فولاد تندبر

فولاد تندبُر (به انگلیسی: High-speed steel)که در اصطلاح و به اختصار HSS خوانده می‌شود، زیر مجموعه ای از فولادهای ابزاری است که معمولاً جهت ساخت ابزارهای برشی از آن استفاده می‌شود. این فولاد معمولاً در ساخت مته و تیغه‌های صفحه اره گردبُر کاربرد دارد.
این فولادها نسبت به فولادهای کربن-بالایی که تا دهه ۱۹۴۰ استفاده می‌شد برتری داشته و سختی خود را در دماهای بالاتری حفظ می‌کنند. این ویژگی باعث شده تا ابزارهای برشی ساخته شده از جنس HSS قابلیت کار در سرعت‌های بالاتری نسبت به فولادهای کربن-بالا داشته باشد و به همین دلیل فولاد تندبر نامگذاری شده‌است.
از جمله ویژگی‌های شناخته شده فولادهای تندبر داشتن سختی (معمولاً بالای ۶۰ راکوِل) و مقاومت به سایش بالا است که معمولاً به میزان تنگستن و وانادیوم به کار رفته در ساخت HSS مربوط است.

انواع

فولادهای تندبر آلیاژهایی هستند که خواص خود را از تنگستن یا مولیبدن و معمولاً هر دو بدست می‌آورند. این فولادها جزو سیستم آلیاژی چند-جزئی آهن-کربن-X هستند که در آن X نشانگر یکی از عناصر کروم، تنگستن، مولیبدن، وانادیوم یا کبالت است. معمولاً درصد عنصر X بیشتر از ۷٪ به همراه بیش از ۰٫۶٪ کربن است. این درصدها به تنهایی باعث افزایش سختی فولادها نشده و برای تبدیل به فولاد تندبر واقعی نیاز به عملیات حرارتی دما بالا دارند.
در سیستم واحد نامگذاری (UNS)، گریدهای نوع تنگستنی (برای مثال T1 و T15) به صورت سری T120xx نامگذاری می‌شوند، در حالیکه گریدهای نوع مولیبدنی (برای مثال M2 و M48) به صورت سری T113xx نامگذاری می‌شوند. در استاندارد ASTM هفت نوع گرید تنگستنی و ۱۷ نوع گرید مولیبدنی به رسمیت شناخته می‌شود.
افزودن مجموع حدود ۱۰٪ تنگستن و مولیبدن راندمان سختی و استحکام فولادهای تندبر را بیشینه کرده و کمک می‌کند که این فولادها در دماهای بالا این خواص را حفظ کنند.

T1

اولین فولاد تندبر ساخته شده می‌باشد. این فولاد امروزه با فولاد M2 جایگزین شده‌است.

M1

فولاد M1 خواص استحکام در دمای بالای M2 را ندارد، اما نسبت به شوک مقاوم تر بوده و انعطاف پذیرتر است.

M2

فولاد M2 فولاد تندبر «استاندارد» صنعت و پرکاربردترین آنها است. این فولاد دارای کاربیدهای کوچک و تقسیم شده به صورت منظمی است که باعث شده این فولاد مقاومت به سایش بالایی داشته باشد، اما حساسیت دکربوریزه شدن آن کمی بالاست. سختی این فولاد پس از عملیات حرارتی برابر سختی T1 می‌شود، اما مقاومت به خمش آن تا ۴۷۰۰ مگاپاسکال می‌رسد. همچنین استحکام و خواص ترموپپلاستیسیته آن ۵۰٪ بیشتر از T1 است. از این فولاد برای ساخت ابزارهای زیادی از جمله مته، قلاویز، برقو و… استفاده می‌شود. در استاندارد ISO 4957 فولاد ۱٫۳۳۴۳ معادل فولاد M2 می‌باشد.

M7

از فولاد M7 برای ساخت مته‌های بزرگتر که انعطاف‌پذیری و عمر زیاد نیز از اهمیت بالایی برخوردار است استفاده می‌شود.

M50

فولاد M50 خواص استحکام در دماهای بالای سایر گریدهای HSS را ندارد، اما برای دریل‌هایی که شکست مشکل اساسی آنها است و نیاز به انعطاف‌پذیری بیشتری است مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این گرید معمولاً برای ساخت ساچمه‌های بلبرینگ‌های دما-بالا نیز استفاده می‌شود.

فولادهای تندبر کبالتی

افزایش عنصر کبالت باعث افزایش مقاومت به گرما می‌شود و می‌تواند سختی را تا بالای ۶۷ راکول افزایش دهد.

M35

M35 مشابه M2 است که ۵٪ عنصر کبالت به آن اضافه شده است. M35 را معمولاً با نام فولادکبالتی، HSSE یا HSS-E نیز می‌شناسند. این فولاد نسبت به M2 توان کارکردن در سرعت‌های بالاتر و عمر بیشتری دارد.

M42

فولاد M42 فولادتندبر سری مولیبدن بوده که دارای ۸ تا ۱۰٪ کبالت است. از این گرید معمولاً در صنایع تراشکاری و فرزکاری حرفه ای استفاده می‌شود چرا که نسبت به سایر گریدهای فولادهای تندبر، خواص مقاومت به گرمای فوق‌العاده‌ای دارد و اجازه می‌دهد ابزار با سرعت‌های بیشتری کارکرده و زمان تولید کاهش پیدا کند. همچنین مقاومت به «لب پَر شدن» M42 در هنگام استفاده آن برای برش مقاطع ناپیوسته بیشتر از سایر گریدها بوده و نسبت به ابزارهایی که از جنس کاربید ساخته شده‌اند، ارزان قیمت تر هستند. ابزارهای ساخته شده از این گرید معمولاً با نماد HSS-Co مشخص می‌شوند.

پوشش (Coating)

عمر ابزارهای ساخته شده از فولادهای تندبر را می‌توان با پوشش دهی افزایش داد. تیتانیوم نیترید (TiN) یکی از این پوشش هاست. وظیفه این پوشش‌ها معمولاً افزایش خاصیت روانکاری و سختی است.

کاربرد

کاربرد اصلی فولادهای تندبر ساخت ابزارهای برشی است، از جمله: دریل‌ها، قلاویز، فرز انگشتی (End mill)، تیغچه تراشکاری، هاب چرخدنده تراشی، تیغه‌های اره گردبر.