معمولاً در تیغ های یک لبه از چه نوع فولادی استفاده می شود

بررسی اجمالی: چرا درجه فولاد برای تیغه های تک لبه اهمیت دارد

درجه فولاد ظرفیت تیغه را برای گرفتن و نگه داشتن لبه تیز، مقاومت در برابر خوردگی، تحمل ضربه یا خمش و زنده ماندن در برابر سایش تعیین می کند. برای تیغ های یک لبه طراحان سه ویژگی اصلی مواد را متعادل می کنند: سختی (حفظ لبه)، مقاومت در برابر خوردگی (عمر و بهداشت) و چقرمگی (مقاومت در برابر خرد شدن و شکست فاجعه بار). ریزساختار، محتوای کربن، عناصر آلیاژی (کروم، وانادیم، مولیبدن، شکل‌دهنده کاربید کروم)، و مسیر تولید (متالورژی فرفورژه در مقابل متالورژی پودری) مستقیماً بر این ویژگی‌ها تأثیر می‌گذارند.

گریدهای رایج فولاد مورد استفاده و متالورژی آنها

در زیر بیشترین نمرات برای تیغ های تیغ های تک لبه مشاهده می شود که از فولادهای ضد زنگ ارزان قیمت تا ابزارهای با کارایی بالا و فولادهای متالورژی پودری را شامل می شود. هر درجه با ویژگی های متالورژیکی که بر عملکرد برش حاکم است خلاصه می شود.

420J2 (ضد زنگ، کم هزینه)

420J2 یک فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن متوسط (~0.15-0.4٪) و کروم در حدود 12-13٪ است. در مقایسه با فولادهای کربنی ساده سخت می شود و به راحتی در برابر خوردگی مقاوم است و در نظافت و تیغه های کاربردی کم هزینه رایج است. سخت شدن معمولی سختی را در اواسط دهه 50 HRC ایجاد می کند. حفظ لبه در مقایسه با فولادهای با کربن بالاتر یا ابزار محدود است.

440 درجه سانتیگراد (ضد زنگ با کربن بالا)

440C حاوی کربن بالاتر (~0.95-1.2٪) و ~16-18٪ کروم است که به ساختار مارتنزیتی ظریف با سختی قابل توجه و مقاومت در برابر خوردگی معقول اجازه می دهد. هنگامی که به درستی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد، می تواند به 58-61 HRC برسد، که تعادل خوبی از حفظ لبه و مقاومت در برابر خوردگی ارائه می دهد - یک انتخاب معمول برای تیغه های تک لبه ضد زنگ سطح بالاتر.

1095 (کربن بالا، غیر زنگ نزن)

1095 یک فولاد کلاسیک با کربن بالا (~0.95% C) است که به سختی عالی (60-64 HRC) و وضوح اولیه و نگه داشتن لبه فوق العاده دست می یابد. مبادله اولیه حساسیت به خوردگی است: 1095 بدون پوشش محافظ یا نگهداری به راحتی زنگ می زند. در تیغ های صنعتی و تخصصی که در آنها خوردگی قابل مدیریت است و حداکثر عمر لبه مورد نیاز است ظاهر می شود.

52100 / فولادهای درجه یاتاقان

52100 یک فولاد یاتاقان حاوی کروم با کربن بالا و مقاومت در برابر سایش خوب در هنگام سخت شدن (60-64 HRC) است. چقرمگی بهتری نسبت به برخی از فولادهای ابزار دارد و برای تیغه هایی که به مقاومت سایشی برتر نیاز دارند استفاده می شود. مقاومت در برابر خوردگی کم است، بنابراین معمولاً 52100 برای کاربردهای خشک یا پوشش داده شده انتخاب می شود.

D2 (فولاد ابزار با کروم بالا)

D2 یک فولاد ابزار سرد کار با کروم بالا و کربن بالا است که حاوی فرم دهنده های کاربید قابل توجهی (Cr, V, Mo) است. این مقاومت در برابر سایش عالی و عمر لبه در سختی های معمولاً 58-62 HRC ارائه می دهد. حجم بالای کاربید D2 باعث طول عمر لبه‌های طولانی می‌شود اما مقاومت در برابر خوردگی و چقرمگی کمتری نسبت به مارتنزیت‌های ضدزنگ دارد. مناسب تیغه های صنعتی و ابزارهای خراش دهنده سنگین است.

AUS-8 و سایر فولادهای ضد زنگ آلیاژی

AUS-8 و آلیاژهای ضد زنگ میان رده مشابه شامل وانادیوم و مولیبدن برای تصفیه کاربیدها و بهبود چقرمگی هستند. اهداف سختی معمولی 57-60 HRC هستند. این فولادها عملکرد متعادلی را برای تیغه های تک لبه مصرف کننده ارائه می دهند که مقاومت در برابر خوردگی و حفظ لبه هر دو مهم هستند.

متالورژی پودر و فولادهای ابزار درجه یک (CPM، سری PM)

فولادهای متالورژی پودری (به عنوان مثال انواع CPM) و فولادهای ابزار آلیاژی پیشرفته می توانند توزیع کاربید بسیار ظریف، مقاومت در برابر سایش بالا و چقرمگی را به طور همزمان ارائه دهند. این گریدها حجم کاربید بالاتری را بدون کاربیدهای بزرگ و شکننده که در فولادهای معمولی تشکیل می‌شوند، می‌دهند. آنها در تیغه های تخصصی درجه یک استفاده می شوند که در آن هزینه محدودتر است.

اهداف عملیات حرارتی و پیامدهای سختی

عملیات حرارتی موثر به اندازه انتخاب درجه اهمیت دارد. اهداف سختی برای تیغ های تیغ یک لبه معمولاً از اواسط دهه 50 تا HRC پایین 60 درجه متغیر است. سختی کمتر باعث افزایش چقرمگی و کاهش تراشه می شود. سختی بالاتر مقاومت در برابر سایش و حفظ لبه را بهبود می بخشد اما شکنندگی و سختی سنگ زنی را افزایش می دهد. درجه های مارتنزیتی ضد زنگ معمولاً 55-60 HRC را هدف قرار می دهند. فولادهای پر کربن و ابزار معمولاً تا 60-64 HRC سخت می شوند. برنامه‌های تمپر کردن و تیمارهای برودتی (در صورت استفاده) آستنیت باقی‌مانده را تصفیه می‌کنند و سختی را تثبیت می‌کنند.

پوشش ها، پایان، و کنترل خوردگی

پوشش ها عمر تیغه را افزایش داده و اصطکاک را کاهش می دهند. درمان‌های سطحی رایج شامل رسوب فیزیکی بخار (DLC، نیترید کروم)، کروم آبکاری شده، و روکش‌های PTFE/Teflon می‌باشد. پوشش ها از فولادهای ضد زنگ در برابر زنگ زدگی محافظت می کنند و اصطکاک اولیه برش را کاهش می دهند. پرداخت سطح (جلیقه/حذف کردن) به شدت بر وضوح درک شده تأثیر می گذارد. لبه های جلا داده شده با آینه نیروی برش اولیه را کاهش می دهند اما اگر بستر نرم باشد می توانند سایش را تسریع کنند.

روش های آزمایش برای تأیید عملکرد درجه

یک طرح توسعه محصول باید شامل آزمایش‌های متالورژیکی و عملکردی برای تأیید درجه انتخاب شده و شرایط درمان باشد.

آزمایشات متالورژی و آزمایشگاهی

آزمایش‌ها شامل بررسی سختی راکول، بازرسی ریزساختار (میکروسکوپ نوری یا SEM) برای تأیید توزیع مارتنزیت و کاربید، تجزیه و تحلیل شیمیایی برای تأیید ترکیب، و آزمایش خوردگی با اسپری نمک (برای کاربردهای مهم خوردگی) است. کنترل ابعادی و اندازه گیری شعاع لبه نیز ضروری است.

تست های عملکرد و چرخه عمر

تست های عملکردی حفظ لبه (چرخه های برش در محیط های استاندارد شده مانند کاغذ ساینده، پلی پروپیلن یا طناب)، نیروی برش اولیه و میزان سایش را تحت بارهای معرف اندازه گیری می کنند. برای تیغه‌های صنعتی، آزمایش‌های خستگی خمشی و ضربه‌ای را شامل شود. برای نظافت تیغه‌ها، سیکل‌های مکرر استفاده مرطوب و سازگاری استریل‌سازی را در صورت لزوم در نظر بگیرید.

دستورالعمل های انتخاب عملی بر اساس برنامه

درجه فولاد را بر اساس محیط عملیاتی، برنامه نگهداری و طول عمر مورد نیاز انتخاب کنید.

• نظافت و بهداشت: از نمرات ضد زنگ (440C، AUS-8، 420J2) با سختی در حدود 55-60 HRC و پوشش ها یا پوشش های مقاوم در برابر خوردگی استفاده کنید.
• برش/خراش صنعتی: برای حداکثر مقاومت در برابر سایش، فولادهای D2، 52100 یا با کربن بالا را که تا 60-64 HRC سخت شده اند ترجیح دهید. محافظت در برابر خوردگی با پوشش ها یا نگهداری
• تخصص/دقت: فولادهای متالورژی پودری را برای لبه های با عمر طولانی و با کارایی بالا در نظر بگیرید که هزینه آن توجیه پذیر است.
• یکبار مصرف/کم هزینه: فولادهای کربنی ضد زنگ یا کم آلیاژ سری 420 عملکرد قابل قبولی را با هزینه کم ارائه می دهند که تعویض مکرر آن قابل قبول باشد.

مقایسه نمره کنار هم

چک لیست های کلیدی و انتخاب

یک درجه را با اولویت بندی انتخاب کنید: مقاومت در برابر خوردگی (ضد زنگ) در صورت استفاده مرطوب یا مسائل بهداشتی. حداکثر سختی و محتوای کاربید (ابزار یا فولادهای پر کربن) اگر عمر سایش اولیه باشد. و متالورژی پودری برای تعادل عالی سایش و چقرمگی. فرآیندهای عملیات حرارتی و پوشش را تأیید کنید، با آزمون‌های سختی و حفظ لبه اعتبار سنجی کنید، و هندسه پرداخت/ساختن را با بستر انتخابی مطابقت دهید تا از خرابی زودرس جلوگیری کنید.

• برای تیغه های مصرفی مرطوب: ضد زنگ (440C، AUS-8) با 55-60 HRC و پوشش مقاوم در برابر خوردگی را انتخاب کنید.
• برای تیغه های صنعتی با عمر طولانی: از فولادهای D2، 52100 یا CPM که بالاتر از 60 HRC سخت شده اند استفاده کنید و پوشش های محافظ یا نگهداری معمول را در نظر بگیرید.
• همیشه از طریق آزمایش‌های چرخه برش و آزمایش‌های نمک پاشی یا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مربوط به مصرف نهایی اعتبارسنجی کنید.