فولاد خوش‌تراش، یکی از پرکاربردترین انواع فولاد در ساخت قطعات صنعتی

امروزه با توسعه و تکامل ابزارها و روش‌های برشی، امکان شکل‌دهی این قطعات نیز با روش تراش‌کاری فراهم شده است. در حال حاضر این عملیات به سطوح بالایی از بهره‌وری و ایمنی رسیده است. با این حال در حین عملیات تراش‌کاری برای فولادهای سخت مشکلات زیادی وجود خواهد داشت. از جمله این مشکلات ایجاد دمای بالا در منطقه کار و نیاز به نیروی برشی بالاتر در حین ماشین‌کاری است. این موارد می‌تواند منجر به کاهش عمر تجهیزات ماشین‌کاری، کاهش سرعت تولید و در نتیجه افزایش قیمت قطعات نهایی شود. در چنین شرایطی جهت تولید قطعات فولادی با تیراژ انبوه و سری‌تراشی، نیاز به فولادهایی با قابلیت ماشین‌کاری عالی یا خوش‌تراشی است تا قطعات نهایی پس از ماشین‌کاری از کیفیت سطحی بالایی برخوردار باشند تا به این ترتیب سرعت تولید بالا و هزینه‌های پایین ماشین‌کاری را سبب شوند. به فولادهایی که از طریق بهبود عناصر ترکیب شیمیایی دارای این خواص باشند، فولاد خوش تراش یا فولاد اتومات گفته می‌شود. در این مقاله به بررسی بیشتر فولاد خوش‌تراش، کاربردها، ویژگی‌ها و استانداردهای تولید آن خواهیم پرداخت.

فولاد اتومات یا خوش تراش یکی از انواع فولاد است که به واسطه ترکیب شیمیایی خاص خود، خواصی مانند ماشین‌کاری عالی و انعطاف‌پذیری بالا دارد.

فولاد خوش تراش یا ماشین کاری چیست؟

فولاد خوش تراش یا ماشین کاری، به آن دسته از فولادهای کم کربن گفته می‌شود که قابلیت تراشکاری یا ماشین‌کاری زیادی دارند. به همین خاطر، برای تولید ابزاری که دقت ابعادی بالا و خاصیت مکانیکی کمی را می‌طلبند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله این ابزار می‌توان به شفت، پیچ و مهره، چرخ‌دنده، اتصالات، لوازم جراحی و دندانپزشکی اشاره کرد.

به‌طور کلی، فولاد شاهرود خوش تراش در صنایع مختلفی از قبیل خودروسازی، کشاورزی و نظامی کاربرد دارد. در ترکیبات این فولاد چهار عنصر اصلی فسفر، سرب، منگنز و گوگرد به­کارگرفته است که موجب ترد و شکنندگی آن می‌شود. به همین دلیل از این فولاد برای آهنگری نمی‌توان استفاده کرد. از طرفی، به جهت وجود گوگرد و فسفر در ترکیب آن، برای جوشکاری گزینه مناسبی نخواهد بود.

ویژگی‌هایی  فولاد خوش تراش چیست؟

فولادهای خوش‌تراش در دسته فولادهای کربنی کم آلیاژ قرار می‌گیرند که در ترکیب آن‌ها عناصری مانند سرب، بیسموت، سلنیوم، تلوریم، فسفر و گوگرد حضور دارند. قابلیت ماشین‌کاری عالی، مهم‌ترین خصوصیت فولاد خوش‌تراش است. قیمت میلگرد و دیگر محصولات فولادی به عناصر حاضر در ترکیب شیمیایی آن‌ها نیز وابسته است. اغلب در هنگام ساخت فولاد از حضور عناصری مانند گوگرد و فسفر در ترکیب شیمیایی آن اجتناب می‌شود. تا جایی که اغلب فولادها در ترکیب شیمیایی خود دارای حداقل ممکن (۰/۰۴۵) از عناصر گوگرد و فسفر هستند. زیرا حضور این عناصر در ترکیب فولادها منجر به تاثیرات سوء در خواص مکانیکی، چقرمگی و همگنی آنان خواهد شد. اما امروزه می‌دانیم حضور عناصر گوگرد (تا ۰/۴ درصد) و فسفر (تا ۰/۱۱ درصد) و همچنین حضور عنصر منگنز و عنصر سرب در مقادیری در بازه ۰/۱۵-۰/۳۵ درصد در ترکیب فولادهای کم‌کربن و کربن‌ متوسط می‌تواند منجر به ایجاد قابلیت‌های مطلوب ماشین‌کاری، براده‌برداری و کیفیت سطحی این فولادها پس از ماشین‌کاری شود. با حضور گوگرد و تشکیل ناخالصی سولفیدی در مرزدانه‌ها، حین ماشین‌کاری براده‌ها خرد شده و طول آن‌ها کوتاه‌تر می‌شود و در نتیجه منجر به افزایش سرعت انجام آن خواهد شد. 
علاوه بر این به دلیل خاصیت روان‌کاری گوگرد، با کاسته شدن از شدت اصطکاک در قسمت برنده ابزارهای برشی، عمر آن‌ها افزایش خواهد یافت. علت حضور سرب در ترکیب فولادهای خوش‌تراش به دلیل توزیع فوق‌العاده ریز و یکنواخت آن در بین سایر عناصر است که خرد و ریز شدن براده‌ها در حین ماشین‌کاری را سبب می‌شود. میان میزان عنصر گوگرد و سرب در ترکیب شیمیایی فولاد خوش‌تراش و قابلیت ماشین‌کاری و براده‌برداری رابطه مستقیمی برقرار است. هر چه درصد حضور این عناصر در ترکیب فولاد بالاتر باشد، قابلیت ماشین‌کاری بهبود بیشتری پیدا خواهد کرد.

از طرفی حضور درصدهای بالا از عناصر گوگرد و سرب می‌تواند منجر به شکنندگی و ترد شدن فولادها شود. بنابراین برای حصول استحکام و ماشین‌کاری مطلوب در فولادهای خوش‌تراش حد بهینه‌ای از عناصر گوگرد و سرب نیاز است. درصد کربن این فولادها بسته به نوع آلیاژ از ۰/۱۴ درصد تا حداکثر ۰/۶۵ درصد در برخی گریدها متغیر است. خواص مکانیکی در عرض دانه‌های فولاد خوش‌تراش به طور قابل توجهی پایین‌تر از طول دانه است. همچنین خاصیت چقرمگی و انعطاف‌پذیری آن نسبت به فولادهای ساده کربنی، به دلیل وجود گوگرد و فسفر کمتر است. از قطعات فولادی خوش‌تراش معمولا بدون عملیات حرارتی و فقط با تمپرینگ برای رفع تنش استفاده می‌شود.

گریدهای فولاد خوش تراش

از جمله معروف‌ترین گریدهای فولاد خوش تراش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ۱.۰۷۱۵
• ۱.۰۷۱۸
• ۱.۰۷۲۲
• ۱.۰۷۳۷

از بین موارد اشاره شده در لیست بالا، فولاد ماشین‌کاری ۱.۰۷۱۸ در بازار آهن و فولاد بیشتر مورد استقبال خریداران و مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرد. از ویژگی‌های بارز فولاد ۱.۰۷۱۸ می‌توان به مقاومت و استحکام بالا، توانایی ماشین‌کاری مناسب و کیفیت براده‌برداری قابل قبول اشاره نمود. از طرفی، از این فولاد جهت تولید و ساخت قطعات خودرو و ماشین سازی صنعتی استفاده می­شود. اما به دلیل حضور مقادیر زیادی از فسفر و گوگرد، این سری از فولادهای خوش تراش بسیار شکننده هستند و نمی‌توان جهت تولید انبوه آن از تکنیک‌های نورد و فورج بهره گرفت.

مزایا و معایب فولاد اتومات

فولادهای خوش‌تراش دارای ویژگی‌های مثبت و منفی هستند که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم.

ویژگی‌های مثبت

• ماشین‌کاری عالی
• استحکام بالا
• انعطاف‌پذیری بالا
• افزایش عمر دستگاه ماشین‌کاری متناسب با سرعت آن
• کاهش قیمت نهایی قطعات به دلیل بالا بودن سرعت تولید
• تولید محصولات با کیفیت سطحی عالی

ویژگی‌های منفی

• ترد و شکننده بودن در فولادهای با درصد کربن بالا
• ماشین‌کاری ضعیف‌تر در فولادهای با درصد کربن بالا
• مناسب نبودن برای عملیات آهنگری و نورد گرم به سبب تردی
• مناسب نبودن برای جوشکاری به سبب حضور فسفر و گوگرد در ترکیب آن‌ها

ترکیبات شیمیایی فولاد خوش تراش

فولادهای خوش تراش یا ماشین‌کاری، درواقع همان فولادهای کم کربن هستند که در آلیاژ آن‌ها از فسفر، گوگرد، سرب، بیسموت، سلنیوم و تلوریم استفاده شده است. این مقادیر شامل ۰.۰۸ الی ۰.۰۴۵ درصد کربن، ۰.۱۵ الی ۰.۳۵ درصد سیلیکون، ۰.۰۶ الی ۱.۵۵ درصد منگنز، ۰.۰۸ الی ۰.۳۰ درصد گوگرد و ۰.۰۵ الی ۰.۱۶ درصد فسفر خواهند بود. شایان ذکر است که در این میان، گوگرد به‌عنوان ارزان‌ترین افزودنی و جزء ثابت و حذف نشدنی ساخت فولاد خوش تراش محسوب می‌شود.

میلگرد و شش‌گوش اتومات

فولاد خوش‌تراش در ساخت بسیاری از محصولات فولادی از جمله میلگرد و شش‌گوش کاربرد دارد. پس از تهیه مذاب فولاد اتومات، برای تهیه میلگرد از این جنس، ابتدا مذاب به شکل شمشه‌های چهارپهلو و به روش مداوم، ریخته‌گری می‌شود و سپس با نورد گرم و طی چند مرحله میلگرد فولاد اتومات تولید می‌شود. در واقع میلگرد اتومات، میلگرد کم آلیاژی است که گوگرد، فسفر و سرب بالایی دارند. از این محصولات معمولا برای تولید انبوه قطعات دستگاه‌های اتومات استفاده می‌شود. ترکیب عناصر موجود در میلگرد و شش‌گوش اتومات به نحوی است که این محصولات از قابلیت جوشکاری عالی برخوردار باشند. هر چند این میلگردها جهت عملیات آهنگری و نورد گرم مناسب نیستند. از انواع رایج و پرکاربرد میلگرد اتومات در ایران، میلگرد اتومات شماره ۱/۰۷۱۵ و شماره ۰/۰۷۱۸ هستند. این نوع میلگرد در مقاطع ۴ پر و ۶ پر (شش‌گوش) و به صورت شاخه‌های ۶ متری توزیع می‌شود. میلگردهای فولاد اتومات با شماره ۱/۰۷۱۸ در بازار با کد 11SMnPb30 نیز شناخته می‌شوند. استفاده از این نوع از میلگرد در قطرهای ۴ تا ۷۰ میلی‌متر بیشترین کاربرد را دارد. این نوع میلگرد قابلیت سختی‌سازی بالایی داشته و با حرارت‌دهی تا دمای ۸۸۰ تا ۹۲۰ درجه سانتی‌گراد و سردسازی ناگهانی در آب انجام می‌شود.

انواع استاندارد فولاد خوش تراش

فولادهای خوش‌تراش یا اتومات در رده‌بندی استاندارد DIN EN 10027-2 با شماره مواد 1.07XX مشخص می‌شوند. این فولادها در استانداردهای اروپایی DIN EN 10087 و DIN EN 10277-3 به سه دسته زیر تقسیم‌بندی شده‌اند:

1. فولادهای عملیات حرارتی نشونده: مقدار کربن در ترکیب این گروه از فولادهای خوش‌تراش کمتر از ۰/۱۴ درصد بوده و عملیات حرارتی نمی‌شوند. این فولادها شامل شماره مواد ۱/۰۷۱۵، ۱/۰۷۱۸، ۱/۰۷۳۶ و ۱/۰۷۳۷ هستند.
2. فولادهای قابل سمانتاسیون: این دسته از فولادهای اتومات دارای درصد کربنی در بازه ۰/۱۳–۰/۰۷ درصد بوده و قابلیت سخت‌کاری سطحی پس از سمانتاسیون یا کربن‌دهی سطحی دارند. این فولادها شامل شماره مواد ۱/۰۷۲۱، ۱/۰۷۲۲ و ۱/۰۷۲۵ هستند.
3. فولادهای کوئنچ تمپرشونده مستقیم: این گروه از فولادهای خوش‌تراش دارای مقدار کربن ۰/۶۵-۰/۳۲ درصد هستند و قابلیت عملیات حرارتی کوئنچ تمپر را دارند. از جمله فولادهای این گروه می‎توان به شماره موادهای ۱/۰۷۲۶، ۱/۰۷۲۷، ۱/۰۷۵۶، ۱/۰۷۵۷ و ۱/۰۷۶۲ اشاره کرد.

انواع فولاد خوش تراش یا اتومات

بر اساس استانداردهای اروپایی DIN EN 10087 و DIN EN 10277 فولادهای خوش تراش، در سه گروه دسته‌بندی می‌شوند که در ادامه به معرفی مختصر هر یک از آن‌ها می‌پردازیم.

• فولادهای عملیات حرارت ناپذیر

نوعی از فولاد اتومات خوش­تراش به­شمار می‌رود که میزان کربن در آن کمتر از ۰.۱۴ درصد است. از جمله فولادهایی که تحت عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرند، می‌توان به شماره مواد ۱.۰۷۱۵، ۱.۰۷۳۶ و ۱.۰۷۳۷ اشاره نمود.

• فولادهای قابل سمانتاسیون

در این مدل، کربن می‌تواند در محدوده ۰.۰۷ تا ۰.۱۳ درصد قرار گیرد. این فولادها که شامل شماره مواد ۰۷۲۱٫۱، ۰۷۲۲٫۱ و ۰۷۲۵٫۱ هستند را می‌توان تحت عملیات سمانتاسیون سخت کاری سطحی کرد.

• فولادهای کوئنچ تمپرشونده مستقیم

دسته دیگری از فولادهای اتومات وجود دارند که شامل شماره مواد ۰۷۲۶٫۱، ۰۷۲۷٫۱، ۰۷۵۶٫۱، ۰۷۲۶٫۱ و ۰۷۵۷٫۱ یا کربن ۰.۳۲ تا ۰.۶۵ درصد هستند و آن‌ها را می‌توان تحت عملیات حرارتی کوئنچ تمپر قرار داد.

انواع فولاد خوش تراش پرکاربرد در ایران

فولاد خوش تراش در ایران انواع متعددی دارد. پرکاربردترین انواع فولادهای خوش تراش یا ماشین‌کاری مورد استفاده در ایران، شامل موارد زیر هستند:

• فولاد خوش تراش ۷۱۵

فولاد خوش تراش ۷۱۵ با شماره مواد ۰۷۱۵٫۱ و نماد 11SMn30 یکی از انواع فولاد ماشین‌کاری به­شمار می‌رود که در ساخت قطعات خودرو و ابزار دقیق به­کارگرفته می‌شود. گفتنی است که بر روی این فولاد عملیات حرارتی اعمال نمی­شود؛ اما می‌توان آن را با سمانتاسیون سخت کاری سطحی نمود.

• فولاد خوش تراش ۷۱۸

فولاد خوش تراش با شماره مواد ۱.۰۷۱۸ و نماد 11SMnPb30 در میان فولادها شناخته می‌شود. این فولاد ماشین‌کاری برای استفاده در شرایط حاد به­کارگرفته می­شود­ که جهت تولید انبوه قطعات اتومبیل و قطعه سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• فولاد خوش تراش ۷۲۲

فولاد خوش تراش ۷۲۲ با شماره مواد ۱.۰۷۲۲ و نماد 10SPb20 جهت ساخت قطعات مکانیکی، قطعات خودرو و ابزار دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد سرب‌دار را می‌توان با عملیات حرارتی و سمانتاسیون سخت کاری کرد.

• فولاد خوش تراش ۷۳۷

فولاد خوش تراش ۷۳۷ با شماره مواد ۱.۰۷۳۷ و نماد 11SMnPb37 شناخته می‌شود و کاربردهایی مشابه با فولاد خوش تراش ۷۲۲ دارد. این فولاد ماشین‌کاری سرب‌دار را نمی‌توان عملیات حرارتی کرد. اما می‌توان با روش سمانتاسیون، شرایط سخت کاری سطحی را برای آن فراهم آورد.

کاربردهای فولاد اتومات چیست؟

از آن جایی که اصلی‌ترین ویژگی فولاد اتومات، قابلیت عالی ماشین‌کاری آن است، این دسته از فولادها در سری‌تراشی جهت تولید انبوه قطعات خودرو و دیگر قطعات صنعتی کاربرد دارند. بنابراین فولاد خوش‌تراش در صنایعی مانند خودروسازی، ماشین‌آلات و ادوات کشاورزی، اتصالات هیدرولیکی، نظامی، ساخت ابزار دقیق، صنایع فلزی و قطعه‌سازی کاربرد زیادی دارد. فولادهای اتومات به دلیل براده‌برداری آسان، در بسیاری از پروسه‌های تولید با دستگاه‌های تراش اتوماتیک، نیمه‌اتوماتیک و یا دستگاه‌های تراش CNC کاربرد دارند. فولاد خوش‌تراش در درجه اول برای ساخت پیچ و مهره و قطعات خاص خودرو و ابزار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع فولاد خوش تراش یا اتومات

بر اساس استانداردهای اروپایی DIN EN 10087 و DIN EN 10277 فولادهای خوش تراش، در سه گروه دسته‌بندی می‌شوند که در ادامه به معرفی مختصر هر یک از آن‌ها می‌پردازیم.

• فولادهای عملیات حرارت ناپذیر

نوعی از فولاد اتومات خوش­تراش به­شمار می‌رود که میزان کربن در آن کمتر از ۰.۱۴ درصد است. از جمله فولادهایی که تحت عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرند، می‌توان به شماره مواد ۱.۰۷۱۵، ۱.۰۷۳۶ و ۱.۰۷۳۷ اشاره نمود.

• فولادهای قابل سمانتاسیون

در این مدل، کربن می‌تواند در محدوده ۰.۰۷ تا ۰.۱۳ درصد قرار گیرد. این فولادها که شامل شماره مواد ۰۷۲۱٫۱، ۰۷۲۲٫۱ و ۰۷۲۵٫۱ هستند را می‌توان تحت عملیات سمانتاسیون سخت کاری سطحی کرد.

• فولادهای کوئنچ تمپرشونده مستقیم

دسته دیگری از فولادهای اتومات وجود دارند که شامل شماره مواد ۰۷۲۶٫۱، ۰۷۲۷٫۱، ۰۷۵۶٫۱، ۰۷۲۶٫۱ و ۰۷۵۷٫۱ یا کربن ۰.۳۲ تا ۰.۶۵ درصد هستند و آن‌ها را می‌توان تحت عملیات حرارتی کوئنچ تمپر قرار داد.

وضعیت واردات و تولید فولاد اتومات در ایران

واردات فولاد اتومات در مقاطع گرد، شش‌گوش و چهارگوش در بازار ایران اغلب از کشور ترکیه و در قطرهای ۶ تا ۴۰ میلی‌متر صورت می‌گیرد. هر چند که نیاز تولیدکنندگان به فولاد خوش‌تراش می‌تواند از طریق تولیدکنندگان داخلی نیز تامین شود. شرکت فولاد آلیاژی ایران بزرگ‌ترین تولیدکننده فولاد آلیاژی و مخصوص در ایران و خاورمیانه است که مجهز به پیشرفته‌ترین تجهیزات و دانش فنی روز دنیا است. این مجموعه انواع فولاد آلیاژی و مخصوص را مطابق با استانداردهای روز دنیا تولید می‌کند. شرکت فولاد آلیاژی ایران از تولیدکنندگان مطرح فولاد خوش‌تراش داخلی است. از جمله محصولات این مجموعه می‌توان به فولاد خوش‌تراش به شماره 0715D، 0721D ،0723B ،0726D،0727F و 0736D اشاره کرد. علاوه بر این مجموعه فولاد کویر نیز از تولیدکنندگان داخلی با کیفیت این محصول به شمار می‌رود.