فولاد HSS یکی از مهم ترین فولادهای ابزار برای ساخت ابزارهای برشی است که باید در سرعت بالا و دمای زیاد، سختی و قدرت برش خود را حفظ کنند. نام HSS مخفف High Speed Steel به معنای «فولاد تندبر» است و در بازار ایران این گروه از فولادها با نام فولاد خشکه هوایی نیز شناخته می شوند.
مته، تیغ فرز، برقو، قلاویز و برخی تیغه های برش از شناخته شده ترین محصولاتی هستند که با این فولاد ساخته می شوند. تفاوت مهم HSS با بسیاری از فولادهای معمولی نیز به همین عملکرد آن در شرایط سخت برش بر می گردد.
قیمت فولاد HSS با توجه به گرید، ترکیب آلیاژی، ابعاد و شرایط بازار متفاوت است و معمولا نسبت به فولادهای معمولی قیمت بالاتری دارد.
فولاد HSS نوعی فولاد ابزار پرآلیاژ است که برای کار در سرعت های برشی بالا توسعه یافته است. در ترکیب گریدهای مختلف آن عناصری مانند تنگستن، مولیبدن، کروم، وانادیوم و در برخی گریدها کبالت به کار می رود. نوع و درصد این عناصر با توجه به گرید متفاوت است و مستقیما بر سختی، مقاومت سایشی و عملکرد فولاد در دمای بالا تاثیر می گذارد.
یکی از مهم ترین خصوصیات فولاد خشکه هوایی، حفظ سختی در دماهای بالاتر ناشی از عملیات برش است؛ خاصیتی که اصطلاحا به آن سختی گرم یا Red Hardness گفته می شود. به همین دلیل ابزار HSS هنگام افزایش دمای لبه برنده، نسبت به بسیاری از فولادهای ابزار ساده عملکرد خود را بهتر حفظ می کند.
دلیل استفاده گسترده از HSS در ساخت ابزارهای صنعتی، ترکیب چند ویژگی مهم در یک فولاد است. این فولاد علاوه بر سختی بالا، مقاومت مناسبی در برابر سایش دارد و می تواند لبه برنده خود را در شرایط کاری سخت حفظ کند.
مهم ترین ویژگی های فولاد HSS عبارتند از:
البته عملکرد نهایی فقط به نام HSS بستگی ندارد. گرید فولاد، کیفیت تولید و عملیات حرارتی نقش مهمی در عمر و عملکرد ابزار ساخته شده از آن دارند.
فولادهای HSS را می توان بر اساس ترکیب شیمیایی به خانواده های مختلف تقسیم کرد. دو گروه شناخته شده، فولادهای تندبر پایه تنگستن سری T و فولادهای تندبر پایه مولیبدن سری M هستند.
از گریدهای شناخته شده می توان به M2، M35، M42 و T1 اشاره کرد.
فولاد HSS M2: یکی از گریدهای پرکاربرد HSS است که تعادل مناسبی میان سختی، مقاومت سایشی و چقرمگی دارد و برای تولید انواع ابزارهای برشی مورد استفاده قرار می گیرد.
فولاد HSS M35: این گرید را می توان نوع کبالت دار خانواده HSS دانست. حضور کبالت به بهبود حفظ سختی در دماهای بالا کمک می کند و آن را برای برخی عملیات برشی سنگین تر مناسب می سازد.
فولاد HSS M42: درصد کبالت این گرید از M35 بیشتر است و سختی گرم و مقاومت سایشی بالایی ارائه می دهد. از M42 در ابزارهایی استفاده می شود که حفظ لبه برنده در شرایط کاری سخت اهمیت زیادی دارد.
فولاد HSS T1: از گریدهای کلاسیک تنگستن دار فولاد تندبر است که در ساخت ابزارهای برشی مورد استفاده قرار گرفته و ترکیب آلیاژی آن با گریدهای مولیبدن دار متفاوت است.
انتخاب میان این گریدها باید بر اساس جنس قطعه کار، سرعت برش، میزان سایش، دمای کاری و نوع ابزار انجام شود؛ بنابراین نمی توان یک گرید را برای تمام کاربردها بهترین گزینه دانست.
اصلی ترین کاربرد فولاد HSS در ساخت ابزارهای برشی و ماشین کاری است. زمانی که لبه ابزار هنگام برش تحت سایش و افزایش دما قرار می گیرد، استفاده از فولادی که بتواند سختی خود را در این شرایط حفظ کند اهمیت زیادی پیدا می کند.
از کاربردهای رایج فولاد خشکه هوایی می توان به ساخت موارد زیر اشاره کرد:
البته HSS همیشه انتخاب اول نیست. برای مثال در برخی ماشین کاری های بسیار پرسرعت، ابزارهای کاربیدی می توانند عملکرد مناسب تری داشته باشند. در مقابل، HSS به دلیل چقرمگی مناسب، قابلیت تیزکاری و امکان ساخت ابزارهای پیچیده همچنان در بسیاری از کاربردها گزینه مهمی محسوب می شود.
تفاوت اصلی فولاد HSS با فولادهای معمولی را نباید فقط در میزان سختی جستجو کرد. مزیت اصلی این گروه از فولادها، حفظ خواص مورد نیاز ابزار برشی در شرایط افزایش دما و سایش است.
فولادهای معمولی برای کاربردهای عمومی، قطعات سازه ای یا ساخت قطعات مختلف مناسب هستند، اما الزاما برای ساخت یک لبه برنده که با سرعت بالا در حال براده برداری است طراحی نشده اند.
| ویژگی | فولاد HSS | فولادهای معمولی |
| سختی پس از عملیات حرارتی | بالا | بسته به نوع فولاد متفاوت |
| حفظ سختی در دمای بالا | بسیار بهتر | معمولا محدودتر |
| مقاومت سایشی | بالا | عموما کمتر |
| کاربرد اصلی | ابزارهای برشی و صنعتی | قطعات عمومی و سازه ای |
| عناصر آلیاژی | معمولا بیشتر و متنوع تر | بسته به گرید متفاوت |
| قیمت | معمولا بالاتر | معمولا اقتصادی تر |
بنابراین مقایسه HSS با «فولاد معمولی» باید با توجه به کاربرد انجام شود. HSS فولادی تخصصی برای ابزار است و هزینه بالاتر آن زمانی توجیه دارد که سختی گرم، مقاومت سایشی و عملکرد برشی اهمیت داشته باشد.
یکی از مهم ترین مزایای فولاد خشکه هوایی، ترکیب سختی، مقاومت سایشی، سختی گرم و چقرمگی مناسب است. این ویژگی ها باعث شده اند HSS حتی با وجود توسعه ابزارهای کاربیدی و مواد پیشرفته تر، همچنان در صنعت ابزارسازی جایگاه مهمی داشته باشد.
از مزایای آن می توان به حفظ لبه برنده، امکان تیزکاری مجدد، مقاومت مناسب در برابر ضربه نسبت به بسیاری از مواد ابزار بسیار سخت و قابلیت تولید ابزارهای پیچیده اشاره کرد.
در مقابل، HSS معمولا از فولادهای ساده گران تر است و برای دستیابی به خواص مطلوب به عملیات حرارتی دقیق نیاز دارد. همچنین در ماشین کاری های بسیار پرسرعت و برخی شرایط تولید انبوه، ابزارهای کاربیدی می توانند سرعت برش و مقاومت حرارتی بیشتری ارائه دهند.
در نتیجه هنگام انتخاب فولاد HSS باید ابتدا نوع ابزار، جنس قطعه کار، سرعت برش و شرایط کاری مشخص شود و سپس گرید مناسب انتخاب گردد.
سوالات متداول
HSS مخفف High Speed Steel و به معنای فولاد تندبر است. این فولاد در بازار ایران با نام فولاد خشکه هوایی نیز شناخته می شود.
بیشترین کاربرد آن در ساخت ابزارهای برشی مانند مته، فرز، قلاویز، برقو، تیغ اره و سایر ابزارهای ماشین کاری است.
HSS-Co به فولادهای تندبری گفته می شود که در ترکیب آنها کبالت وجود دارد. افزودن کبالت می تواند سختی گرم و عملکرد ابزار در دماهای بالاتر را بهبود دهد. M35 و M42 نمونه های شناخته شده این گروه هستند.
پاسخ به نوع کاربرد بستگی دارد. کاربید معمولا امکان استفاده در سرعت های برش بالاتر را فراهم می کند، در حالی که HSS چقرمگی مناسبی دارد، راحت تر تیزکاری می شود و برای بسیاری از ابزارها و شرایط کاری انتخاب کاربردی است.
M2، M35، M42 و T1 از گریدهای شناخته شده فولادهای تندبر هستند. انتخاب گرید مناسب به شرایط برش و نوع ابزار بستگی دارد.
