فولادهای گرمکار یکی از مهم ترین گروه های فولاد ابزار هستند که برای ساخت قطعات و ابزارهایی به کار می روند که در زمان کار با دمای بالا، فشار، ضربه و سیکل های حرارتی مداوم روبرو هستند. قالب های دایکاست، قالب های فورج، ابزارهای اکستروژن و سنبه ها از جمله قطعاتی هستند که معمولا از گریدهای مختلف فولاد گرمکار ساخته می شوند.
اما همه فولادهای گرمکار مشخصات یکسانی ندارند. تفاوت در ترکیب شیمیایی، سختی، مقاومت به سایش و رفتار فولاد در دمای بالا باعث می شود هر گرید برای کاربرد مشخصی مناسب تر باشد. به همین دلیل، بررسی جدول فولاد گرمکار می تواند انتخاب گرید مناسب را ساده تر کند.
قیمت فولاد گرمکار با توجه به گرید، ترکیب آلیاژی، ابعاد، برند تولیدکننده و شرایط بازار متفاوت است و بهتر است پیش از خرید، قیمت روز گرید مورد نظر بررسی شود.
گریدهای H11، H12، H13، H21 و H10 از جمله گریدهایی هستند که در گروه فولادهای ابزار گرمکار قرار می گیرند. با این حال، ویژگی ها و کاربرد آنها یکسان نیست و هنگام انتخاب باید شرایط کاری ابزار، دمای کار، میزان سایش و فشار وارد شده بررسی شود.
جدول زیر یک مقایسه سریع بین تعدادی از گریدهای شناخته شده فولاد گرمکار ارائه می دهد:
| گرید AISI | شماره استاندارد EN/DIN | مشخصه شاخص | کاربردهای رایج |
| H10 | 1.2365 | چقرمگی و مقاومت حرارتی مناسب | قالب های فورج و ابزارهای گرمکار |
| H11 | 1.2343 | چقرمگی بالا و مقاومت مناسب به شوک حرارتی | قالب دایکاست، فورج و اکستروژن |
| H12 | 1.2606 | مقاومت مناسب در دمای بالا | ابزارهای گرمکار و قالب های صنعتی |
| H13 | 1.2344 | تعادل مناسب میان چقرمگی، سختی گرم و مقاومت به خستگی حرارتی | قالب دایکاست، فورج و اکستروژن |
| H21 | 1.2581 | سختی گرم و مقاومت سایشی بالا | قالب و ابزارهای تحت حرارت بالا |
این جدول برای مقایسه اولیه مناسب است. انتخاب نهایی فولاد باید بر اساس شرایط واقعی قطعه و مشخصات فنی تامین کننده انجام شود.
یکی از مواردی که هنگام خرید یا انتخاب فولاد گرمکار اهمیت دارد، شناخت استاندارد و شماره متریال هر گرید است. ممکن است یک فولاد در استانداردهای مختلف با نام های متفاوتی شناخته شود.
| گرید AISI | شماره متریال | نام رایج DIN/EN | گروه آلیاژی |
| H10 | 1.2365 | 32CrMoV12-28 | کروم، مولیبدن، وانادیوم |
| H11 | 1.2343 | X37CrMoV5-1 | کروم، مولیبدن، وانادیوم |
| H12 | 1.2606 | X37CrMoW5-1 | کروم، مولیبدن، تنگستن |
| H13 | 1.2344 | X40CrMoV5-1 | کروم، مولیبدن، وانادیوم |
| H21 | 1.2581 | X30WCrV9-3 | تنگستن، کروم، وانادیوم |
در بازار ایران، فولادهای گرمکار علاوه بر نام گرید AISI، با شماره استاندارد آنها نیز شناخته می شوند. برای مثال فولاد H13 را ممکن است با نام فولاد 1.2344 نیز مشاهده کنید.
در میان این گریدها، H13 یکی از شناخته شده ترین گزینه ها برای قالب های گرمکار است؛ زیرا ترکیب مناسبی از چقرمگی، مقاومت در برابر ترک های حرارتی و حفظ خواص مکانیکی در دمای بالا ارائه می دهد.
ترکیب شیمیایی یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده خواص فولاد گرمکار است. حتی تغییر مقدار عناصر آلیاژی می تواند روی سختی، چقرمگی، مقاومت سایشی و عملکرد فولاد در دمای بالا تاثیر بگذارد.
در جدول زیر ترکیب شیمیایی تقریبی چند گرید پرکاربرد بر اساس درصد وزنی ارائه شده است:
| گرید | کربن C | کروم Cr | مولیبدن Mo | وانادیوم V | تنگستن W |
| H10 | 0.28 تا 0.35 | 2.5 تا 3.2 | 2.5 تا 3.0 | 0.4 تا 0.7 | — |
| H11 | 0.33 تا 0.43 | 4.75 تا 5.50 | 1.10 تا 1.60 | 0.30 تا 0.60 | — |
| H12 | 0.30 تا 0.40 | 4.50 تا 5.50 | 1.25 تا 1.75 | 0.20 تا 0.50 | 1.0 تا 1.8 |
| H13 | 0.32 تا 0.45 | 4.75 تا 5.50 | 1.10 تا 1.75 | 0.80 تا 1.20 | — |
| H21 | 0.26 تا 0.36 | 3.0 تا 4.0 | — | 0.30 تا 0.60 | 8.5 تا 10.0 |
مقادیر جدول تقریبی هستند و با توجه به استاندارد مورد استفاده و تولیدکننده ممکن است محدوده های اعلام شده کمی متفاوت باشند. به همین دلیل، برای خرید صنعتی بهتر است آنالیز متریال یا سرتیفیکیت محصول نیز بررسی شود.
کروم در افزایش مقاومت به سایش، سختی پذیری و مقاومت در برابر اکسیداسیون نقش دارد. مولیبدن به حفظ استحکام در دمای بالا و افزایش سختی پذیری کمک می کند و وانادیوم نیز با تشکیل کاربیدهای سخت می تواند مقاومت سایشی فولاد را افزایش دهد.
در گریدهایی مانند H21 مقدار قابل توجهی تنگستن وجود دارد. این عنصر به حفظ سختی و استحکام فولاد در دماهای بالا کمک می کند و یکی از دلایل عملکرد مناسب این گرید در شرایط حرارتی شدید است.
سختی فولاد گرمکار عدد ثابتی برای هر گرید نیست. عملیات حرارتی، دمای آستنیته، محیط سرد کردن و به خصوص دما و تعداد مراحل تمپر می توانند سختی نهایی قطعه را تغییر دهند.
محدوده های متداول سختی پس از عملیات حرارتی را می توان به صورت تقریبی در جدول زیر مشاهده کرد:
| گرید | محدوده متداول سختی پس از عملیات حرارتی | ویژگی شاخص |
| H10 | حدود 40 تا 52 HRC | چقرمگی مناسب در کار گرم |
| H11 | حدود 40 تا 54 HRC | مقاومت مناسب به شوک و خستگی حرارتی |
| H12 | حدود 40 تا 54 HRC | حفظ خواص مناسب در دمای بالا |
| H13 | حدود 40 تا 55 HRC | تعادل مناسب سختی و چقرمگی |
| H21 | حدود 40 تا 55 HRC | مقاومت سایشی و سختی گرم بالا |
نکته مهم این است که بالاتر بودن سختی همیشه به معنی انتخاب بهتر نیست. افزایش بیش از حد سختی می تواند چقرمگی ابزار را کاهش دهد و احتمال ترک خوردگی یا شکست را در بعضی کاربردها افزایش دهد.
برای مثال، در قالب های دایکاست علاوه بر سختی، مقاومت به خستگی حرارتی و ترک های ناشی از گرم و سرد شدن متوالی اهمیت زیادی دارد. بنابراین سختی نهایی باید متناسب با کاربرد قطعه و توصیه عملیات حرارتی انتخاب شود.
انتخاب گرید مناسب به شرایط استفاده بستگی دارد. اگر قطعه در معرض سیکل های حرارتی و شوک حرارتی مداوم قرار دارد، چقرمگی و مقاومت به خستگی حرارتی اهمیت بیشتری پیدا می کند. در مقابل، در محیط هایی که سایش و دمای بالا شدیدتر است، حفظ سختی در دمای بالا و مقاومت سایشی اهمیت بیشتری دارد.
H13 یا 1.2344 به دلیل تعادل مناسب میان این ویژگی ها در بسیاری از کاربردهای قالب سازی مورد استفاده قرار می گیرد. H11 نیز زمانی مورد توجه قرار می گیرد که چقرمگی و مقاومت به شوک حرارتی اهمیت بالایی داشته باشد. گریدهای حاوی تنگستن مانند H21 نیز برای بعضی کاربردهایی که سختی گرم و مقاومت سایشی اهمیت بیشتری دارند قابل بررسی هستند.
بنابراین بهتر است پیش از خرید فولاد گرمکار فقط به نام گرید توجه نکنید و مواردی مانند دمای کاری، فشار، میزان سایش، نوع عملیات حرارتی و شرایط خنک کاری ابزار را نیز در نظر بگیرید.
سوالات متداول
فولاد H13 با شماره متریال 1.2344 یکی از شناخته شده ترین و پرکاربردترین فولادهای گرمکار است. این گرید به دلیل تعادل مناسب بین چقرمگی، مقاومت حرارتی و مقاومت به خستگی حرارتی در قالب سازی، دایکاست، فورج و اکستروژن کاربرد دارد.
هر دو از فولادهای ابزار گرمکار کروم دار هستند، اما ترکیب آلیاژی آنها متفاوت است. H13 معمولا وانادیوم بیشتری دارد و در بسیاری از کاربردها مقاومت سایشی و حفظ سختی مناسبی ارائه می دهد، در حالی که H11 به دلیل چقرمگی مناسب در کاربردهای نیازمند مقاومت به شوک حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد.
سختی به گرید و عملیات حرارتی بستگی دارد، اما بسیاری از فولادهای گرمکار پس از سخت کاری و تمپر در محدوده تقریبی 40 تا 55 راکول C استفاده می شوند. عدد دقیق باید متناسب با گرید و کاربرد تعیین شود.
در بسیاری از جداول تطبیقی، فولاد 1.2344 استاندارد اروپایی معادل گرید H13 در استاندارد AISI در نظر گرفته می شود. با این حال، هنگام خرید صنعتی بهتر است استاندارد و آنالیز شیمیایی محصول نیز کنترل شود.
از فولادهای گرمکار برای ساخت قالب های دایکاست، قالب های فورج گرم، ابزارهای اکستروژن، سنبه، ماتریس و سایر ابزارهایی استفاده می شود که هنگام کار تحت حرارت، فشار و تنش های حرارتی قرار دارند.
