در مهندسی مکانیک، طراحی ابزار، و ساخت صنعتی، سختی یکی از مهم ترین خواص مواد است. فلزات سختتر در برابر سایش مقاومت میکنند، لبههای تیز را حفظ میکنند، تحملهای محکم را طولانیتر نگه میدارند و در برابر شرایط کاری ساینده مقاومت میکنند. برای مهندسان محصول، سازندگان ابزار و تیم های تدارکات، یک سوال به طور مداوم پیش می آید: سخت ترین فلز مورد استفاده در مهندسی چیست؟
پاسخ کوتاه بستگی به این دارد که آیا مواد فلزی کامپوزیت را شامل میشوید یا فقط فلزات خالص.در میان فلزات عنصری خالص، کروم سخت ترین است. از جمله فلزات مهندسی عملی مورد استفاده در ابزارسازی و تولید،کاربید تنگستن سیمانی سخت ترین ماده پرکاربرد استو به دنبال آن فولادهای پرسرعت-پودر متالورژی و فولادهای ابزار درجه یک. در عمل صنعتی روزمره، فولاد ابزار سرد D2-و فولاد با سرعت بالا{5}}M2 فلزات سختی هستند که بیشتر عملیات کوبیدن، برش و شکلدهی را انجام میدهند.
با این حال، سختی هرگز تنها مورد توجه نیست. سختترین فلزات تقریباً همیشه شکننده، گران و سختتر ماشینکاری هستند. مهندسی خوب همیشه سختی را با چقرمگی، مقاومت در برابر سایش، ماشینکاری و هزینه کل متعادل میکند. در این راهنمای جامع، ما سختترین فلزات مورد استفاده در مهندسی را تجزیه میکنیم، توضیح میدهیم که چگونه سختی اندازهگیری میشود، کاربردهای صنعتی واقعی-جهان را بررسی میکنیم، و در مورد چگونگی فعال کردن فلزات سخت بحث میکنیم.مهر زنی فلزی دقیقوساخت ورق فلزی.
سختی چگونه در مهندسی تعریف و اندازه گیری می شود
قبل از رتبه بندی مواد، مهم است که بدانیم مهندسان چگونه سختی را کمیت می کنند. سختی مقاومت یک ماده در برابر فرورفتگی، خراشیدگی و تغییر شکل دائمی سطح است.
سه مقیاس تست در صنعت فلزکاری رایج ترین هستند:
- سختی راکول (HRC):مقیاس استاندارد برای فولادهای ابزار سخت شده و آلیاژهای سخت. این دستگاه از یک فرورفتگی مخروطی الماسی تحت بار 150 کیلوگرمی استفاده می کند. اکثر فلزات سخت مهندسی بین HRC 50 و HRC 70 قرار می گیرند.
- سختی ویکرز (HV):برای مواد بسیار سخت، پوشش های نازک وقطعات دقیق کوچک. مقیاس ویکرز می تواند سختی را در محدوده وسیع تری نسبت به Rockwell C اندازه گیری کند.
- سختی برینل (HBW):رایج برای فولادهای ساختاری نرمتر و صفحات سایش. کمتر برای سخت ترین فلزات مهندسی استفاده می شود.
به عنوان یک نقطه مرجع:
- فولاد نرم نرم: ~HRC 10-20
- تیغه چاقوی سخت شده استاندارد: ~HRC 55-58
- فولاد قالب مهر زنی برتر: ~HRC 60-64
- مواد ابزار بسیار سخت-: HRC 70+ یا اندازهگیری شده در مقیاس ویکرز
سخت ترین فلزات مورد استفاده در مهندسی، رتبه بندی شده است
در زیر مهمترین فلزات سخت و مواد مهندسی مبتنی بر فلز-از سختترین تا سختترین{1}}درجههای عملی رتبهبندی شدهاند.
1. کاربید تنگستن سیمانی
به طور گسترده ای سخت ترین مواد مبتنی بر فلز- مورد استفاده در مهندسی رایج در نظر گرفته می شود،کاربید تنگستن سیمانی(اغلب فقط کاربید نامیده می شود) یک فلز خالص نیست بلکه یک کامپوزیت ماتریسی-فلزی است. این شامل ذرات کاربید تنگستن است که با یک اتصال دهنده کبالت به هم متصل شده اند.
محدوده سختی:1500–2200 HV (معادل تقریباً HRC 80–90، بسیار بالاتر از حد مفید مقیاس Rockwell C)
خواص کلیدی:
- مقاومت در برابر سایش و حفظ لبه استثنایی
- مقاومت فشاری بسیار بالا
- در هنگام برش در برابر دمای بالا مقاوم است
- شکننده و حساس به ضربه و بارهای ضربه ای
کاربردهای مهندسی:
- درج ابزار برش با سرعت بالا-برای ماشینکاری
- منگنه های قالب مهر زنی دقیق و درج های سایش برای تولید-حجم بالا
- در محیط های ساینده از صفحات، نازل ها و سطوح بلبرینگ استفاده کنید
- مته ها و نکات ابزار معدن
کاربید تنگستن سخت ترین ماده ای است که در مصارف معمولی صنعتی پیدا می کنید. برای عملیات مهر زنی با حجم بسیار بالا، پانچ ها و قالب های کاربید می توانند 5 تا 10 برابر عمر فولاد ابزار استاندارد داشته باشند.
2. متالورژی پودری-فولادهای با سرعت بالا (PM HSS)
فولادهای پرسرعت متالورژی پودر-سختترین-مواد مهندسی فولاد هستند که در مقیاس تجاری تولید میشوند. بر خلاف فولادهای معمولی ریخته گری و فرفورژه، فولادهای PM از پودر فولاد ریز فشرده شده و به شکل بیلت های جامد پخته می شوند. این یک ریزساختار یکنواخت-دانه ریز ایجاد میکند که میتواند سطوح بسیار بالایی از ذرات کاربید سخت را بدون شکنندگی بیش از حد نگه دارد.
محدوده سختی:HRC 66–70+ پس از عملیات حرارتی بهینه
نمرات برتر:
- ASP 2060 / Vanadis 10:نمرات PM بسیار سخت-برای کاربردهای فرسودگی شدید
- PM-M4:نسخه فلزی پودری-با عملکرد بالا از فولاد سریع- M4
- Vanadis 4 Extra:درجه PM متعادل با چقرمگی عالی و مقاومت در برابر سایش
کاربردهای مهندسی:
- عملکرد{0}بالاو تشکیل می میرد
- ابزارهای برش دقیق برای مواد-ماشینکاری-سخت
- ابزار اکستروژن سرد و اجزای پانچ{0}}سایشی بالا
فولادهای پرسرعت PM-مقاومت در برابر سایش تقریباً{1}}کاربید را با چقرمگی بهتر و هزینه کمتر نسبت به کاربید جامد ارائه میکنند. آنها بهترین انتخاب برای-تولید مهر زنی مترقی با حجم بالا هستند.
3. فولادهای معمولی سریع- (HSS)
قبل از فراگیر شدن فناوری متالورژی پودر، فولادهای معمولی-سرعت بالا استانداردی برای حداکثر سختی در ابزارسازی بودند. آنها همچنان مقرون به صرفه ترین{2}}گزینه برای بسیاری از برنامه های کاربردی مهندسی هستند.
محدوده سختی:HRC 62-69 بسته به درجه
نمرات برتر:
- M2 HSS:پرکاربردترین فولاد سریع-کل منظوره-. به HRC 64-66 سخت می شود. اسب کاری استاندارد برای مته ها، فرز برش ها و ابزارهای مهر زنی تولید.
- M42 HSS:درجه ممتاز آلیاژی{0}}کبالت که به HRC 67–69 با سختی قرمز عالی (قابلیت حفظ سختی در دماهای بالا) میرسد. برای ابزارهای برش با کارایی بالا و عملیات فرم دهی با کارایی بالا استفاده می شود.
کاربردهای مهندسی:
- مهر زنی استاندارد مشت می زند و می میرد
- مته ها، آسیاب های انتهایی و ابزارهای برش
- تیغه اره و تیغه برشی
4. فولادهای سرد-ابزار کار
فولادهای ابزار سرد{0}} ستون فقرات عمومی و شکل دهی فلزات هستند. اگرچه به سختی فولادهای سرعت بالا- نیستند، اما تعادل عالی از سختی، چقرمگی، مقاومت در برابر سایش و مقرون به صرفه بودن را ارائه می دهند.
محدوده سختی:HRC 58-64
نمرات برتر:
- فولاد ابزار D2:رایجترین درجه سرماخوردگی-در صنعت مهر زنی. به دلیل محتوای بالای کروم و کاربید به HRC 58-62 سخت می شود و مقاومت سایشی بسیار خوبی دارد. این انتخاب پیشفرض برای قالبهای خالی، قالبهای شکلدهی و تیغههای برشی است.
- فولاد ابزار A2:به HRC 60-62 با چقرمگی بهتر از D2 سخت می شود. برای شکل دهی قالب ها و ابزارهایی که باید در برابر تراشه تحت بارهای ضربه ای مقاومت کنند استفاده می شود.
- فولاد ابزار S7:سختترین درجههای کاری سرماخوردگی-، که برای برنامههای ضربه سنگین استفاده میشود.
برای اکثر مهر زنی استاندارد فلز وساخت ورق فلزیابزار، فولاد ابزار D2 بهترین ترکیب از عملکرد و هزینه را ارائه می دهد.
5. فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی
هنگامی که سختی و مقاومت در برابر خوردگی هر دو مورد نیاز است، فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سخت ترین گزینه هستند. بر خلاف نمرات ضد زنگ آستنیتی مانند 304 و 316، گریدهای مارتنزیتی را می توان به طور قابل توجهی از طریق عملیات حرارتی سخت کرد.
محدوده سختی:HRC 50-60
نمرات برتر:
- فولاد ضد زنگ 440C:سخت ترین درجه معمولی ضد زنگ. در صورت سخت شدن کامل به HRC 58-60 می رسد. برای کارد و چنگال، اجزای بلبرینگ و ابزارهای مقاوم در برابر خوردگی-استفاده میشود.
- فولاد ضد زنگ 420HC:یک گرید 420 اصلاح شده با کربن بالاتر، سخت شدن تقریباً به HRC 56-58. مقاومت در برابر خوردگی بهتر از 440 درجه سانتیگراد با سختی کمی کمتر ارائه می دهد.
6. کروم - سخت ترین فلز خالص
در میان فلزات عنصری خالص،کروم (کروم)سخت ترین است، با سختی ویکرز تقریباً 1000 HV در خالص ترین شکل آن. با این حال، کروم خالص شکننده است و به ندرت به عنوان یک فلز مهندسی مستقل استفاده می شود. در عوض، تقریباً به طور انحصاری به عنوان یک عنصر آلیاژی - که معروف ترین عنصر اصلی در فولاد ضد زنگ است، استفاده می شود. کروم همچنین به طور گسترده برای آبکاری کروم سخت برای افزودن سطح سخت و مقاوم در برابر سایش به قطعات فولادی نرم تر استفاده می شود.
تجارت سختی-خاموش: چرا سخت تر همیشه بهتر نیست
در مهندسی، انتخاب سخت ترین فلز موجود تقریباً هرگز تصمیم بهینه نیست.
سختی با معاوضه- اجتناب ناپذیر همراه است:
- سختی در مقابل سختی:با افزایش سختی، چقرمگی ضربه تقریبا همیشه کاهش می یابد. سخت ترین فلزات شکننده هستند و می توانند تحت بارهای ضربه ای خرد شوند، ترک بخورند یا خرد شوند. برای برنامه های کاربردی - مانندچنگال لیفتراک، ابزار چکشی وبراکت های ساختاری- درجه کمی نرم تر و سخت تر در دراز مدت ایمن تر و بادوام تر است.
- سختی در مقابل ماشین کاری:برش، سوراخ کردن، آسیاب کردن و آسیاب کردن فلزات سخت تر بسیار دشوارتر است. آنها به سرعت ابزارهای برش را فرسوده می کنند و به سرعت پردازش کمتری نیاز دارند. نمرات بسیار سخت اغلب باید در حالت بازپخت نرم ماشینکاری شوند و سپس با حرارت-عملیات شوند.
- سختی در مقابل هزینه:مواد سخت ممتاز مانند کاربید تنگستن و فولاد سریع{0} PM به طور قابل توجهی گرانتر از فولادهای ابزار استاندارد هستند. هزینه های ابزار، هزینه های پردازش و نرخ ضایعات همه با سختی افزایش می یابد.
- سختی در مقابل جوش پذیری:اکثر فولادهای بسیار سخت به سختی یا غیرممکن هستند که به طور قابل اعتماد بدون ترک و نرم شدن جوش داده شوند. کاربردهای سازهای که نیاز به جوش دارند معمولاً از سختی کمتر-و درجه قابل جوشکاری استفاده میکنند.
طراحی مهندسی خوب، سختترین مادهای را انتخاب میکند که همچنان نیازمندیهای چقرمگی، هزینه و قابلیت ساخت را برآورده میکند - نه سختترین ماده موجود.
فلزات سخت در مهر زنی فلزات و ساخت صنعتی
در تولید روزانه فلزات، فلزات سخت دو نقش متمایز دارند: از آنها برای ساخت ابزار استفاده می شود، و گاهی اوقات به عنوان خود ماده قطعه استفاده می شود.
فلزات سخت برای مهر زنی ابزار
قالب ها و منگنه هایی که قطعات ورق فلزی را شکل می دهند، جایی هستند که فلزات سخت بیشترین ارزش را دارند.
قالب طولانیتر- زمان خرابی را کاهش میدهد، هزینه ابزارسازی هر قطعه را کاهش میدهد و تحملهای سختتر را در طول دورههای تولید طولانیتر حفظ میکند.
- ابزار استاندارد تولید:فولاد ابزار کار سرد-D2 استاندارد صنعتی برای اکثر قالب های مهر زنی است. عمر سایش خوبی را با هزینه مناسب ارائه می دهد.
- قالبهای پیشرونده-حجم بالا:پانچها و قالبهای فولادی پرسرعت M2 یا M42 برای-حجمهای بالا استفاده میشودقطعات دقیق کوچکمانند پایانه های برق.
- تولید فوق العاده-حجم-:درجهای کاربید تنگستن برای بالاترین-ایستگاههای سایش در قالبهای پیشرونده استفاده میشوند، جایی که میلیونها قطعه باید بین تعویض ابزار تولید شود.
درفلزکاری جویر، بخش ابزارسازی خانگی ما با استفاده از فولادهای ابزار ممتاز D2 و M2 قالبهای مهر زنی را میسازد و نگهداری میکند، با ارتقاء کاربید برای دورههای تولید با حجم بالا-. این دقت ابعادی ثابت و عمر طولانی ابزار را برای ما تضمین می کندقطعات مهر زنی دقیق آلیاژ مس, لولای پیانو از جنس استیل 72 اینچیو سایر محصولات با حجم بالا-. مانمونه اولیه مهر زنی ورق فلزیاین سرویس همچنین از فولادهای ابزار بهینه شده برای متعادل کردن سرعت، هزینه و کیفیت برای اعتبارسنجی طراحی با حجم کم استفاده میکند.
فلزات سخت برای اجزای نهایی
در حالی که در ابزارسازی از سخت ترین فلزات استفاده می شود، اکثر قطعات مهر و موم شده و ساخته شده به حداکثر سختی نیاز ندارند. در عوض، از موادی استفاده می کنند که برای استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری یا رسانایی انتخاب شده اند.
- اجزای ساختاری و جابجایی مواد:فولادهای آلیاژی-با استحکام پایین-سختی، چقرمگی و جوش پذیری را متعادل میکنند. ماچنگال لیفتراکو پیوست های جابجایی موادبرای مثال، از فولادهای آلیاژی-با استحکام بالا که برایISO 2330وANSI/ITSDF B56.11.4استانداردهای ایمنی این مواد به اندازه کافی سخت برای مقاومت در برابر سایش هستند اما به اندازه کافی سخت هستند تا بارهای ضربه ای را به طور ایمن جذب کنند.
- سخت افزار{0}مقاوم در برابر خوردگی:فولاد ضد زنگ 304 و 316 برای مقاومت در برابر خوردگی به جای حداکثر سختی انتخاب شده اند. مالولاهای فلزی بلندو لولاهای پیانو با دقت-از این درجهها برای عملکرد بلندمدت قابل اعتماد- در محیطهای صنعتی تشکیل شدهاند.
- اجزای الکتریکی:آلیاژهای مس و برنج برای رسانایی و شکل پذیری انتخاب می شوند نه سختی.
چرا با Joyear Metalwork شریک شوید؟
این که آیا پروژه شما نیاز داردپایانههای مسی دقیق-, لولاهای فولادی ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی-یا اجزای ساختاری سنگین-، کار با یک سازنده با تجربه، انتخاب مواد و ابزار مناسب را برای هر برنامه ای تضمین می کند.
فلزکاری جویریک تولید کننده تولید ورق فلزی و مهر زنی با استاندارد ISO 9001:2015 و ISO 14001:2004 است که در سال 2008 تاسیس شده است. مرکز تولید 5 متر مربعی ما بیش از 300 متخصص ماهر را استخدام می کند و به OEM ها، سازندگان تجهیزات و نمایندگی های صنعتی در سراسر جهان خدمات ارائه می دهد.
قابلیت های اصلی ما عبارتند از:
- قالب زنی مترقی با حجم بالا-با فولادهای ابزار درجه یک و گزینه های ابزار کاربید
- قطعات مهر زنی دقیق آلیاژ مس برای کاربردهای الکترونیکی و الکتریکی
- لولای پیانو از جنس استیل ضد زنگو لولاهای فلزی بلند برای تجهیزات صنعتی
- چنگال لیفتراک سنگین-و اجزای جابجایی مواد که مطابق با استانداردهای ایمنی بین المللی ساخته شده اند
- نمونه اولیه مهر زنی ورق فلزی و پشتیبانی کامل از تولید
- طراحی ابزار، عملیات ثانویه، و تضمین کیفیت- را کامل کنید
تیم مهندسی ما در طول مرحله طراحی با هر مشتری همکاری نزدیکی دارد تا مواد بهینه - را هم برای قطعات نهایی و هم برای ابزار تولید - توصیه کند تا عملکرد، دوام و هزینه کل را متعادل کند.
برای کشف طیف گسترده ای از قابلیت های مهر زنی و ساخت، از Joyear Metalwork دیدن کنید:https://www.joyearmetalwork.com/یا با تیم فنی ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای پروژه خود صحبت کنید.
سوالات متداول
س: سخت ترین فلز مورد استفاده در مهندسی چیست؟
- پاسخ: در میان مواد مهندسی عملی، کاربید تنگستن سیمانی سختترین ماده ابزار مبتنی بر فلز-است. در بین همه-گریدهای فولادی، فولادهای با سرعت متالورژی پودر-به بالاترین سختی میرسند. فولادهای ابزار D2 و M2 رایج ترین فلزات سخت در مصارف صنعتی روزمره هستند.
س: آیا تیتانیوم سخت ترین فلز است؟
- پاسخ: نه. تیتانیوم به دلیل استحکام عالی-به نسبت وزن و مقاومت در برابر خوردگی ارزش دارد، اما سخت نیست. تیتانیوم خالص نسبتاً نرم است و حتی آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالا در حدود HRC 36–44 - بسیار نرمتر از فولادهای ابزار هستند.
س: سخت ترین درجه فولاد چیست؟
- پاسخ: سختترین گریدهای فولادی تجاری موجود، فولادهای با سرعت متالورژی پودری- مانند ASP 2060 و Vanadis 10 هستند که میتواند از HRC 68–70 فراتر رود. در میان فولادهای معمولی، فولاد سریع-M42 تقریباً به HRC 67-69 میرسد.
س: چرا از سخت ترین فلزات برای همه چیز استفاده نمی شود؟
- پاسخ: سخت ترین فلزات شکننده، گران، ماشینکاری سخت و حساس به ضربه هستند. بیشتر کاربردهای مهندسی نیاز به تعادل سختی، چقرمگی و هزینه دارند. ماده بهینه نرم ترین ماده ای است که هنوز همه الزامات عملکرد و دوام را برآورده می کند.
س: چه فلزاتی برای مهر زنی قالب ها استفاده می شود؟
- پاسخ: اکثر قالب های استاندارد مهر زنی از فولاد ابزار کار سرد-D2 ساخته می شوند. برای تولید-حجم بالاتر، از فولاد سریع-M2 استفاده میشود. برای بالاترین-کاربردهای سایش، درجهای کاربید تنگستن در ایستگاههای قالب حیاتی نصب میشوند.
افکار نهایی
وقتی صحبت از سختترین فلز مورد استفاده در مهندسی به میان میآید، کاربید تنگستن سیمانی در صدر طیف صنعتی عملی قرار میگیرد و پس از آن فولادهای سریع متالورژی پودری-فولادهای سریع- معمولی و فولادهای ابزار کار سرد{2}} قرار دارند. در میان فلزات عنصری خالص، کروم سخت ترین است، اما به ندرت به تنهایی استفاده می شود.
با این حال، در عمل مهندسی واقعی، "بهترین" فلز سخت هرگز سخت ترین فلز نیست. انتخاب مواد ماهر، سختی را با چقرمگی، ماشین کاری، هزینه، و الزامات خاص کاربرد متعادل می کند. چه در حال انتخاب فولادهای ابزار برای قالب تولیدی و چه انتخاب مواد قطعه برای یک جزء ساختاری باشید، همکاری با یک شریک سازنده با تجربه تضمین می کند که تعادل بهینه عملکرد و ارزش را به دست آورید.
