همراه با گوگرد به ترکیب این فولادها اضافه می شود.
در کنار گوگرد و فسفر، در برخی گریدهای فولاد خوش تراش از عنصر سرب نیز به مقدار ۰٫۱۵-۰٫۳۵ درصد استفاده می شود. افزودن سرب به دلیل توزیع فوق العاده ریز و یکنواخت آن در بین سایر عناصر در فولادهای خوش تراش، باعث خرد و ریز شدن براده ها در هنگام ماشین کاری می شود. بنابراین سرعت براده برداری از فولاد افزایش می یابد و فولاد خوش تراش شده و سطح ماشین کاری بسیار خوبی هم حاصل می شود.
جبران تاثیر سوء گوگرد و فسفر بر خواص مکانیکی فولادهای خوش تراش
برای بهبود خواص مکانیکی فولادهای خوش تراش، مقدار بیشتری عنصر منگنز (از ۰٫۵ تا ۱٫۷ درصد) به ترکیب آن ها اضافه می شود. این عنصر با گوگرد ترکیب شده و با تشکیل سولفید منگنز، مانع تشکیل سولفید آهن و در نتیجه کاهش خطر سرخ شکنندگی فولادهای خوش تراش می شود.
گرید های فولاد خوش تراش در کلید فولاد و استانداردهای اروپایی
فولادهای خوش تراش در رده بندی استاندارد DIN EN 10027-2 با شماره مواد ۱٫۰۷XX مشخص می شوند. این فولادها در استانداردهای اروپایی DIN EN 10087 و DIN EN 10277-3 از نظر عملیات حرارتی به سه دسته تقسیم شده اند:
- فولادهای عملیات حرارتی نشونده:
این گروه از فولادهای خوش تراش دارای مقدار کربن کمتر از ۰٫۱۴ درصد بوده و عملیات حرارتی نمی شوند. این فولادها شامل شماره مواد ۱٫۰۷۱۵، ۱٫۰۷۱۸، ۱٫۰۷۳۶ و ۱٫۰۷۳۷ هستند.
- فولادهای قابل سمانتاسیون:
این گروه از فولادهای خوش تراش دارای مقدار کربن ۰٫۱۳-۰٫۰۷ درصد بوده و قابل سخت کاری سطحی پس از سمانتاسیون یا کربن دهی سطحی هستند. این فولادها شامل شماره مواد ۱٫۰۷۲۱، ۱٫۰۷۲۲ و ۱٫۰۷۲۵ هستند.
- فولادهای کوئنچ تمپر شونده ی مستقیم:
این گروه از فولادهای خوش تراش دارای مقدار کربن ۰٫۶۵-۰٫۳۲ درصد بوده و قابلیت عملیات حرارتی کوئنچ تمپر را دارا هستند. این گروه از فولادهای خوش تراش، تعداد بیشتری را شامل می شوند که از جمله ی آن ها می توان به شماره مواد ۱٫۰۷۲۶، ۱٫۰۷۲۷، ۱٫۰۷۵۶، ۱٫۰۷۵۷ و ۱٫۰۷۶۲ اشاره کرد.
نامگذاری فولادهای خوش تراش در استاندارد DIN
روش نامگذاری فولادها در استانداردهای DIN EN 10027-2 و DIN EN 10027-1 در بخش دوم و بخش هشتم آموزش کلید فولاد توضیح داده شده است. در صورت نیاز به آن قسمت ها مراجعه شود. تنها به عنوان مثال، به نمونه ای از نامگذاری دو فولاد خوش تراش پرکاربرد ۱٫۰۷۱۵ و ۱٫۰۷۱۸ طبق DIN EN 10027-1 اشاره می شود.
نماد فولاد ۱٫۰۷۱۵ عبارت است از فولاد ۱۱SMn30، طبق اصول نامگذاری فولادها در استاندارد DIN EN 10027-1، این فولاد دارای ۰٫۱۱ درصد کربن، میانگین ۰٫۳ درصد (۳۰ تقسیم بر ۱۰۰، مراجعه به جدول ۱ در بخش ۸ آموزش کلید فولاد) گوگرد و همچنین منگنز است.
نماد فولاد ۱٫۰۷۱۸ عبارت است از فولاد ۱۱SMnPb30، طبق اصول نامگذاری فولادها در استاندارد DIN EN 10027-1، این فولاد دارای ۰٫۱۱ درصد کربن، میانگین ۰٫۳ درصد گوگرد و همچنین سرب و منگنز است.
فولادهای خوش تراش در استانداردهای آمریکایی
اگر به بخش۸ آموزش کلید فولاد مراجعه فرمایید، در جدول نامگذاری فولادها طبق SAE/AISI مشخص است که فولادهای خوش تراش گوگرددار با نماد ۱۱XX و فولادهای خوش تراش گوگرد و فسفردار با نماد ۱۲XX معرفی شده اند. در جدول زیر انواع گریدهای این فولادها به همراه ترکیب شیمیایی آن ها طبق SAE/AISI مشخص شده است:
در سطر آخر این جدول، حرف L در نماد فولاد ۱۲L14 به معنی حضور سرب در ترکیب فولاد است.
پرکاربردترین فولادهای خوش تراش در صنعت ایران
از جمله مهم ترین و پرکاربردترین فولادهای خوش تراش در صنعت ایران عبارتند از:
- فولاد خوش تراش یا اتومات ۷۱۵
این فولاد با شماره مواد ۱٫۰۷۱۵ و نماد ۱۱SMn30 در تولید انبوه قطعات خودرو و ساخت ابزار دقیق استفاده می شود. در محصولات شرکت بوهلر (BOHLER)، این فولاد با نام Z906 شناخته می شود. اگر چه این فولاد عملیات حرارتی نمی شود ولی در شرایط خاص، با سمانتاسیون آن، شرایط لازم برای سخت کاری سطحی فراهم می شود.
- فولاد خوش تراش یا اتومات ۷۱۸
این فولاد با شماره مواد ۱٫۰۷۱۸ و نماد ۱۱SMnPb30 در تولید انبوه قطعات خودرو و ساخت ابزار دقیق استفاده می شود. در محصولات شرکت بوهلر (BOHLER)، این فولاد با نام Z950 شناخته می شود. فولاد اتومات ۷۱۸ از جمله فولادهای خوش تراش سرب دار است. این فولاد نیز مشابه اتومات ۷۱۵ عملیات حرارتی نمی شود ولی در شرایط خاص، با سمانتاسیون آن، شرایط لازم برای سخت کاری سطحی فراهم می شود.
- فولاد خوش تراش یا اتومات ۷۲۲
این فولاد با شماره مواد ۱٫۰۷۲۲ و نماد ۱۰SPb20 در تولید انبوه قطعات خودرو و ساخت قطعات مکانیکی و ابزار دقیق استفاده می شود. فولاد اتومات ۷۲۲ از جمله فولادهای خوش تراش سرب دار است. این فولاد پس از سمانتاسیون، قابل سخت کاری سطحی با عملیات کوئنچ-تمپر است.
- فولاد خوش تراش یا اتومات ۷۳۷
این فولاد با شماره مواد ۱٫۰۷۳۷ و نماد ۱۱SMnPb37 در تولید انبوه قطعات خودرو و ساخت قطعات مکانیکی و ابزار دقیق استفاده می شود. فولاد اتومات ۷۳۷ از جمله فولادهای خوش تراش سرب دار است. اگر چه این فولاد عملیات حرارتی نمی شود ولی در شرایط خاص، با سمانتاسیون آن، شرایط لازم برای سخت کاری سطحی فراهم می شود.
در جدول زیر معادل این فولادهای خوش تراش در استانداردهای مختلف مشخص شده است:
