فولاد 2767

فولاد 1.2767 یک فولاد ابزار عملیات‌حرارتی‌پذیر پر آلیاژ است که در چشم‌انداز پیچیده‌ی متالورژی آهنی، جایگاه ویژه‌ای در انتخاب مواد ابزار دارد؛ جایی که کارایی، طول عمر و ایمنی فرایندهای تولید مستقیماً به رفتار متالورژیکی فولاد وابسته است. این گرید در خانواده‌ی فولادهای ابزار سردکار نیکل‌دار طبقه‌بندی می‌شود و با رویکردی مهندسی‌شده برای حل یکی از چالش‌های کلاسیک علم مواد—یعنی تضاد ذاتی میان سختی و چقرمگی—توسعه یافته است. برخلاف فولادهای لدیوریتی متداول که با اتکا به کسر حجمی بالای کاربیدهای اولیه‌ی کروم به مقاومت سایشی می‌رسند اما در عوض از تردی رنج می‌برند، فولاد 1.2767 فلسفه‌ی آلیاژسازی متفاوتی را دنبال می‌کند. حضور نیکل در کنار کروم و مولیبدن، پایداری ماتریسی با چقرمگی شکست بالا، قابلیت سختکاری عمقی مناسب و استحکام فشاری قابل توجه ایجاد می‌کند؛ به‌گونه‌ای که پس از عملیات حرارتی، توازن مطلوبی میان سختی و چقرمگی حاصل می‌شود.

نیاز صنعتی به فولاد 1.2767 از کاربردهایی ناشی می‌شود که ابزار در معرض بارگذاری‌های ضربه‌ای شدید، ممان‌های خمشی بالا یا حالت‌های تنش پیچیده قرار دارد؛ شرایطی که می‌تواند در فولادهای ابزار متداول به شکست ترد منجر شود. از این‌رو، این فولاد برای تیغه‌های برش سنگین، قالب‌های ضربه‌ای، ابزارهای برشی با شوک بالا و همچنین قالب‌های بزرگ تزریق پلاستیک که به پرداخت سطحی با کیفیت بالا نیاز دارند، گزینه‌ای قابل اتکا به شمار می‌رود. پایداری ابعادی مناسب در حین عملیات حرارتی و پاسخ یکنواخت به سختکاری در مقاطع نسبتاً بزرگ، این گرید را برای ابزارهای حجیم—که تابیدگی یا ناهمگنی خواص هسته قابل قبول نیست—بسیار ارزشمند می‌سازد.

با این حال، همان شیمی آلیاژی که چقرمگی برتر فولاد 1.2767 را تضمین می‌کند—به‌ویژه نقش نیکل—می‌تواند محدودیت‌هایی از نظر بیشینه سختی سطحی و مقاومت سایشی ساینده ایجاد کند. به همین دلیل، بهره‌گیری از فناوری‌های مهندسی سطح به‌عنوان بخشی جدایی‌ناپذیر از راهبرد عملکردی این فولاد مطرح است. فرایندهای ترموشیمیایی نفوذی مانند نیتراسیون و بوردهی، یا روش‌های پرانرژی نظیر سختکاری سطحی با لیزر، به‌طور گسترده برای گسترش پنجره عملکردی این آلیاژ به کار می‌روند.

استانداردسازی و طبقه‌بندی دقیق فولادهای ابزاری نقش تعیین‌کننده‌ای در یکنواختی زنجیره‌ی تأمین جهانی و پیش‌بینی‌پذیری عملکرد متریال دارد. فولاد DIN 1.2767 در درجه اول تحت استاندارد آلمانی DIN و استاندارد اروپایی EN ISO 4957 تعریف می‌شود که به‌طور اختصاصی فولادهای ابزار را پوشش می‌دهد. نام‌گذاری آلفانومریک X45NiCrMo4 بیانگر هویت شیمیایی این فولاد است: حرف X نشان‌دهنده فولاد آلیاژی پرآلیاژ بوده، عدد 45 به میانگین کربن حدود 0.45 درصد اشاره دارد و عناصر اصلی آلیاژی شامل نیکل، کروم و مولیبدن هستند؛ به‌طوری که عدد 4 در انتهای نام‌گذاری، بیانگر درصد اسمی نیکل (تقریباً 4 درصد) است. این ترکیب شیمیایی، مبنای دستیابی هم‌زمان به سختی مناسب، چقرمگی شکست بالا و قابلیت سختکاری عمقی عالی محسوب می‌شود. در سطح بین‌المللی، معادل‌های متعددی برای این فولاد تعریف شده‌اند؛ از جمله 6F7 اصلاح‌شده در استاندارد AISI/SAE آمریکا، 45NCD16 در استاندارد AFNOR فرانسه، SKT6 در استاندارد JIS ژاپن و 45NiCrMo16 KU در استاندارد UNI ایتالیا که همگی از نظر شیمیایی و مکانیکی به 1.2767 نزدیک هستند، هرچند تفاوت‌های جزئی در دامنه‌ی عناصر آلیاژی می‌تواند بر رفتار نهایی فولاد اثرگذار باشد [1].

نکته‌ای بسیار مهم در مقایسه‌های صنعتی، تمایز دقیق میان فولاد DIN 1.2767 و فولاد AISI L6 است؛ زیرا در بسیاری از منابع تجاری، این دو به‌اشتباه معادل یکدیگر معرفی می‌شوند. فولاد L6 یک فولاد نیکل–کروم با سختکاری در روغن است که معمولاً تنها 1.25 تا 2.00 درصد نیکل دارد، در حالی‌که 1.2767 دارای 3.8 تا 4.3 درصد نیکل است. این اختلاف ظاهراً کوچک، از دیدگاه متالورژیکی بسیار تعیین‌کننده است: نیکل بالاتر در 1.2767 نرخ سرمایش بحرانی را به‌شدت کاهش می‌دهد و امکان دستیابی به ریزساختار کاملاً مارتنزیتی را حتی در مقاطع بسیار ضخیم (بیش از 300 میلی‌متر) فراهم می‌سازد؛ قابلیتی که فولاد L6 استاندارد قادر به تأمین یکنواخت آن نیست. علاوه بر این، پایداری شبکه‌ی بلوری به‌واسطه‌ی نیکل بیشتر، موجب چقرمگی ضربه‌ای بالاتر—به‌ویژه در دماهای پایین—می‌شود. از این رو، در کاربردهای بحرانی شامل قالب‌های بسیار بزرگ، ابزارهای تحت شوک شدید یا تنش‌های پیچیده، فولاد DIN 1.2767 از نظر عملکرد و ایمنی، گزینه‌ای برتر و قابل‌اعتمادتر از AISI L6 به شمار می‌آید.

• ترکیب شیمیایی فولاد 2767 [1, 2].

برتری مکانیکی فولاد DIN 1.2767 حاصل یک راهبرد آلیاژسازی هم‌افزا است که در آن، استحکام زمینه فلزی با کنترل هوشمند فازها و رسوبات متعادل شده است. کربن به‌عنوان عامل اصلی سخت‌شوندگی، امکان تشکیل ریزساختار مارتنزیتی مؤثر را فراهم می‌کند، در حالی‌که نیکل نقش کلیدی در پایدارسازی آستنیت و افزایش قابلیت سختکاری عمقی ایفا می‌کند و ذاتاً چقرمگی فولاد را به‌طور محسوسی بهبود می‌بخشد. کروم و مولیبدن، ضمن افزایش سختی‌پذیری و مقاومت به سایش، از تشکیل کاربیدهای درشت و مضر جلوگیری کرده و رفتار فولاد را در عملیات حرارتی یکنواخت می‌سازند. عناصر فرعی مانند منگنز و سیلیسیم نیز با تقویت محلول جامد و بهبود کیفیت ذوب، به پایداری خواص مکانیکی کمک می‌کنند، در حالی‌که کنترل دقیق ناخالصی‌هایی نظیر فسفر و گوگرد برای حفظ چقرمگی ضربه‌ای بالا و قابلیت پولیش سطحی ضروری است [3].

هم‌افزایی میان نیکل، کروم و مولیبدن هسته‌ی اصلی عملکرد ممتاز فولاد 1.2767 را تشکیل می‌دهد. نیکل با کاهش تمایل به شکست ترد و پایین آوردن دمای گذار ترد–نرم، امکان جذب انرژی بالا در شرایط ضربه‌ای را فراهم می‌سازد، در حالی‌که کروم و مولیبدن با تقویت زمینه و ایجاد مقاومت به نرم‌شدگی حین تمپر، استحکام و پایداری حرارتی فولاد را تضمین می‌کنند. این ترکیب باعث می‌شود مسیر تبدیل‌های فازی به‌گونه‌ای کنترل شود که در حین کوئنچ، پنجره‌ای وسیع برای تشکیل مارتنزیت ایجاد گردد؛ نتیجه‌ی آن، سختکاری یکنواخت حتی در مقاطع ضخیم و کاهش ریسک ترک‌خوردگی است. به همین دلیل، فولاد 1.2767 در منابع علمی و صنعتی به‌عنوان نمونه‌ای شاخص از دستیابی هم‌زمان به سختی بالا و چقرمگی ممتاز در ابزارهای تحت بارگذاری‌های بحرانی شناخته می‌شود [4].

رفتار مکانیکی فولاد DIN 1.2767 به‌طور مستقیم به وضعیت عملیات حرارتی آن وابسته است و از این‌رو، بررسی خواص آن باید به‌صورت تفکیک‌شده در دو حالت آنیل نرم (برای ماشین‌کاری) و سختکاری و تمپر (برای سرویس) انجام شود. در حالت آنیل نرم، ریزساختار فولاد شامل زمینه فریتی به‌همراه کاربیدهای کروی‌شده است که این آرایش، بیشترین قابلیت ماشین‌کاری را فراهم می‌کند. در این وضعیت، سختی فولاد حداکثر در حدود 260 HB بوده و استحکام کششی آن معمولاً در بازه‌ی 700 تا 800 مگاپاسکال قرار دارد. این سطح از سختی و استحکام امکان انجام عملیات ماشین‌کاری سنگین را بدون خطر ترک‌خوردگی یا سایش شدید ابزار فراهم می‌سازد. با این حال، به دلیل حضور نیکل بالا، رفتار براده‌ها نسبتاً چسبنده است و در مقایسه با فولادهای ساده کربنی، نیاز به انتخاب هندسه مناسب ابزار، سرعت برش کنترل‌شده و استفاده از روانکار و خنک‌کار مؤثر وجود دارد.

خواص اصلی و کاربردی فولاد 1.2767 پس از سختکاری و تمپر آشکار می‌شود؛ حالتی که این فولاد معمولاً در محدوده‌ی سخت کاری 52 تا 56 HRC مورد استفاده قرار می‌گیرد (و در شرایط خاص حتی تا حدود 58 HRC نیز قابل دستیابی است). در این وضعیت، استحکام کششی نهایی فولاد در بازه‌ی 1600 تا 2000 مگاپاسکال قرار دارد و تنش تسلیم آن حدود 1400 تا 1700 مگاپاسکال است که نشان‌دهنده‌ی مقاومت بسیار بالا در برابر تغییرشکل دائمی در ابزارهای تحت بار خمشی و کششی است. مقاومت فشاری این فولاد در سختی حدود 56 HRC به مقدار تقریبی 2160 مگاپاسکال می‌رسد که آن را برای قالب‌های کوینینگ، هابینگ و ابزارهای تحت فشار موضعی شدید کاملاً مناسب می‌سازد. از نظر شکل‌پذیری، ازدیاد طول شکست در حدود 8 تا 12 درصد است که در مقایسه با فولادهای لدیوریتی مانند D2 (معمولاً کمتر از 5 درصد) مقدار بسیار بالاتری محسوب می‌شود. چقرمگی ضربه‌ای بدون شیار (آزمون شارپی) در حدود 40 تا 60 ژول بر سانتی‌متر مربع گزارش شده که ویژگی شاخص این فولاد بوده و مقاومت بسیار خوبی در برابر لب‌پریدگی و شکست ناگهانی ایجاد می‌کند. مدول الاستیسیته فولاد در دمای محیط حدود 210 گیگاپاسکال است که مقدار استاندارد فولادها محسوب می‌شود، اما چقرمگی شکست آن با مقدار تقریبی 60 تا 90 MPa√m به‌مراتب بالاتر از فولادهای ابزار پرکاربید (حدود 15 تا 20 MPa√m) بوده و دلیل اصلی انتخاب این گرید برای ابزارهای بحرانی به شمار می‌آید.

با وجود آن‌که 1.2767 یک فولاد سردکار است، در کاربردهایی نظیر قالب‌های تزریق پلاستیک در دماهای نسبتاً بالا نیز عملکرد پایداری دارد. رسانایی حرارتی آن در دمای اتاق حدود 28 W/(m·K) بوده و با افزایش دما تا حدود 30 W/(m·K) افزایش می‌یابد که این مقدار به دفع مناسب حرارت و کاهش زمان سیکل قالب‌گیری کمک می‌کند. ضریب انبساط حرارتی این فولاد نیز از حدود 11.7×10⁻⁶ K⁻¹ در بازه دمایی 20 تا 100 درجه سانتی‌گراد به حدود 13.7×10⁻⁶ K⁻¹ در بازه‌ی 20 تا 500 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. آگاهی از این مقادیر برای طراحی قالب‌ها و ابزارهای دقیق با تلرانس‌های بسته ضروری است، زیرا امکان پیش‌بینی دقیق رشد ابعادی در حین سرویس حرارتی را فراهم می‌کند. مجموع این اعداد و ویژگی‌ها نشان می‌دهد که فولاد DIN 1.2767 یکی از متعادل‌ترین فولادهای ابزار از نظر استحکام، چقرمگی، مقاومت فشاری و پایداری حرارتی محسوب می‌شود.

عملیات حرارتی فولاد 1.2767 فرایندی دقیق و کنترل‌شده است که بر پایه‌ی سینتیک تبدیل‌های فازی در زمینه پرنیکل این آلیاژ طراحی می‌شود و هدف آن، حل‌سازی مناسب کاربیدها، تبدیل کامل زمینه به مارتنزیت و سپس تمپر برای رسیدن به توازن بهینه میان سختی و چقرمگی است. این فولاد ابتدا برای بازیابی شکل‌پذیری پس از فورج یا آماده‌سازی جهت ماشین‌کاری، تحت آنیل نرم در دمای 610 تا 650 درجه سانتی‌گراد به مدت 2 تا 5 ساعت (تقریباً یک ساعت به ازای هر 25 میلی‌متر ضخامت) قرار می‌گیرد و سپس با نرخ بسیار آهسته 10 تا 20 درجه در ساعت تا حدود 600 درجه سانتی‌گراد در کوره سرد شده و در ادامه در هوا خنک می‌شود تا کاربیدها کروی شده و سختی به کمتر از 260 HB برسد. پیش از سختکاری نهایی، برای کاهش اعوجاج به‌ویژه در قطعات پیچیده، تنش‌زدایی در دمای حدود 650 درجه سانتی‌گراد به مدت 1 تا 2 ساعت انجام می‌شود و قطعه به‌آرامی تا 500 درجه سانتی‌گراد در کوره سرد شده و سپس در هوا خنک می‌گردد. مرحله‌ی کلیدی سختکاری شامل آستنیته‌کردن در دمای نسبتاً پایین 840 تا 870 درجه سانتی‌گراد است که به حفظ اندازه‌ی دانه‌ی ریز و افزایش چقرمگی کمک می‌کند؛ در این مرحله پیش‌گرم پله‌ای (مثلاً در 400 و سپس 650 درجه سانتی‌گراد) توصیه می‌شود و پس از یکنواخت‌شدن دمای مغز، نگهداری به مدت 15 تا 30 دقیقه انجام می‌گیرد. کوئنچ معمولاً در روغن برای دستیابی به بیشینه‌ی سختی و تشکیل کامل مارتنزیت در مقاطع ضخیم انجام می‌شود، هرچند برای قطعات ظریف می‌توان از حمام نمک یا روغن داغ در محدوده‌ی 180 تا 220 درجه سانتی‌گراد جهت کاهش شوک حرارتی استفاده کرد و در مقاطع کوچک حتی سختکاری در هوا نیز امکان‌پذیر است؛ سختی پس از کوئنچ معمولاً در حدود 56 تا 60 HRC است. تمپر بلافاصله پس از رسیدن قطعه به 50 تا 70 درجه سانتی‌گراد الزامی بوده و تمپر دوبل به‌منظور حذف آستنیت باقیمانده قویاً توصیه می‌شود؛ پاسخ سختی به دمای تمپر به‌صورت پیوسته کاهشی است، به‌طوری که در حدود 100°C ≈ 56 HRC، 200°C ≈ 54 HRC (محدوده متداول ابزارهای برشی)، 300°C ≈ 50 HRC (کاربردهای با چقرمگی بالا مانند تیغه‌های برشی)، 400°C ≈ 46 HRC، 500°C ≈ 42 HRC و 600°C ≈ 38 HRC حاصل می‌شود و برخلاف فولادهای تندبر، پیک سختی ثانویه مشاهده نمی‌گردد؛ ازاین‌رو در کاربردهای داغ مانند قالب‌های تزریق پلاستیک، دمای تمپر باید 30 تا 50 درجه سانتی‌گراد بالاتر از بیشینه دمای سرویس انتخاب شود تا از نرم‌شدگی حین کار جلوگیری شود.

نقطه‌ضعف ذاتی فولاد DIN 1.2767، سختی سطحی متوسط آن در حالت تمپرشده (حدود 54 تا 56 HRC) و نبود کاربیدهای اولیه درشت است که در مقایسه با فولادهایی مانند D2، مقاومت سایشی ساینده کمتری ایجاد می‌کند. راهبرد مهندسی برای جبران این محدودیت، استفاده از عملیات‌های پیشرفته مهندسی سطح است تا یک سیستم کامپوزیتی عملکردی ایجاد شود: هسته‌ای چقرمه، مقاوم به شکست و ضربه از جنس 1.2767 که توسط یک لایه‌ی سطحی بسیار سخت و مقاوم به سایش محافظت می‌شود. انتخاب روش سطحی مناسب کاملاً وابسته به نوع بارگذاری (سایشی، ضربه‌ای، حرارتی یا خوردگی)، هندسه‌ی قطعه و الزامات تلرانسی است.

نیتراسیون (گازی، پلاسما و حمام نمک) متداول‌ترین عملیات ترموشیمیایی برای بهبود سایش لغزشی و خستگی سطحی 1.2767 است. این فرایند معمولاً در بازه دمایی 450 تا 550 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود و با نفوذ نیتروژن به شبکه فریتی، نیتریدهای پایدار تشکیل می‌دهد. با این حال، نیکل عنصر نیتریدساز نیست و حضور آن نفوذ نیتروژن را کند می‌کند؛ در نتیجه، عمق و بیشینه سختی لایه نیتریده در 1.2767 کمتر از فولادهای اختصاصی نیتراسیون است. ساختار لایه شامل یک لایه‌ ترکیبی (White Layer) و یک ناحیه نفوذی است که در 1.2767 سختی ناحیه نفوذی معمولاً به حدود 700 تا 900 HV (≈60–67 HRC) می‌رسد. در نیتراسیون گازی، کنترل ضخامت لایه ترکیبی دشوار بوده و خطر تردی و پوسته‌شدن زیر ضربه وجود دارد؛ به همین دلیل، نیتراسیون پلاسما روش ترجیحی است، زیرا با تنظیم ترکیب گاز و ولتاژ می‌توان لایه ترکیبی ترد را حذف کرد و تنها ناحیه نفوذی چقرمه با تنش‌های پسماند فشاری (افزایش عمر خستگی) ایجاد نمود. نیتراسیون حمام نمک نیز لایه‌ای نازک و مقاوم با خواص لغزشی عالی فراهم می‌کند و برای قالب‌های تزریق پلاستیک جهت جلوگیری از چسبندگی مناسب است. با این وجود، در بارهای فشاری سطحی بسیار بالا، عمق محدود لایه ممکن است به خردشدگی کیس روی هسته نرم‌تر منجر شود [5-7].

بوردهی (بورونایزینگ) یک عملیات ترموشیمیایی دمای بالا (تقریباً 800 تا 1000 درجه سانتی‌گراد) است که با نفوذ بور و تشکیل بوریدهای آهن، سطحی با سختی بسیار بالا و ماهیت شبه‌سرامیکی ایجاد می‌کند. سختی حاصل معمولاً در محدوده 1600 تا 2000 HV است که به‌مراتب بالاتر از نیتراسیون و کروم سخت محسوب می‌شود و مقاومت سایشی ساینده را به‌طور چشمگیر (تا چند برابر) افزایش می‌دهد. ساختار دندانه‌ای (saw-tooth) لایه‌ی بوریدی باعث قفل‌شدن مکانیکی آن با زیرلایه می‌شود، هرچند نیکل نفوذ بور را تا حدی کاهش داده و لایه را نازک‌تر می‌کند. چالش اصلی برای 1.2767، سازگاری سیکل حرارتی است؛ زیرا دمای بوردهی با دمای آستنیته‌کردن هم‌پوشانی دارد، بنابراین معمولاً یک سیکل ترکیبی لازم است: بوردهی، سپس تنظیم دما و کوئنچ برای بازیابی خواص هسته. مزیت اصلی بوردهی در کاربردهای بسیار ساینده—مانند قالب‌های کار با پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه—است، اما تردی فاز FeB و اعوجاج حرارتی، استفاده از آن را به ابزارهایی با امکان پرداخت پس‌فرایندی یا تلرانس‌های باز محدود می‌کند [8-12].

پوشش‌دهی PVD، سختکاری لیزری و پوشش‌های نیکلی/کروم گزینه‌های مکمل و بسیار کاربردی برای 1.2767 هستند. پوشش‌های PVD مانند CrN و TiAlN با ضخامت چند میکرون، سختی بسیار بالا (بیش از 2500 HV) و مقاومت عالی به اکسیداسیون یا خوردگی فراهم می‌کنند، اما به زیرلایه‌ای سخت و مقاوم فشاری نیاز دارند؛ 1.2767 با مقاومت فشاری حدود 2160 MPa پشتیبان ایده‌آلی است. برای بهبود چسبندگی روی فولادهای پرنیکل، عملیات دوبلکس (نیتراسیون پلاسما + PVD) توصیه می‌شود تا گرادیان سختی مناسبی ایجاد و از جداشدگی پوشش جلوگیری شود. سختکاری سطحی با لیزر نیز برای حفاظت موضعی نواحی بحرانی (لبه‌ها، گوشه‌ها) بسیار مؤثر است؛ این روش با نرخ‌های گرم‌وسردشدن بسیار بالا، مارتنزیت فوق‌ریز با عمق 0.1 تا 1.5 میلی‌متر و سختی 56–58 HRC ایجاد می‌کند، بدون آن‌که اعوجاج کلی به‌وجود آید. در نهایت، آبکاری نیکل شیمیایی (ENP) برای قالب‌های در تماس با محیط‌های خورنده (مانند PVC) اهمیت ویژه دارد؛ سختی آن پس از عملیات حرارتی می‌تواند به حدود 1000 HV برسد و پوشش یکنواختی حتی در حفره‌های کور فراهم کند. کروم سخت نیز هنوز رایج است، اما به‌دلیل خطر تردی هیدروژنی در 1.2767، انجام عملیات تنش‌زدایی (De-embrittlement bake) بلافاصله پس از آبکاری الزامی است. این تنوع روش‌ها امکان تطبیق دقیق سطح 1.2767 با سخت‌ترین شرایط کاری را فراهم می‌کند [13, 14].

عملکرد عملیاتی فولاد 1.2767 به‌طور مستقیم از ریزساختار یکنواخت و زمینه پرنیکل آن ناشی می‌شود و یکی از مهم‌ترین مزایای این گرید، مقاومت بسیار خوب در برابر خستگی در ابزارهای سردکار تحت بارگذاری سیکلی است؛ مانند پانچ‌ها و تیغه‌های برش. رفتار خستگی این فولاد از منحنی کلاسیک S–N با حد دوام مشخص پیروی می‌کند و در فولادهای تمیز (به‌ویژه گریدهای ESR)، حد خستگی معمولاً در حدود 40 تا 50 درصد استحکام کششی نهایی گزارش می‌شود که معادل تقریباً 700 تا 900 مگاپاسکال است. نیکل بالا با کاهش ناخالصی‌ها و یکنواخت‌سازی ریزساختار، تعداد نقاط آغاز ترک را کاهش می‌دهد و همین موضوع دلیل اصلی عمر خستگی بالاتر آن نسبت به بسیاری از فولادهای ابزار متداول است. علاوه بر این، اعمال تنش‌های پسماند فشاری در سطح—به‌ویژه از طریق نیتراسیون پلاسما—می‌تواند حد خستگی خمشی چرخشی را به‌طور محسوسی افزایش دهد، مشروط بر آن‌که لایه ترکیبی ترد (white layer) کنترل یا حذف شود [15, 16].

از نظر سایش، عملکرد 1.2767 دوگانه است. این فولاد در برابر سایش چسبنده (گالینگ) عملکرد خوبی دارد، زیرا استحکام بالای زمینه و چقرمگی زیاد آن مانع از جوش‌های ریز موضعی و برش‌های ناگهانی در سطح تماس می‌شود. با این حال، در سایش ساینده—که ناشی از حضور ذرات سخت مانند سیلیس یا الیاف شیشه است—این گرید ذاتاً ضعیف‌تر از فولادهای پرکربن–پرکروم مانند D2 یا D6 عمل می‌کند، زیرا فاقد شبکه‌ی متراکم کاربیدهای سخت اولیه است. مطالعات مقایسه‌ای نشان می‌دهند که بدون عملیات سطحی، 1.2767 در محیط‌های بسیار ساینده به‌سرعت دچار فرسایش می‌شود؛ به همین دلیل، استفاده از روش‌هایی مانند بوردهی، پوشش‌های PVD یا سختکاری لیزری برای این کاربردها عملاً اجتناب‌ناپذیر است [17, 18].

در زمینه‌ی خوردگی، فولاد 1.2767 به‌دلیل مقدار محدود کروم، فولاد زنگ‌نزن محسوب نمی‌شود و در محیط‌های مرطوب یا اسیدی مقاومت ذاتی پایینی دارد، به‌ویژه در مقایسه با فولادهایی مانند 1.2316 که برای قالب‌های مقاوم به خوردگی طراحی شده‌اند. راهکار صنعتی رایج، استفاده از آبکاری نیکل شیمیایی یا کروم سخت است که علاوه بر محافظت در برابر زنگ‌زدگی، خواص رهاسازی سطحی قالب را نیز بهبود می‌دهد. از منظر خزش، این پدیده در کاربردهای سردکار معمولاً ناچیز است؛ اما در قالب‌های تزریق پلاستیک سنگین که در دماهای حدود 250 تا 300 درجه سانتی‌گراد و تحت نیروهای گیره بالا کار می‌کنند، خزش می‌تواند به‌تدریج باعث تغییر شکل قالب شود. فولاد 1.2767 تا حدود 300°C پایداری ابعادی و سختی مناسبی دارد، اما در دماهای بالاتر، تمپرشدن و درشت‌شدن مارتنزیت نرخ خزش را افزایش می‌دهد و در این شرایط، فولادهای گرمکار مانند H13 گزینه‌ی مناسب‌تری هستند.

ترکیب منحصربه‌فرد خواص، فولاد DIN 1.2767 را به انتخابی تخصصی برای کاربردهایی تبدیل کرده است که در آن‌ها شکست ترد و ناگهانی بیشترین ریسک را دارد. از جمله مهم‌ترین کاربردها می‌توان به برش‌های سنگین ورق‌های ضخیم و قراضه با شوک شدید، قالب‌های بزرگ تزریق پلاستیک با پرداخت سطحی آینه‌ای (مانند قطعات تزئینی خودرو)، قالب‌های کوینینگ و امباس با نیاز به مقاومت فشاری بسیار بالا (حدود 2160 مگاپاسکال) و ابزارهای خم‌کاری با تنش کششی زیاد در شعاع خارجی اشاره کرد. مزایای اصلی این فولاد شامل چقرمگی استثنایی (بسیار بالاتر از D2 و O1)، قابلیت سختکاری یکنواخت در مقاطع بسیار ضخیم (تا حدود 400–500 میلی‌متر)، پولیش‌پذیری عالی در گریدهای ESR و پایداری ابعادی مناسب در عملیات حرارتی است. در مقابل، محدودیت‌های آن شامل مقاومت سایشی ساینده پایین‌تر نسبت به فولادهای پرکاربید، نیاز به پوشش یا آبکاری در محیط‌های خورنده، پیچیدگی عملیات سختکاری سطحی به‌دلیل نیکل بالا و هزینه آلیاژی بالاتر است. در جمع‌بندی، 1.2767 راه‌حل متالورژیکی ایده‌آل برای طراحانی است که اعتمادپذیری، چقرمگی و کیفیت سطح را بر مقاومت سایشی ذاتی ترجیح می‌دهند و با ترکیب آن با فناوری‌های مهندسی سطح، به بهترین توازن عملکردی دست می‌یابند.

مراجع

[1]     Tool steels (ISO 4957:2018), BS EN ISO 4957:2018, B. S. Institution, London, United Kingdom, 2018.

[2]     C. W. Wegst, Stahlschlüssel = Key to Steel, 16 ed. Marbach: Verlag Stahlschlüssel Wegst GmbH, 1992.

[3]     H. Mohrbacher and A. Kern, “Nickel alloying in carbon steel: fundamentals and applications,” Alloys, vol. 2, no. 1, pp. 1–28, 2023.

[4]     T. Xia, Y. Ma, Y. Zhang, J. Li, and H. Xu, “Effect of Mo and Cr on the microstructure and properties of low-alloy wear-resistant steels,” Materials, vol. 17, no. 10, p. 2408, 2024.

[5]     J. Vatavuk, L. C. F. Canale, G. E. Totten, and S. G. Cardoso, “The effect of nitriding on the toughness and bending resistance of tool steels,” International Journal of Microstructure and Materials Properties, vol. 3, no. 4-5, pp. 563–575, 2008.

[6]     E. E. Korkmaz, A. Ari, B. Başyiğit, and A. Bayram, “Effect of Plasma and Gas Nitriding Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of DIN 1.2367 Hot Work Tool Steel.”

[7]     K.-H. Kim, W.-B. Lee, T.-H. Kim, and S.-W. Son, “Microstructure and fracture toughness of nitrided D2 steels using potential-controlled nitriding,” Metals, vol. 12, no. 1, p. 139, 2022.

[8]     P. X. Yan, X. M. Zhang, J. W. Xu, Z. G. Wu, and Q. M. Song, “High-temperature behavior of the boride layer of 45# carbon steel,” Materials chemistry and physics, vol. 71, no. 1, pp. 107–110, 2001.

[9]     E. H. Sabuz, M. Noor-A-Alam, W. Haider, and I. Shabib, “Improving the mechanical and electrochemical performance of additively manufactured 8620 low alloy steel via boriding,” Corrosion and Materials Degradation, vol. 4, no. 4, pp. 623–643, 2023.

[10]   A. Genç, L. Urtekin, and M. Danımaz, “Characterization and Optimization of Boride Coatings on AISI 1137 Steel: Enhancing Surface Properties and Wear Resistance,” Coatings, vol. 15, no. 1, p. 10, 2024.

[11]   S. Demirci, D. Ö. Şahin, S. Demirci, A. Gümüş, and M. M. Tünçay, “Optimizing Boride Coating Thickness on Steel Surfaces Through Machine Learning: Development, Validation, and Experimental Insights,” Applied Sciences, vol. 15, no. 5, p. 2540, 2025.

[12]   S. U. Bayça, O. Bican, B. Yamanel, A. P. Hekimoğlu, and M. Çalış, “The effect of solid boriding time on the structure, hardness and corrosion properties of AISI 5140 steel,” Protection of metals and Physical Chemistry of Surfaces, vol. 56, no. 3, pp. 591–597, 2020.

[13]   J. Kluczyński, K. Jasik, J. Łuszczek, and J. Pokropek, “Laser Surface Hardening of Carburized Steels: A Review of Process Parameters and Application in Gear Manufacturing,” Materials, vol. 18, no. 15, p. 3623, 2025.

[14]   G. Aktaş Çelik, Ş. H. Atapek, Ş. Polat, A. Obrosov, and S. Weiß, “Nitriding effect on the tribological performance of CrN-, AlTiN-, and CrN/AlTiN-coated DIN 1.2367 hot work tool steel,” Materials, vol. 16, no. 7, p. 2804, 2023.

[15]   R. Motte and W. De Waele, “An overview of estimations for the high-cycle fatigue strength of conventionally manufactured steels based on other mechanical properties,” Metals, vol. 14, no. 1, p. 85, 2024.

[16]   C. C. Liu, J. H. Wu, and C. C. Kuo, “Low-cycle fatigue of DIN 1.2367 steels in various treatments,” 2006: Springer, pp. 217–218.

[17]   A. Tshinjan, H. Klaasen, J. Kübarsepp, E. Adoberg, F. Sergejev, and A. Talkop, “Wear performance of PVD coated tool steels,” Estonian Journal of Engineering, vol. 18, no. 3, p. 202, 2012.

[18]   S. Lysykh, V. Kornopoltsev, U. Mishigdorzhiyn, Y. Kharaev, and Z. Xie, “Evaluation of wear resistance of aisi l6 and 5140 steels after surface hardening with boron and copper,” Lubricants, vol. 11, no. 2, p. 48, 2023.