تفاوت فولاد فنر ck75 با ck67

معرفی فولادهای فنر CK67 و CK75

فولادهای فنر از جمله آلیاژهای پرکاربرد در صنایع مختلف هستند که به دلیل ویژگی‌هایی چون مقاومت به خمش، کشش و برگشت‌پذیری بالا، در ساخت قطعاتی که نیاز به خاصیت ارتجاعی دارند، به کار می‌روند. دو گرید رایج این خانواده، فولاد CK67 و فولاد CK75 هستند که هر دو در گروه فولادهای پرکربن قرار دارند. تفاوت اصلی میان این دو نوع فولاد در درصد کربن و خواص مکانیکی حاصل از آن است. در ادامه به معرفی این دو گرید و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت.

تعریف فولاد فنر و کاربردهای عمومی

فولاد فنر به دسته‌ای از فولادهای کربنی یا آلیاژی گفته می‌شود که توانایی تحمل تنش‌های مکانیکی و تغییر شکل‌های موقت را دارند، بدون اینکه دچار شکست یا تغییر شکل دائمی شوند. این نوع فولاد پس از حذف بار، به شکل اولیه خود بازمی‌گردد. مهم‌ترین ویژگی فولاد فنر، ترکیب مناسب بین سختی، کشش و چقرمگی است. کاربردهای متداول فولاد فنر شامل ساخت انواع فنرهای مارپیچ، تسمه فنری، صفحات ارتجاعی، تیغه‌های اره، قطعات خودرو، ابزارهای دستی، و اجزای مکانیکی حساس در صنعت است.

معرفی کلی فولاد CK67

فولاد CK67 با ترکیب شیمیایی تقریباً شامل 0.65 تا 0.70 درصد کربن و مقدار کمی منگنز، از نوع فولادهای کربنی پرکربن محسوب می‌شود. این گرید از فولاد به دلیل تعادل میان سختی و چقرمگی، در ساخت فنرهایی با مقاومت مکانیکی متوسط به بالا کاربرد دارد. CK67 پس از عملیات حرارتی، سختی مناسبی پیدا می‌کند و در ساخت تیغه‌ها، فنرهای صاف و تخت، لولاهای فنری، و قطعات ارتجاعی کاربرد دارد. یکی از مزایای این فولاد، قابلیت ماشین‌کاری نسبتاً مناسب قبل از سخت‌کاری و پایداری ابعادی آن پس از عملیات حرارتی است.

معرفی کلی فولاد CK75

فولاد CK75 با حدود 0.70 تا 0.80 درصد کربن، یکی از گریدهای با کربن بالاتر در میان فولادهای فنر است. این فولاد پس از عملیات حرارتی، سختی بالاتری نسبت به CK67 دارد و برای کاربردهایی که نیاز به فنر با مقاومت بالا و کم‌ترین تغییر شکل دائمی دارند، مناسب‌تر است. CK75 اغلب در ساخت فنرهای مارپیچ، فنرهای صنعتی پرتنش، اره‌های نواری، و تیغه‌های دقیق استفاده می‌شود. البته این افزایش سختی ممکن است منجر به کاهش چقرمگی و افزایش شکنندگی در موارد خاص شود، بنابراین انتخاب آن باید با در نظر گرفتن شرایط کاری انجام شود.

ترکیب شیمیایی CK67 و CK75

فولادهای CK67 و CK75 هر دو در گروه فولادهای کربنی ساده قرار می‌گیرند و عمدتاً از آهن، کربن و مقدار کمی منگنز تشکیل شده‌اند. ترکیب شیمیایی تقریبی آن‌ها به شکل زیر است:

CK67:

کربن (C): حدود 0.65–0.70٪

منگنز (Mn): حدود 0.60–0.90٪

فسفر (P) و گوگرد (S): کمتر از 0.035٪

CK75:

کربن (C): حدود 0.70–0.80٪

منگنز (Mn): حدود 0.50–0.80٪

فسفر (P) و گوگرد (S): کمتر از 0.035٪

تفاوت اصلی این دو نوع فولاد در درصد کربن است که تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی آن‌ها می‌گذارد.

عناصر آلیاژی اصلی در هر فولاد

هر دو گرید CK67 و CK75 از نوع فولادهای کم‌آلیاژ یا ساده‌کربنی هستند، به این معنا که فقط عناصر آلیاژی پایه‌ای مانند کربن و منگنز در آن‌ها حضور دارند:

کربن: مهم‌ترین عنصر آلیاژی است که با افزایش درصد آن، سختی و استحکام کششی افزایش می‌یابد اما از طرفی چقرمگی و قابلیت شکل‌دهی کاهش می‌یابد.

منگنز: به عنوان عنصر پشتیبان، به بهبود سختی‌پذیری، مقاومت در برابر سایش و کنترل ساختار آستنیتی کمک می‌کند.

عناصر ناخواسته مانند فسفر و گوگرد باید در حداقل مقدار ممکن باقی بمانند، چرا که می‌توانند باعث کاهش چقرمگی و شکل‌پذیری شوند.

تاثیر تفاوت درصد کربن بر خواص نهایی

تفاوت اصلی بین CK67 و CK75 در درصد کربن آن‌ها است که به طور مستقیم بر خواص مکانیکی نهایی تأثیر می‌گذارد:

سختی و استحکام کششی: CK75 به دلیل کربن بالاتر، پس از عملیات حرارتی سختی و استحکام بیشتری نسبت به CK67 دارد. این ویژگی آن را مناسب برای قطعاتی با تنش بالا می‌کند.

چقرمگی و شکل‌پذیری: CK67 با کربن کمتر، چقرمگی بالاتری دارد و در برابر شکست ناگهانی مقاومت بهتری نشان می‌دهد. همچنین شکل‌پذیری بهتری در فرآیندهای شکل‌دهی دارد.

قابلیت عملیات حرارتی: هر دو فولاد قابلیت سخت‌کاری از طریق عملیات حرارتی را دارند، ولی CK75 در صورت عدم کنترل دقیق، بیشتر مستعد ترک و شکست در حین کوئنچ است.

در نهایت، انتخاب بین CK67 و CK75 باید بر اساس نیاز کاربردی مشخص انجام شود: اگر مقاومت به سایش و سختی بالا اهمیت دارد، CK75 گزینه بهتری است؛ ولی اگر انعطاف‌پذیری و فرم‌پذیری مطلوب باشد، CK67 مناسب‌تر خواهد بود.

>>   مشاهده مقاله مرتبط: مقاوم‌ترین فولادهای ضد حرارت؟ معرفی بهترین آلیاژها کلیک کنید   <<

خواص مکانیکی و فیزیکی

فولادهای CK67 و CK75 به دلیل درصد بالای کربن، در دسته‌ی فولادهای پرکربن قرار می‌گیرند و از خواص مکانیکی مناسبی برای کاربردهای فنری برخوردارند. با این حال، تفاوت درصد کربن میان آن‌ها باعث بروز تفاوت‌هایی در عملکرد فیزیکی و مکانیکی می‌شود که در ادامه بررسی می‌شوند.

سختی، استحکام کششی و حد الاستیک

CK67 پس از عملیات حرارتی به سختی تقریبی 48 تا 52 راکول سی (HRC) می‌رسد، در حالی‌که

CK75 می‌تواند به سختی بالاتری، حدود 52 تا 58 HRC، دست یابد.

در مورد استحکام کششی (Tensile Strength)، CK67 حدود 850 تا 1,000 مگاپاسکال و CK75 در حدود 950 تا 1,200 مگاپاسکال را تأمین می‌کند.
حد الاستیک (Yield Strength) نیز برای CK75 کمی بالاتر است، به‌طوری‌که این فولاد دیرتر وارد ناحیه‌ی تغییر شکل دائم می‌شود.

چقرمگی و مقاومت به خستگی

چقرمگی (Toughness) به توانایی فولاد در جذب انرژی قبل از شکست اطلاق می‌شود. CK67 به دلیل درصد کربن کمتر، چقرمگی بیشتری نسبت به CK75 دارد و در برابر ضربه یا بارهای ناگهانی عملکرد بهتری دارد. در مقابل، CK75 شکننده‌تر بوده و در کاربردهایی که احتمال ضربه یا لرزش زیاد وجود دارد، باید با احتیاط بیشتری استفاده شود.

در خصوص مقاومت به خستگی (Fatigue Resistance)، هر دو فولاد عملکرد مناسبی دارند، ولی اگر در شرایط کاری تنش‌های چرخه‌ای بالا و مکرر وجود داشته باشد، انتخاب گرید مناسب اهمیت پیدا می‌کند. در این حالت، CK67 به دلیل چقرمگی بالاتر ممکن است عملکرد پایدارتری ارائه دهد.

قابلیت شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری

شکل‌پذیری یا Ductility به توانایی فولاد در تغییر شکل بدون شکست اشاره دارد. CK67 با کربن کمتر، در شرایط نورد، کشش و خم‌کاری، انعطاف‌پذیری بالاتری دارد و برای ساخت قطعاتی که نیاز به شکل‌دهی قبل از عملیات حرارتی دارند، مناسب‌تر است.

در مقابل، CK75 به دلیل سختی بالاتر، شکل‌پذیری کمتری دارد و ممکن است در عملیات فرم‌دهی سرد، دچار ترک یا ترک‌مویی شود. بنابراین در فرآیندهای تولید باید از حرارت‌دهی مناسب قبل از شکل‌دهی استفاده کرد.

تفاوت در فرآیندهای عملیات حرارتی

عملیات حرارتی نقش کلیدی در دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب در فولادهای فنر ایفا می‌کند. CK67 و CK75 هر دو قابلیت عملیات حرارتی را دارند، اما به‌دلیل تفاوت در میزان کربن، رفتار حرارتی متفاوتی از خود نشان می‌دهند. در این فرآیند، پارامترهایی مانند دمای آستنیته، نرخ سرد کردن (کوئنچ)، و شرایط تمپرینگ تأثیر مستقیم بر ویژگی‌های نهایی فولاد دارند.

دمای آستنیته، کوئنچ و تمپرینگ

دمای آستنیته (Austenitizing Temperature):

برای CK67 معمولاً در بازه 780 تا 820 درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌شود.

برای CK75 این دما کمی بالاتر است و معمولاً بین 800 تا 850 درجه سانتی‌گراد قرار دارد.

کوئنچ (Quenching):
پس از رسیدن به دمای آستنیته، هر دو فولاد برای رسیدن به سختی مطلوب باید به‌سرعت سرد شوند. این کار معمولاً در روغن انجام می‌گیرد.
CK75 به دلیل کربن بیشتر، در حین کوئنچ حساس‌تر به ترک خوردن است و باید مراقبت‌های دقیق‌تری انجام شود (مانند استفاده از روغن حرارتی با دمای کنترل‌شده).

تمپرینگ (Tempering):
پس از کوئنچ، تمپرینگ برای کاهش تنش‌های داخلی و افزایش چقرمگی انجام می‌شود.

برای CK67، تمپرینگ معمولاً در دمای 350 تا 500 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود.

برای CK75، دمای تمپرینگ می‌تواند کمی پایین‌تر باشد (معمولاً 300 تا 450 درجه سانتی‌گراد) تا سختی بیشتری حفظ شود، ولی باید دقت کرد که تمپرینگ ناکافی باعث شکنندگی شود.

تأثیر عملیات حرارتی بر سختی نهایی

عملیات حرارتی مؤثر باعث بهبود سختی، استحکام و مقاومت به سایش فولادهای فنر می‌شود:

CK67 پس از کوئنچ و تمپرینگ مناسب می‌تواند به سختی حدود 48 تا 52 HRC برسد. این میزان سختی برای کاربردهایی با نیاز به چقرمگی و استحکام متوسط بسیار مناسب است.

CK75 به دلیل درصد بالاتر کربن، ظرفیت رسیدن به سختی بالاتری را دارد؛ سختی نهایی آن پس از عملیات حرارتی کامل می‌تواند به 52 تا 58 HRC برسد. این ویژگی باعث برتری آن در کاربردهایی با سایش بالا می‌شود، هرچند با کاهش نسبی چقرمگی همراه است.

در مجموع، انتخاب شرایط بهینه عملیات حرارتی باید با توجه به کاربرد نهایی، ضخامت قطعه، و الزامات مکانیکی انجام شود تا تعادل مناسبی میان سختی، مقاومت به ضربه و طول عمر قطعه برقرار گردد.

مقایسه عملکرد در کاربردهای صنعتی

فولادهای فنر CK67 و CK75 هر دو برای تولید قطعاتی طراحی شده‌اند که نیاز به خاصیت الاستیسیته، مقاومت در برابر تغییر شکل دائم و قابلیت برگشت‌پذیری دارند. با این حال، تفاوت در ترکیب شیمیایی و خواص حرارتی باعث می‌شود تا عملکرد آن‌ها در کاربردهای مختلف متفاوت باشد. در انتخاب بین این دو فولاد، باید بین سختی بالا و چقرمگی بهتر تعادل برقرار شود.

کاربرد در تولید فنرها

هر دو فولاد برای تولید فنرهای صنعتی مناسب هستند، اما نوع فنر و شرایط کاری، نوع فولاد مناسب را مشخص می‌کند:

CK67 به دلیل چقرمگی بیشتر، برای فنرهای متوسط یا سبک با قابلیت ارتجاعی بالا، مانند فنرهای خودرو، فنرهای تخت، و فنرهای ارتعاشی کاربرد دارد.

CK75 با سختی بالاتر، در فنرهای تحت تنش بالا و کاربردهایی که مقاومت به سایش و تغییر شکل طولانی‌مدت مورد نیاز است، مانند فنرهای مارپیچ در ماشین‌آلات صنعتی و ابزارهای دقیق به‌کار می‌رود.

استفاده در تیغه‌ها، واشرها و قطعات الاستیک

CK67 به دلیل انعطاف‌پذیری بهتر، در ساخت تیغه‌های انعطاف‌پذیر، واشرهای فنری، صفحات ارتجاعی و قطعاتی که به دفعات تحت تنش‌های مکانیکی قرار می‌گیرند، عملکرد خوبی دارد.

CK75 به دلیل سختی بالاتر و مقاومت سایشی بهتر، در تولید اره‌های نواری، تیغه‌های برش دقیق، فنرهای فشاری پرتنش و قطعاتی با سایش مکانیکی بالا، مناسب‌تر است.

تفاوت در عمر کاری قطعات ساخته‌شده از هر نوع فولاد

عمر کاری قطعات CK67 معمولاً در شرایطی که ضربه یا ارتعاش زیاد وجود دارد، بیشتر است. چقرمگی این فولاد باعث مقاومت بهتر در برابر شکست ناشی از خستگی می‌شود.

قطعات CK75 در صورتی که به‌درستی عملیات حرارتی شوند و تحت بارگذاری یکنواخت قرار گیرند، عمر کاری بالایی دارند؛ به‌ویژه در شرایطی که سایش زیاد مطرح باشد. با این حال، در صورت استفاده نادرست یا وجود بارهای ضربه‌ای، احتمال شکست ترد بیشتر خواهد بود.

در نتیجه، انتخاب بین CK67 و CK75 باید با توجه به نیاز کاربردی، شرایط بارگذاری، فرآیند تولید و خواص مورد انتظار انجام شود. CK67 با تعادل بهتر بین سختی و چقرمگی، گزینه‌ای ایمن‌تر در کاربردهای عمومی است، در حالی‌که CK75 عملکرد بهتری در کاربردهای تخصصی با نیاز به سختی بالا دارد.

قابلیت ماشین‌کاری و فرم‌پذیری

از آنجا که هر دو گرید CK67 و CK75 جزو فولادهای کربنی پرکربن هستند، ماشین‌کاری و فرم‌پذیری آن‌ها تا حدودی محدود بوده و به شرایط حرارتی وابسته است. CK67 به‌طور کلی عملکرد بهتری در فرآیندهای شکل‌دهی دارد، چرا که درصد کربن پایین‌تری دارد و ساختار آن انعطاف‌پذیرتر است. در مقابل، CK75 به دلیل سختی بالاتر، تمایل بیشتری به شکست در حین فرم‌دهی سرد دارد.

رفتار در فرایندهای برش، خم‌کاری و نورد

برشکاری (Shearing/Cutting):
هر دو فولاد در حالت خام یا آنیل‌شده قابل برش با دستگاه‌های پرس یا لیزر هستند، اما CK75 به‌ دلیل سختی بیشتر، در هنگام برش تنش بیشتری ایجاد می‌کند و ممکن است به تیغه‌های برش آسیب برساند. در صورت سخت‌کاری، فقط برش با وایرکات یا سنگ‌زنی ممکن خواهد بود.

خم‌کاری (Bending):
CK67 خم‌پذیری بهتری دارد و برای خم‌کاری‌های شعاع کم یا چندمرحله‌ای مناسب‌تر است. CK75 نیاز به پیش‌گرمایش دارد تا از ترک‌خوردگی در ناحیه خم جلوگیری شود.
خم‌کاری سرد CK75 برای زوایای بزرگ یا ضخامت‌های بالا توصیه نمی‌شود.

نورد سرد و گرم:
هر دو فولاد در حالت آنیل‌شده قابل نورد هستند. CK67 برای نورد سرد مناسب‌تر است، در حالی‌که CK75 در نورد گرم عملکرد بهتری دارد و کمتر مستعد ترک است.

نکات مهم در تولید قطعات با ضخامت یا شکل خاص

پیش‌گرمایش برای فرم‌دهی: در قطعات ضخیم یا با خم‌های شدید، برای جلوگیری از شکست به‌ویژه در CK75، توصیه می‌شود که قطعه قبل از خم‌کاری یا کشش، تا دمای 150–250 درجه سانتی‌گراد گرم شود.

کنترل تنش‌های داخلی: پس از شکل‌دهی یا ماشین‌کاری سنگین، انجام عملیات تنش‌زدایی برای جلوگیری از تاب‌برداشتن یا ترک‌های ریز ضروری است، خصوصاً در CK75.

طراحی ابزار مناسب: برای ماشین‌کاری این فولادها، استفاده از ابزارهای سخت‌کاری‌شده با پوشش‌هایی نظیر TiN یا TiAlN توصیه می‌شود. زاویه براده ابزار باید به‌گونه‌ای طراحی شود که از ترک‌برداری یا گیر کردن جلوگیری کند.

در نظر گرفتن شعاع خم مناسب: برای CK67 شعاع خم می‌تواند تا 2–3 برابر ضخامت باشد، ولی برای CK75 این مقدار باید بیشتر از 4–5 برابر ضخامت در نظر گرفته شود.

در مجموع، اگر قطعه نیاز به فرم‌دهی پیچیده یا تولید در شکل‌های خاص با دقت بالا دارد، CK67 انتخاب مناسب‌تری است. اما اگر سختی سطح و مقاومت سایشی اولویت اصلی باشند، CK75 با طراحی فرآیند دقیق و کنترل تنش، عملکرد خوبی خواهد داشت.

انتخاب مناسب براساس نیاز پروژه

انتخاب بین CK67 و CK75 باید با توجه به عوامل مختلفی مانند نوع بارگذاری، میزان خمش، نیاز به سختی یا انعطاف‌پذیری، شکل قطعه، فرآیند تولید و عمر کاری انجام شود. هیچ‌کدام از این فولادها «بهتر» از دیگری نیستند، بلکه متناسب‌تر با شرایط خاص یک پروژه‌اند. در ادامه موارد کاربرد توصیه‌شده برای هر کدام آورده شده است.

موارد مناسب برای CK67

فولاد CK67 به دلیل ترکیب متعادل از استحکام، چقرمگی و شکل‌پذیری، گزینه‌ای مناسب در کاربردهای عمومی فنری و قطعات الاستیک سبک و نیمه‌سنگین محسوب می‌شود. موارد مناسب استفاده از CK67 عبارتند از:

فنرهای با سطح مقطع نازک یا خم‌های زیاد

واشرهای فنری، تیغه‌های منعطف و قطعات ارتجاعی که تحت تنش‌های چرخه‌ای قرار می‌گیرند

شرایطی که مقاومت به ضربه، ارتعاش یا خستگی مکانیکی اهمیت دارد

پروژه‌هایی با نیاز به خم‌کاری و شکل‌دهی سرد بدون عملیات پیش‌گرمایش

همچنین در صورت محدودیت در ابزارآلات عملیات حرارتی دقیق یا نیاز به تولید اقتصادی در تیراژ بالا، CK67 انتخاب عملی‌تری خواهد بود.

شرایط ترجیحی برای استفاده از CK75

فولاد CK75 با درصد کربن بالاتر، سختی و استحکام سطحی بالاتری ایجاد می‌کند و برای کاربردهای صنعتی تخصصی‌تر مناسب است. از جمله شرایطی که CK75 در آن‌ها برتری دارد:

قطعاتی با نیاز به سختی بالا و مقاومت به سایش، مانند تیغه‌های صنعتی، اره نواری و فنرهای فشاری سنگین

مواردی که طول عمر قطعه در برابر خراش و تغییر شکل اهمیت بالایی دارد

کاربردهایی با بارگذاری یکنواخت، بدون ضربه یا تنش‌های نوسانی شدید

در صورت وجود امکان عملیات حرارتی دقیق (سخت‌کاری، تمپرینگ، تنش‌زدایی)

همچنین اگر قطعه نهایی در تماس با سطوح ساینده یا تحت بار ثابت در دمای معمولی قرار گیرد، CK75 گزینه‌ای بادوام و مقرون‌به‌صرفه است.

>> مشاهده مقاله مرتبط: استفاده از فولاد 1.2842 در ابزارهای اندازه‌گیری و گیج‌ها کلیک کنید   <<

نتیجه‌گیری

در پایان مقاله «تفاوت فولاد فنر CK75 با CK67»، می‌توان به جمع‌بندی دقیقی از شباهت‌ها، تفاوت‌ها و راهنمای انتخاب بر اساس کاربرد دست یافت. هر دو فولاد جزو دسته فولادهای فنر کربنی با خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب برای کاربردهای عمومی و تخصصی هستند، اما تفاوت در ترکیب شیمیایی، به‌ویژه درصد کربن، باعث ایجاد ویژگی‌های عملکردی متفاوتی می‌شود.

جمع‌بندی تفاوت‌ها و شباهت‌ها

شباهت‌ها:

هر دو برای تولید فنر، تیغه، واشر و قطعات الاستیک کاربرد دارند.

نیازمند عملیات حرارتی مناسب برای دستیابی به خواص نهایی هستند.

قابلیت ماشین‌کاری و شکل‌دهی متوسط تا محدود دارند و باید با ابزار مناسب انجام شوند.

راهنمای انتخاب فولاد فنر مناسب بر پایه کاربرد

انتخاب CK67 توصیه می‌شود اگر:

پروژه نیاز به شکل‌دهی سرد، خم‌کاری یا نورد دارد.

چقرمگی و مقاومت به خستگی مهم‌تر از سختی است.

قطعه تحت بارهای ضربه‌ای یا ارتعاشی مداوم قرار دارد.

فرآیند ساخت ساده و اقتصادی مدنظر است.

انتخاب CK75 توصیه می‌شود اگر:

سختی، استحکام سطحی و مقاومت سایشی بالا مورد نیاز است.

قطعه تحت بار یکنواخت و اصطکاک بالا قرار دارد.

عملیات حرارتی دقیق قابل اجراست.

طول عمر در برابر سایش و تغییر شکل طولانی‌مدت اهمیت دارد.

در نهایت، با شناخت دقیق شرایط کاری، نوع بارگذاری، فرآیند تولید و خواص مکانیکی مورد نیاز، می‌توان بهترین انتخاب را از میان این دو فولاد پرکاربرد انجام داد. بهره‌گیری از اطلاعات فنی و مشاوره با مهندسان مواد نیز می‌تواند ریسک‌های طراحی و تولید را به حداقل برساند.