وجود ضعف‌هاي عمده در فولادهاي قالب‌هاي تزريق پلاستيك بويژه در ابعاد بزرگ، شركت‌هاي فولادساز را به فكر تهيه و گسترش فولادي جديد با مشخصات بالاتر انداخت. نتيجه اين كار، توليد فولاد Thruhard Supreme براي قالب‌هاي تزريق پلاستيك بودكه توسط شركت Buderus توليدشد. اين فولاد در مقايسه با فولادهايي نظير 1.2738 و يا 1.2311 از خواص بالاتري برخوردار است. اين نوع گريد فولاد، هم‌اكنون درحال توليد و استفاده دردنياي قالبسازي است.
اين مقاله، به مقايسه مشخصات فولاد يادشده با فولادهاي مشابه، پرداخته است.

فولاد Thruhard Supreme اساساً‌ از فولاد 1.2738 منتج و با كمي تغيير در خواص، توليد شده است. جدول 1، مقايسه آلياژي فولاد 1.2738 و فولاد جديد را نشان مي‌دهد.
مهم‌ترين تغييرات و خواص اين فولاد، عبارتند از:
1 . كاهش كربن به منظور اطمينان از سختي پذيري عمقي فولاد بويژه براي فولادهاي داراي ابعاد بزرگ
2 . كاهش سيليكون، منگنز و كروميم، به‌منظور كاهش Segregation occurring with large ingot weight (تجزيه المان‌ها).
3 . موليبدنيم و واناديم، براي بالا بردن قابليت quenching , tempering در تمام نقاط فولاد، حتي در عمق.
با كمي تغيير درتركيبات شيميايي، بهبود بسيار قابل توجهي در خواص فولاد جديد به‌دست‌آمده است. شكل1، مقاومت فولاد Thruhard Supreme را با فولادهاي نوع ديگر، نظير:2311 و 2738 مقايسه مي‌كند. همان‌طور كه در شكل 1 ملاحظه مي‌شود، فولاد 2311 مي‌تواند براي ضخامت‌هاي كوچك، گزينه‌اي مناسب باشد، اما براي ضخامت‌هاي بالاتر، در عمق‌هاي بيشتر از 25 سانتي‌متر، از سختي مغزي فولاد (مطابق نمودار شكل 1) كاسته مي‌شود كه اين مسئله در مورد فولاد 2738 تا عمق 75 سانتي‌متر و در فولاد جديد Thruhard Supreme تا عمق بالاتر از 125 سانتي‌متر رخ مي‌دهد.

جدول 1: مقايسه تركيبات شيميايي فولاد 2738 و Thruhard Supreme

شكل 1: مقايسه ميزان سختي در عمق فولاد

سختي‌پذيري عمقي، تاثيري بسيار قابل توجه در ساختار ميكروسكپي فولاد دارد. شكل 2، ساختار ميكروسكپي فولاد 2738 و Thruhard Supreme را در سطح و عمق فولاد نشان مي‌دهد. همان‌طور كه در شكل 2 نيز ملاحظه مي‌شود، فاز پرليت در عمق فولاد Thruhard Supreme تشكيل نشده است. فقدان پرليت، باعث اطمينان از سختي يك‌نواخت در فولاد شده و عاملي موثر در پوليش‌كاري فولاد به شمار مي‌آيد.
در نظر داشته باشيد كه قالب‌هايي نظير: سپرها و يا مادگاردها، به ماشينكاري زيادي نياز دارند و قالب در بعضي نقاط مي‌بايستي تا عمق 800 ميلي‌متر نيز ماشينكاري شود. در چنين شرايطي، فولاد بايد تا عمق‌هاي بالا نيز از سختي مغزي لازم برخوردار باشد تا پس از ماشينكاري، خواص خود را از دست ندهد.

شكل 2: مقايسه ساختار ميكروسكپي فولاد 2738 و Thruhard Supreme

شكل 3: تصويري از كويته قالب سپر از فولاد Thruhard Supreme به ابعاد 1160*1010*2700 ميلي‌متر

خواص ماشينكاري Thruhard Supreme
ماشينكاري، از ديگر پارامترهاي مهم در انتخاب فولاد براي قالب‌هاي تزريق پلاستيك است كه در اين ميان، براي فولادهاي داراي گوگرد در تركيب شيميايي خود، باعث تسهيل در فرايند ماشينكاري مي‌شود، اما اين گوگرد باعث بروز مشكلاتي در فاز گرين و پوليش خواهد شد. در حالت كلي، مي‌توان گفت كه وجود گوگرد در فولاد، باعث پايين آمدن كيفيت فولاد مي‌شود و راه حلي مناسب براي بالابردن سرعت ماشينكاري نيست.
شكل 4، بيانگر مقايسه سرعت باربرداري در برش و شكل 5، مقايسه سرعت باربرداري در فرزكاري فولاد است. همان‌طور كه در اين شكل‌ها مشخص است، در فولاد جديد، قابليت برش بهبوديافته و سطح يك‌نواخت‌تري ايجاد مي‌شود. همچنين، مي‌توان سرعت برش را در اين نوع فولاد، افزايش داد. كيفيت بالاي برش در فولاد Thruhard Supreme ناشي از ساختار يك‌نواخت ميكروسكوپي آن، پس از سختكاري و درجه پايين تنش‌هاي پسماند بوده و خواص ماشينكاري را نيز بهبود مي‌بخشد.

شكل 4: مقايسه سرعت باربرداري در برش فولاد

شكل 5: مقايسه سرعت بار برداري در فرزكاري فولاد

شكل 6: مقايسه گرين پذيري فولاد Thruhard Supreme با دو نوع اسيد

خواص گرين‌كاري
خواص گرين پذيري اين فولاد، از طريق تهيه پلاك گرين از مركز يك شمش‌كور100 تني براي آن، مورد مطالعه قرار گرفته‌است. گرين‌هاي متفاوتي با اسيد نيتريك (HNO3) و اسيد كلريدفريك (FeCl3) در پلاك يادشده، ايجاد شد و نتيجه‌اي مطلوب به‌دست‌آمد. در قالب‌هاي بسيار بزرگ با گريد 2738، لازم است گرين‌كاري با اسيد (FeCl3) انجام شود، اما در فولاد Thruhard Supreme گرين‌كاري با اسيد نيتريك (HNO3) نيز قابل انجام است. علت اين حالت، رفتار شكل‌گيري مناسب دانه‌ها ويك‌نواختي ريزساختار فولاداست. گفتني اينكه، بهترين نوع گرين در فولاد Thruhard Supreme با اسيد كلريد فريك (FeCl3) به‌دست مي‌آيد.

خواص پوليش‌كاري
به‌طوركلي، قابليت پوليش در فولادها، به‌بهبود وضعيت سختي آنها بستگي دارد. شكل7، قابليت پوليش‌كاري Thruhard Supreme را براي سختي 31 , 38 (HRC) نشان مي‌دهد.

شكل 7: رابطه مستقيم قابليت پوليش فولاد با سختي فولاد

زبري سطحي 1 از ديگر عوامل تاثيرگذار بر پوليش فولاد است. شكل 8 مقايسه سطوح پوليش شده را براي سختي‌هاي متفاوت نشان مي‌دهد. همان‌طور كه در شكل مشخص است، براي فولاد مقاوم‌تر، موج سطحي كمتري ايجاد شده است.

شكل 8: صافي سطح فولاد Thruhard Supreme در مقايسه با مقاومت فولاد

شكل 9: همخواني ناحيه گرين بعد از جوشكاري با نواحي ديگر

خواص جوشكاري
از نظر بررسي قابليت‌هاي جوشكاري، تست‌هاي متفاوتي درمورد فولاد Thruhard Supreme انجام شده است. در اين نوع فولاد، ترك‌هاي ريز كمتري به‌هنگام جوش سرد ايجاد مي‌شود كه اين امر به دليل وجود كربن كمتر است (جدول 1). لذا پس از گرين، اثر كمتري در نواحي جوشكاري شده، خواهيم ديد.

پانوشت
1. surface roughness

منبع
1. Handbook of Plastic Mould Steels www.buderus-steel.com