מבוא לפלדת עיבוד קר

פלדת תבנית לעבודה קרה משמשת בעיקר להטבעה, ריקוע, עיצוב, כיפוף, שיחול קר, משיכה קרה, תבניות מתכות אבקה וכו'. היא דורשת קשיות גבוהה, עמידות גבוהה בפני שחיקה וקשיחות מספקת. מחולקת בדרך כלל לשתי קטגוריות: סוג כללי וסוג מיוחד. לדוגמה, פלדת תבנית לעבודה קרה לשימוש כללי בארצות הברית כוללת בדרך כלל ארבע דרגות פלדה: 01, A2, D2 ו-D3. ההשוואה בין דרגות הפלדה של פלדת תבנית סגסוגת לעבודה קרה לשימוש כללי במדינות שונות מוצגת בטבלה 4. על פי תקן JIS היפני, הסוגים העיקריים של פלדת תבנית לעבודה קרה שניתן להשתמש בהם הם סדרת SK, כולל פלדת כלים פחמן מסדרת SK, 8 פלדות כלים סגסוגת מסדרת SKD ו-9 פלדות מהירות מסדרת SKHMO, בסך הכל 24 דרגות פלדה. תקן פלדת הכלים סגסוגת GB/T1299-2000 של סין כולל בסך הכל 11 סוגי פלדה, היוצרים סדרה שלמה יחסית. עם השינויים בטכנולוגיית העיבוד, בחומרי העיבוד וביקוש לתבניות, הסדרה הבסיסית המקורית אינה יכולה לענות על הצרכים. מפעלי פלדה יפניים ויצרני כלים ופלדת שבלונות אירופאים גדולים פיתחו פלדת שבלונות לעיבוד קר ייעודי, ובהדרגה יצרו סדרות של פלדות שבלונות לעיבוד קר. פיתוחן של פלדות שבלונות אלו הוא גם כיוון הפיתוח של פלדת שבלונות לעיבוד קר.

פלדת עבודה קרה מרווה אוויר נמוכה מסגסוגת

עם התפתחות טכנולוגיית טיפול בחום, ובמיוחד היישום הנרחב של טכנולוגיית מרווה בוואקום בתעשיית התבניות, על מנת להפחית את עיוות המרווה, פותחו מספר פלדות מיקרו-עיוות מסגסוגת נמוכה שעברו מרווה באוויר בארץ ובחו"ל. סוג זה של פלדה דורש יכולת הקשייה וטיפול בחום טובים. יש לו עיוות קטן, חוזק וקשיחות טובים, ועמידות מסוימת בפני שחיקה. למרות שפלדת עבודה קרה סטנדרטית מסגסוגת גבוהה (כגון D2, A2) בעלת יכולת הקשייה טובה, יש לה תכולת סגסוגת גבוהה והיא יקרה. לכן, פותחו מספר פלדות מיקרו-עיוות מסגסוגת נמוכה בארץ ובחו"ל. סוג זה של פלדה מכיל בדרך כלל יסודות סגסוגת Cr ו-Mn כדי לשפר את יכולת ההתקשות. התכולה הכוללת של יסודות הסגסוגת היא בדרך כלל <5%. היא מתאימה לייצור חלקים מדויקים עם אצוות ייצור קטנות. תבניות מורכבות. סוגי פלדה מייצגים כוללים את A6 מארצות הברית, ACD37 מ-Hitachi Metals, G04 מ-Daido Special Steel, AKS3 מ-Aichi Steel ועוד. פלדת GD סינית, לאחר קירור ב-900 מעלות צלזיוס וריסוס ב-200 מעלות צלזיוס, יכולה לשמור על כמות מסוימת של אוסטניט ובעלת חוזק, קשיחות ויציבות ממדית טובים. ניתן להשתמש בה לייצור תבניות הטבעה קרה הנוטות לסדקים ושברים. אורך חיים גבוה.

פלדת תבנית מרותכת להבה

על מנת לקצר את מחזור ייצור התבנית, לפשט את תהליך הטיפול בחום, לחסוך באנרגיה ולהפחית את עלות הייצור של התבנית, יפן פיתחה מספר פלדות מיוחדות לעיבוד קר לדרישות כיבוי אש. פלדות אופייניות כוללות את SX105V (7CrSiMnMoV) של Aichi Steel, SX4 (Cr8), HMD5 ו-HMD1 של Hitachi Metal, פלדת G05 של Datong Special Steel Company ועוד. סין פיתחה את 7Cr7SiMnMoV. ניתן להשתמש בסוג זה של פלדה לחימום הלהב או חלקים אחרים של התבנית באמצעות אקדח ריסוס אוקסיאצטילן או תנורי חימום אחרים לאחר עיבוד התבנית ולאחר מכן קירור אוויר וקימור. באופן כללי, ניתן להשתמש בו ישירות לאחר הקירור. בשל התהליך הפשוט שלה, היא נמצאת בשימוש נרחב ביפן. סוג הפלדה המייצג של סוג זה של פלדה הוא 7CrSiMnMoV, בעל יכולת הקשייה טובה. כאשר פלדה בעובי φ80 מ"מ עוברת קירור בשמן, הקשיות במרחק של 30 מ"מ מהמשטח יכולה להגיע ל-60HRC. הפרש הקשיות בין הליבה לפני השטח הוא 3HRC. בעת כיבוי בלהבה, לאחר חימום מוקדם ל-180~200°C וחימום ל-900-1000°C לצורך כיבוי בעזרת אקדח ריסוס, הקשיות יכולה להגיע ליותר מ-60HRC וניתן לקבל שכבה קשה שעוביה עולה על 1.5 מ"מ.

קשיחות גבוהה, עמידות גבוהה בפני שחיקה, פלדת יצירה לעבודה קרה

על מנת לשפר את הקשיחות של פלדת תבנית לעיבוד קר ולהפחית את עמידות הבלאי שלה, כמה חברות ייצור פלדת תבנית זרות גדולות פיתחו סדרה של פלדות תבנית לעיבוד קר עם קשיחות גבוהה ועמידות גבוהה בפני שחיקה. פלדה מסוג זה מכילה בדרך כלל כ-1% פחמן ו-8% Cr. עם תוספת של Mo, V, Si ואלמנטים מסגסוגת אחרים, הקרבידים שלה דקים, מפוזרים באופן שווה, וקשיחותם גבוהה בהרבה מזו של פלדת Cr12, בעוד שעמידותה בפני שחיקה דומה. קשיותם, חוזק הכיפוף, חוזק העייפות וקשיחות השבר שלהם גבוהים, ויציבותם נגד הרפיה גבוהה גם היא מפלדת תבנית מסוג Crl2. הם מתאימים לחבטות במהירות גבוהה ולחבטות מרובות תחנות. סוגי הפלדה המייצגים של פלדה מסוג זה הם DC53 היפנית עם תכולת V נמוכה ו-CRU-WEAR עם תכולת V גבוהה. DC53 עובר קירור אוויר בטמפרטורה של 1020-1040 מעלות צלזיוס והקשיות יכולה להגיע ל-62-63HRC לאחר קירור אוויר. ניתן לחשל אותו בטמפרטורה נמוכה (180 ~ 200 ℃) לחישול בטמפרטורה גבוהה (500 ~ 550 ℃), קשיחותו יכולה להיות גבוהה פי 1 מזו של D2, וביצועי העייפות שלו גבוהים ב-20% מזו של D2; לאחר חישול וגלגול CRU-WEAR, הוא עובר חישול ואוסטניטיזציה בטמפרטורה של 850-870 ℃. בפחות מ-30 ℃/שעה, מקורר ל-650 ℃ ומשוחרר, הקשיות יכולה להגיע ל-225-255HB, ניתן לבחור את טמפרטורת הכיבוי בטווח של 1020 ~ 1120 ℃, הקשיות יכולה להגיע ל-63HRC, מחושל ב-480 ~ 570 ℃ בהתאם לתנאי השימוש, עם אפקט התקשות משני ברור, עמידות בפני שחיקה וקשיחות טובים יותר מזו של D2.

פלדת בסיס (פלדה מהירה)

פלדה מהירה נמצאת בשימוש נרחב בחו"ל לייצור תבניות עבודה קרה בעלות ביצועים גבוהים וארוכי חיים בשל עמידותה המצוינת בפני שחיקה וקשיותה האדומה, כגון פלדת המהירות הסטנדרטית הכללית של יפן SKH51 (W6Mo5Cr4V2). על מנת להסתגל לדרישות התבנית, הקשיחות משפרת לעתים קרובות על ידי הפחתת טמפרטורת החימום, קשיות החימום או הפחתת תכולת הפחמן בפלדה מהירה. פלדת מטריקס מפותחת מפלדה מהירה, וההרכב הכימי שלה שווה ערך להרכב המטריקס של פלדה מהירה לאחר החימום. לכן, מספר הקרבידים הנותרים לאחר החימום קטן ומפוזר באופן שווה, מה שמשפר מאוד את קשיחות הפלדה בהשוואה לפלדה מהירה. ארצות הברית ויפן חקרו פלדות בסיס עם דרגות VascoMA, VascoMatrix1 ו-MOD2 בתחילת שנות ה-70. לאחרונה פותחו DRM1, DRM2, DRM3 וכו'. משמשים בדרך כלל לתבניות עבודה קרה הדורשות קשיחות גבוהה יותר ויציבות טובה יותר בפני הרפיה. סין פיתחה גם כמה פלדות בסיס, כגון 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb), 65W8Cr4VTi, 65Cr5Mo3W2VSiTi ופלדות אחרות. לסוג זה של פלדה חוזק וקשיחות טובים והוא נמצא בשימוש נרחב בשיחול קר, ניקוב קר של פלטות עבות, גלגול הברגה, מתות הטבעה, מתות כיוון קר וכו', וניתן להשתמש בו כמתות שיחול חם.

פלדת עובש אבקת מטלורגיה

פלדת תבנית קר מסוג LEDB בעלת סגסוגת גבוהה, המיוצרת בתהליכים קונבנציונליים, במיוחד חומרים בעלי חתך גדול, מכילה קרבידים אאוטקטיים גסים ופיזור לא אחיד, מה שמפחית באופן משמעותי את הקשיחות, יכולת הטחינה והאיזוטרופיה של הפלדה. בשנים האחרונות, חברות פלדה מיוחדות זרות גדולות המייצרות פלדת כלים ופלטות התמקדו בפיתוח סדרה של פלדות מהירות אבקתית ופלדות סגסוגת גבוהה, מה שהוביל לפיתוח מהיר של סוג זה של פלדה. באמצעות תהליך האבקת המתכת, אבקת הפלדה המרוסקת מתקררת במהירות והקרבידים הנוצרים דקים ואחידים, מה שמשפר משמעותית את הקשיחות, יכולת הטחינה והאיזוטרופיה של חומר התבנית. הודות לתהליך ייצור מיוחד זה, הקרבידים דקים ואחידים, ויכולת העיבוד והביצועים הטחונים משתפרים, מה שמאפשר הוספת תכולת פחמן ונדיום גבוהה יותר לפלדה, ובכך מפתחים סדרה של סוגי פלדה חדשים. לדוגמה, סדרת DEX של חברת Datong היפנית (DEX40, DEX60, DEX80 וכו'), סדרת HAP של חברת Hitachi Metal, סדרת FAX של Fujikoshi, סדרת VANADIS של UDDEHOLM, סדרת ASP של חברת Erasteel הצרפתית, ופלדת הכלים והפלדות למתכות אבקה של חברת CRUCIBLE האמריקאית מתפתחות במהירות. יצירת סדרות של פלדות ממתכות אבקה כגון CPM1V, CPM3V, CPM1OV, CPM15V וכו', עמידותן בפני שחיקה וקשיחותן השתפרו משמעותית בהשוואה לפלדת כלים ולפלדות המיוצרות בתהליכים רגילים.