وجود ضعف‌های عمده در فولادهای قالب‌های تزریق پلاستیک بویژه در ابعاد بزرگ، شرکت‌های فولادساز را به فکر تهیه و گسترش فولادی جدید با مشخصات بالاتر انداخت. نتیجه این کار، تولید فولاد Thruhard Supreme برای قالب‌های تزریق پلاستیک بودکه توسط شرکت Buderus تولیدشد. این فولاد در مقایسه با فولادهایی نظیر 1.2738 و یا 1.2311 از خواص بالاتری برخوردار است. این نوع گرید فولاد، هم‌اکنون درحال تولید و استفاده دردنیای قالبسازی است.
این مقاله، به مقایسه مشخصات فولاد یادشده با فولادهای مشابه، پرداخته است.

فولاد Thruhard Supreme اساساً‌ از فولاد 1.2738 منتج و با کمی تغییر در خواص، تولید شده است. جدول 1، مقایسه آلیاژی فولاد 1.2738 و فولاد جدید را نشان می‌دهد.
مهم‌ترین تغییرات و خواص این فولاد، عبارتند از:
1 . کاهش کربن به منظور اطمینان از سختی پذیری عمقی فولاد بویژه برای فولادهای دارای ابعاد بزرگ
2 . کاهش سیلیکون، منگنز و کرومیم، به‌منظور کاهش Segregation occurring with large ingot weight (تجزیه المان‌ها).
3 . مولیبدنیم و وانادیم، برای بالا بردن قابلیت quenching , tempering در تمام نقاط فولاد، حتی در عمق.
با کمی تغییر درترکیبات شیمیایی، بهبود بسیار قابل توجهی در خواص فولاد جدید به‌دست‌آمده است. شکل1، مقاومت فولاد Thruhard Supreme را با فولادهای نوع دیگر، نظیر:2311 و 2738 مقایسه می‌کند. همان‌طور که در شکل 1 ملاحظه می‌شود، فولاد 2311 می‌تواند برای ضخامت‌های کوچک، گزینه‌ای مناسب باشد، اما برای ضخامت‌های بالاتر، در عمق‌های بیشتر از 25 سانتی‌متر، از سختی مغزی فولاد (مطابق نمودار شکل 1) کاسته می‌شود که این مسئله در مورد فولاد 2738 تا عمق 75 سانتی‌متر و در فولاد جدید Thruhard Supreme تا عمق بالاتر از 125 سانتی‌متر رخ می‌دهد.

جدول 1: مقایسه ترکیبات شیمیایی فولاد 2738 و Thruhard Supreme

شکل 1: مقایسه میزان سختی در عمق فولاد

سختی‌پذیری عمقی، تاثیری بسیار قابل توجه در ساختار میکروسکپی فولاد دارد. شکل 2، ساختار میکروسکپی فولاد 2738 و Thruhard Supreme را در سطح و عمق فولاد نشان می‌دهد. همان‌طور که در شکل 2 نیز ملاحظه می‌شود، فاز پرلیت در عمق فولاد Thruhard Supreme تشکیل نشده است. فقدان پرلیت، باعث اطمینان از سختی یک‌نواخت در فولاد شده و عاملی موثر در پولیش‌کاری فولاد به شمار می‌آید.
در نظر داشته باشید که قالب‌هایی نظیر: سپرها و یا مادگاردها، به ماشینکاری زیادی نیاز دارند و قالب در بعضی نقاط می‌بایستی تا عمق 800 میلی‌متر نیز ماشینکاری شود. در چنین شرایطی، فولاد باید تا عمق‌های بالا نیز از سختی مغزی لازم برخوردار باشد تا پس از ماشینکاری، خواص خود را از دست ندهد.

شکل 2: مقایسه ساختار میکروسکپی فولاد 2738 و Thruhard Supreme

شکل 3: تصویری از کویته قالب سپر از فولاد Thruhard Supreme به ابعاد 1160*1010*2700 میلی‌متر

خواص ماشینکاری Thruhard Supreme
ماشینکاری، از دیگر پارامترهای مهم در انتخاب فولاد برای قالب‌های تزریق پلاستیک است که در این میان، برای فولادهای دارای گوگرد در ترکیب شیمیایی خود، باعث تسهیل در فرایند ماشینکاری می‌شود، اما این گوگرد باعث بروز مشکلاتی در فاز گرین و پولیش خواهد شد. در حالت کلی، می‌توان گفت که وجود گوگرد در فولاد، باعث پایین آمدن کیفیت فولاد می‌شود و راه حلی مناسب برای بالابردن سرعت ماشینکاری نیست.
شکل 4، بیانگر مقایسه سرعت باربرداری در برش و شکل 5، مقایسه سرعت باربرداری در فرزکاری فولاد است. همان‌طور که در این شکل‌ها مشخص است، در فولاد جدید، قابلیت برش بهبودیافته و سطح یک‌نواخت‌تری ایجاد می‌شود. همچنین، می‌توان سرعت برش را در این نوع فولاد، افزایش داد. کیفیت بالای برش در فولاد Thruhard Supreme ناشی از ساختار یک‌نواخت میکروسکوپی آن، پس از سختکاری و درجه پایین تنش‌های پسماند بوده و خواص ماشینکاری را نیز بهبود می‌بخشد.

شکل 4: مقایسه سرعت باربرداری در برش فولاد

شکل 5: مقایسه سرعت بار برداری در فرزکاری فولاد

شکل 6: مقایسه گرین پذیری فولاد Thruhard Supreme با دو نوع اسید

خواص گرین‌کاری
خواص گرین پذیری این فولاد، از طریق تهیه پلاک گرین از مرکز یک شمش‌کور100 تنی برای آن، مورد مطالعه قرار گرفته‌است. گرین‌های متفاوتی با اسید نیتریک (HNO3) و اسید کلریدفریک (FeCl3) در پلاک یادشده، ایجاد شد و نتیجه‌ای مطلوب به‌دست‌آمد. در قالب‌های بسیار بزرگ با گرید 2738، لازم است گرین‌کاری با اسید (FeCl3) انجام شود، اما در فولاد Thruhard Supreme گرین‌کاری با اسید نیتریک (HNO3) نیز قابل انجام است. علت این حالت، رفتار شکل‌گیری مناسب دانه‌ها ویک‌نواختی ریزساختار فولاداست. گفتنی اینکه، بهترین نوع گرین در فولاد Thruhard Supreme با اسید کلرید فریک (FeCl3) به‌دست می‌آید.

خواص پولیش‌کاری
به‌طورکلی، قابلیت پولیش در فولادها، به‌بهبود وضعیت سختی آنها بستگی دارد. شکل7، قابلیت پولیش‌کاری Thruhard Supreme را برای سختی 31 , 38 (HRC) نشان می‌دهد.

شکل 7: رابطه مستقیم قابلیت پولیش فولاد با سختی فولاد

زبری سطحی 1 از دیگر عوامل تاثیرگذار بر پولیش فولاد است. شکل 8 مقایسه سطوح پولیش شده را برای سختی‌های متفاوت نشان می‌دهد. همان‌طور که در شکل مشخص است، برای فولاد مقاوم‌تر، موج سطحی کمتری ایجاد شده است.

شکل 8: صافی سطح فولاد Thruhard Supreme در مقایسه با مقاومت فولاد

شکل 9: همخوانی ناحیه گرین بعد از جوشکاری با نواحی دیگر

خواص جوشکاری
از نظر بررسی قابلیت‌های جوشکاری، تست‌های متفاوتی درمورد فولاد Thruhard Supreme انجام شده است. در این نوع فولاد، ترک‌های ریز کمتری به‌هنگام جوش سرد ایجاد می‌شود که این امر به دلیل وجود کربن کمتر است (جدول 1). لذا پس از گرین، اثر کمتری در نواحی جوشکاری شده، خواهیم دید.

پانوشت
1. surface roughness

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