طبقه بندی فولادهای ابزار

[zeinab68]

فولادهای ابزار (Tool steels) گروهی از فولادهای کربنی (Carbon steels) و فولادهای آلیاژی هستند که با عملیات حرارتی آنها می‌توان خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوبی در آنها به وجود آورد، به طوری که بتوان از آنها ابزارهایی نظیر ابزارهای برشی سنبه و ماتریسهای برش، خمکاری، فرم دادن، مشش، قالب‌های پلاستیک و اکستروژن ساخت. فولادهای ابزار به فرم های میلگرد، شمشال، بلوکه‌های فورج شده و ریخته‌گری شده و در حالت آنیل شده در بازار عرضه می‌شوند.
فولادهای ابزار را با توجه به عناصر آلیاژی آنها می‌توان در سه گروه سخت شونده در آب، روغن یا هوا طبقه‌بندی نمود. فولادهای با عناصر آلیاژی کمتر جزو گروه سخت‌شونده در آب و فولادهای ابزار با بیشترین عناصر آلیاژی جزو گروه سخت شونده در هوا می‌گیرند. فولادهای ابزار را با انجام عملیات حرارتی مناسب می‌توان کاملا سخت نمود و آنها را در برابر سایش مقاوم کرد. فولادهای ابزار تحت کنترل دقیق، ذوب و تصفیه می‌شوند تا مصرف کننده اطمینان داشته باشد از مرغوب‌ترین نوع فولاد برای ساخت ابزارها و قالب‌هایش استفاده می‌کند.
فولادهای ابزار به طور کلی بدین صورت دسته‌بندی می‌شوندک سخت شونده در آب، سخت‌شونده در روغن، سخت شونده در هوا، مقاوم در برابر ضربه، گرم‌کار، تندبر، فولاد قالب ‌های پلاستیک و فولادهای خاص. در هر دسته، فولادهای مختلف با آنالیز شیمیایی و ویژگی‌های مختلف قرار می‌گیرند.
فولادهای ابزار کربنی
W1 یک فولاد ابزار کربنی سخت شونده در آب است که میزان کربن آن 0.91-100% می باشد. این فولاد پس از سختکاری، دارای سطح سخت و مغز نرم‌تر می شود.

فولادهای ابزار سرد کار
چند نوع ابزار سرد کار (Cold- work tool steels) در زیر معرفی می‌شوند:
01 یک فولاد ابزار همه منظوره (General purpose) سخت شونده در روغن است که در عملیات حرارتی، سختی بالایی می‌گیرد. ابزارها و قالب‌های ساخته شده از این نوع فولاد دارای لبه‌های بادوامی هستند.
06 یک فولاد ابزار با آلیاژ متوسط (Medium- alloy) و 1.45% کربن و سخت شوند در روغن است. در این فولاد در حالت آنیل شده، حدود یک سوم کربن به صورت گرافیت و بقیه کربن به صورت ترکیبی کاربایدی می‌باشد. سهولت ماشین‌کاری این فولاد ابزار بهتر از بقیه انواع فولادهای سخت شونده روغن است. فولاد 06 برای کاربردهای عمومی در قالب‌سازی و ابزارسازی مناسب است واستحکام به سایش بسیار خوبی دارد. ولی لبه‌ها قطعات ساخته شده از این فولاد دوام زیادی ندارد.
A2 یک فولاد ابزار همه منظوره سخت شونده در هوا است که به هنگام عملیات حرارتی دچار اعوجاج اندکی می‌شود و استحکام به سایش خوبی دارد. این فولاد کاربردهای عمومی زیادی دارد و نسبت به فولادهای گروه S (مقاوم در برابر شوک) استحکام سایشی بالاتر داشته و چقرمگی بهتری نسبت به فولادهای گروه D (مقاوم به سایش) دارد.
A6 یک فولاد ابزار کرم – مولیبدن کم آلیاژ (Low- alloy) سخت شونده در هوا است که ترکیبی از ویژگی‌های چقرمگی، استحکام و مقاومت در برابر سایش را از خودنشان می‌دهد. برای ساخت ابزارها و قالب‌های سرد کار با عمر کاری متوسط، A6 یک انتخاب عالی است. دمای سختکاری این فولاد نسبتا پایین است و در هوا سخت می‌شود و به همین دلیل ثبات ابعادی خوبی در عملیات حرارتی دارد.
D2 یک فولاد ابزار پر کربن و پر کرم، سخت شونده در هوا است. این فولاد طوری فرموله شده است که ترکیبی از ویژگی‌های حاصل از سخت شونده در هوا و مقاومت عالی در برابر سایش را از خود نشان می‌دهد. این نوع فولاد به عنوان یک معیار استاندارد برای مقایسه دیگر فولادها از نظر مقاومت سایشی، ثبات ابعادی در عملیات حرارتی و دیگر ویژگی‌های حاصل از سخت شدن در هوا می‌باشد.
D3 یک فولاد ابزار سرد کار پر کربنی سخت شونده در روغن است. از ویژگی‌های مهم این فولاد می‌توان به مقاومت سایشی بسیار زیاد، استحکام فشاری بالا و قابلیت سختکاری عمقی (Deep hardening) اشاره کرد. از این فولاد در مواردی استفاده می‌شود که مقاومت سایشی، تغییر شکل ناپذیری (Non- deformation) و سختی بالا مورد نیاز باشد.
D7 یک فولاد سرد کار پر کربن، پر کرم و سخت شونده در روغن است که نسبت به فولاد قبلی، کربن و وانادیم بیشتری دارد و دارای حداکثر استحکام سایشی است. ثبات ابعادی این فولاد خوب است. ولی استحکام در برابر ضربه و چقرمگی آن پایین است. فولاد D7 در سختکاری احتیاج به حرارت بالاتر و زمان نگهداری طولانی‌تر در این حرارت دارد. اگر این فولاد به درستی سخت‌کاری شود، می‌تواند سختی خود را در دماهای بالا نیز حفظ کند.

 

[zeinab68]

فولادهای مقاوم در برابر شوک
S1 یک فولاد مقاوم در برابر شوک همه منظوره و سخت شونده در روغن است. این فولاد ویژگی‌های فولادهای سرد کار و گرم کار را تواما دارد و برای ابزارهایی که در معرض شوک قرار می‌گیرند، مناسب است. S1 کربن کمی دارد و به همین دلیل چقرمگی این فولاد خوب است. وجود کرم و تنگستن در این فولاد باعث ایجاد مقاومت سایشی و سختی‌پذیری بالا می‌شود. سطح قطعات ساخته شده از فولاد S1 را معمولا کربن‌دهی (سمانتاسیون) می کنند تا استحکام سایشی آنها افزایش یابد.
S5 یک فولاد مقاوم در برابر شوک و سخت شونده در روغن است که هم می‌توانند نرم باشد و هم قابلیت سختی‌پذیری زیاد دارد.
S7 یک فولاد مقاوم در برابر شوک سخت شوند در هوا است که مقاومت در برابر ضربه (چقرمگی) آن عالی است. این فولاد کاربردهای متنوعی دارد. از فولاد S7 در ساخت ابزارها و قالب‌های سرد کار متوسط، قالب‌های تزریق پلاستیک، تیغه‌های برش، قالب‌های گرم، کار متوسط و قطعات متنوع دیگر استفاده می شود.

فولادهای ابزار گرم‌کار
H13 پرمصرف‌ترین فولاد گرم‌کار (Hot-work) سخت شونده در هوا است که از آن در ساخت قالب‌های دای‌کست (Die- Cast) قالب‌های تزریق پلاستیک و قالب‌های فورجینگ (Forging) استفاده می گردد. ویژگی‌های فولاد H13 عبارتند از سختی سرخ (Red hardness) خوب، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر ترک‌های حرارتی، بهترین سختی کاربردی این فولاد 44-48 HRC برای قالب‌های دای‌کست و 40-44 HRC برای قالب‌های مقاوم در برابر شوک (مانند قالب‌های فورجینگ) است.
فولادهای ابزار تندبر
M2 یکی از فولادهای تندبر سخت شونده در هوا، روغن یا نمک (Salt) است که عنصر آلیاژی اصلی آن مولیبدن و دیگر عناصر آن تنگستن، کرم و وانادیم می‌باشد. این یک فولاد همه منظوره مقاوم در برابر شوک و سایش است و سختی سرخ خوبی دارد.
M4 یک فولاد تندبر سخت شوند در هوا، روغن یا نمک، با عناصر آلیاژی مولیبدن، تنگستن و وانادیم و میزان کربن بالا است. مقاومت سایشی این فولاد در مقایسه با دیگر فولادهای تندبر خیلی بیشتر است.
M42 یک فولاد تندبر سخت شونده در هوا یا نمک است. این فولاد پر کربن است و عناصر آلیاژی اصلی آن مولیبدن و کبالت می‌باشد. این فولاد را می توان تا 70 HRC سخت کرد. سختی سرخ فولاد M42 عالی و چقرمگی آن نیز خوب است. مقاومت سایشی این فولاد عالی و سنگ‌زنی آن نیز به سادگی انجام می شود. در مواردی که مقامت سایشی بالا، سختی سرخ خوب و چقرمگی در یک ابزار لازم باشد، باید از فولاد M42 استفاده نمود.
T15 یک فولاد تندبر از نوع تنگستنی سخت شونده در هوا یا نمک است که میزان کربن، وانادیم و کبالت آن بالا است و توصیه می‌شود در مواردی که مقاومت سایشی و سختی سرخ زیادی مورد نیاز باشد، از این فولاد استفاده شود.

فولادهای قالب پلاستیک
فولاد 420 یک فولاد زنگ زن سخت شونده و در روغن یا هوا است. این فولاد مقاومت سایشی، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت پرداخت‌کاری خوبی دارد و می‌تواند آن را تا 46-50 HRC سخت کرد.
P20 یک فولاد با آلیاژ متوسط و از پیش سخت شده با سختی HB 300 است. این فولاد قالب را در حالت سخت شده می‌توان به خوبی ماشینکاری نمود.
فولادهای ابزار با کاربردهای خاص
L6 یک فولاد کم آلیاژ و سخت شونده در روغن است. برای ساخت قالب‌های و ابزارهای عمومی می‌توان از این فولاد استفاده کرد. چقرمگی این فولاد متوسط و مقاومت سایشی آن در مقایسه با فولاد 01 کمتر است.
فولاد 4140 یک فولاد آلیاژی از پیش سخت شده کرم – مولیبدن است. این فولاد در حالت سخت شده و تمپر شده با سختی 262-321HB عرضه می‌شود. استحکام کششی و تنش تسلیم این فولاد بالا است و به همین دلیل در ساخت قطعات ماشین‌آلات و بعضی ابزارهای معمولی از این فولاد خیلی استفاده می‌شود.

مقایسه عملکردی فولادها
در شکل 5-1 ویژگی‌های مختلف فولادهای ابزار نظیر مقاومت سایشی، چقرمگی، قابلیت ماشین‌کاری و قابلیت سنگ‌زنی، در سطح سختی نرمال‌کاری آنها نشان داده شده است. در هر گروه، فولادهای معرفی شده، با یک فولاد الگو در سمت چپ که رتبه آن 100 است قابل مقایسه هستند. این فولاد الگو در هر گروه بهترین یا نزدیک‌ترین به بهترین فرض شده است. هر یک از فولادها در این مقایسه، در بالاتری سطح سختی‌شان بر حسب راکول (HRC) در نظر گرفته شده‌اند، یعنی 58-60-S5 56- 58, H13 42- 50 M4 62- 64, D2 58, D2 58-60, A2 58- 60, O1 58- 60, A8

انتخاب فولادهای ابزار
جدول زیر می‌توان به عنوان راهنما در انتخاب بهترین فولاد ابزار، برای یک ابزار یا قالب استفاده نمود. در این انتخاب باید به معیارهای کاری مختلف مثلا مقاومت سایشی، استحکام در برابر ضربه، چقرمگی، سختی سرخ، عملیات حرارتی و قابلیت ماشینکاری توجه کرد.


عمق نفوذ سختی (سختی‌پذیری)
فولادهای با سختی‌پذیری خوب، عمیق‌تر سخت می‌شوند، توزیع سختی در آنها سخت‌تر است، دارای ثبات ابعادی خوبی در عملیات حرارتی هستند و نسبت به فولادهای با سختی‌پذیری کم، کمتر دچار ترک و شکنندگی به هنگام عملیات حرارتی می‌شوند. فولادهای سخت‌شوند در آب، سختی‌پذیری کمتر و عمق سختی کمتری نسبت به فولادهای سخت شونده در روغن دارند. سختی‌پذیری فولادهای سخت شونده در هوا، از همه انواع فولادهای دیگر بهتر است.
فولادهای ابزار برای قالب‌های پلاستیک
فولادهای مورد استفاده برای ساخت قالب های پلاستیک باید تحمل کافی در برابر سرد و گرم شدنهای پی در پی و سریع که در سیکل عملیاتی تزریق پلاستیک اتفاق می افتد، تنشهای حاصل از ضربات سطوح جدایش قالب، بارهای فشاری وارده از سیستم قفل کند قالب، سایش سطوح فلزی بر روی هم و سایش ناشی از حرکت زرین داغ بر روی سطوح فلزی داشته باشد.


سختی نسبی فولادهای ابزار
قالب‌سازان گاهی باید سختی فولادهای ابزار مختلف را با هم مقایسه کنند. در سالیان گذشته، مثلا دهه‌های 1930 تا 1950، این مقایسه به سادگی با سوهان کشیدن فولادها انجام می‌شد. یک فولاد را به سختی سوهان می‌دانستند، در صورتی که نتوان با یک سوهان (با سختی 60-62 HRC) بر روی آن اثری گذاشت و این میزان سخت در محدوده 65-75HRC برای فولادهای ابزار فراهم گردید.
امروزه مواد جدیدی نظیر الماس و برنیترید مکعبی یا CBN ساخته شده‌اند که میزان سختی آنها به مراتب بالاتر از سوهان یا کرم سخت می‌باشد.
این فصل بر اصول طراحی صحیح ابزارها و قالب‌ها تمرکز کرده و شرح می‌دهد که چگونه نقاط تمرکز تنش و طرح‌های تنش‌زا معمولا باعث ایجاد ترک و شکست به هنگام عملیات حرارتی و خرابی زودرس ابزارها به هنگام مصرف می‌شوند.

طراح ابزار و قالب باید به هنگام طراحی پیش‌بینیهای لازم را بکند و منتظر نباشد که مشکلات و عیوب خود را نشان دهند. چند نکته مفید در این زمینه در ذیل ارایه شده است:
• عوامل تنش‌زا را در ابزار به حداقل برساند.
• توجه کافی در مراحل مختلف عملیات حرارتی شامل تنش‌زدایی، پیش‌گرم، سختکاری، کوئیچ و تمپرینگ صرف شود.
• از ایجاد سختیهای بیش از حد اجتناب شود. همیشه محدوده سختی را انتخاب کنید که نیازهای شما را در رابطه با مقاومت سایشی و چقرمگی تامین نماید و
• همیشه باید یک ارتباط کاری بین طراح ابزار و مسوول عملیات حرارتی وجود داشته باشد.

خطاهای رایج در طراحی
اهمیت طراحی درست ابزار و قالب برای هر کس روشن است. ابزارهایی که به درستی طراحی نشده باشند، ممکن است در عملیات حرارتی ترک بردارند و عمر کاری آنها به صفر برسد و یا ممکن است پس از شروع کار با آنها و خیلی زودتر از موعد مورد انتظار خراب شوند. اغلب قطعاتی که به هنگام عملیات حرارتی دچار شکست می‌شوند. به درستی طراحی نشده‌اند. در این موارد نباید به سادگی عملیات حرارتی را مورد سرزنش قرار داد، زیر در واقع از او خواسته شده است که یک قطعه با طراحی ضعیف را با موفقیت سختکاری کند.

گوشه‌های تمیز
گوشه‌‌های تیز (Sharp comers) چه گوشه‌های داخلی چه خارجی و همچنین چاخارهایی که گوشه‌های تیز دارند، در یک ابزار یا قالب، نقاط تنش‌زا محسوب می‌شوند. یک عادت خوب در ماشینکاری قطعات قالب‌ها و ابزارها این است که همه گوشه‌های تیز با یک شعاع مناسب گرد شوند. در ماشینکاری گوشه‌های تیز، هر جا که امکان داشته باشد و مزاحمتی در عملکرد ابزار یا قالب ایجاد نشود، باید از حداکثر شعاع ممکن برای گرد کردن گوشه‌های استفاده نمود.

وجود قسمت‌های نازک در مجاورت قسمت‌های ضخیم
به هنگام کوئینچ قطعات در عملیات حرارتی، قسمت‌های نازک سریع‌تر سرد می‌شوند و در نتیجه زودتر از قسمت‌های ضخیم مجاورشان سخت خواهند شد. این پدیده باعث ایجاد تنشهای تغییر حالت (Transformation stress) در ابزار شود که بعضا از استحکام نهایی فولاد نیز فراتر می‌روند و بنابراین در ابزار اعوجاج و یا ترک به وجود می‌آید. اگر لازم است ابزار با همین فرم طراحی شود با استفاده از فولادهای سخت شونده در هوا می توان این مشکل را کاهش داد. به خاطر داشته باشید که استفاده از فولادهای مقاوم در برابر شوک نیز می‌توان ایجاد ترک و شکست در ابزارها را به هنگام تولید کاهش داد.

 

[zeinab68]

سوراخ‌های مشکل‌آفرین
تعیین محل سوراخ‌ها در یک ابزار، یکی از قسمت‌های مهم طراحی است. سوراخ‌های ته بسته، سوراخ‌های رزوه شده و سوراخ‌هایی که محل مناسبی نداشته باشند، سوراخ‌های مشکل آفرین هستند. سوراخ‌ها را باید طراحی کرد و نه فقط آنها را در محل‌های مختلف ابزار یا قالب قرار داد. مثلا وجود بعضی سوراخها باعث ایجاد دیواره‌های نازکی می‌شود که ممکن است به هنگام سختکاری باعث ترک و خرابی زودرس ابزار گردد. وجود سوراخها در محلهای نامناسب سبب کوئیچ و سرد شدن غیر یکنواخت قطعه خواهد شد. این پدیده مخصوصا هنگامی که قطعه در محیط مایع کوئنچ می‌شود بیشتر اتفاق می‌افتد. بنابراین در صورتی که نتوان چیدمان سوراخها را به صورت بهینه طراحی کرد، توصیه می‌شود از فولادهای سخت شونده در هوا استفاده گردد.
نقوش حکاکی شده
ایجاد تمرکز تنش در محلهای حکاکی شده، یکی دیگر از دلایل خرابی و شکست زودرس قالب‌ها و ابزارها است، که هم در عملیات حرارتی و هم به هنگام تولید ممکن است مشکل‌ آفرین شود. با حکاکی کردن سطوح قطعات، نقاط نیز ایجاد می شود. بنابراین از انجام حکاکیهای با لبه‌های تیز و عمیق و ردیف کردن اعداد و حروف حکاکی شده در کنار هم اجتناب نمایید. استفاده از سنبه‌های حکاکی با گوشه‌های گرد که نقوش کم عمقی بر سطح قطعه به وجود می آورد مشکلی ایجاد نمی‌کند.
زبری سطوح
ماشینکاری خشن بر روی سطح قطعات، خطوط و تیزیهای بر جای می‌گذارد که باعث تمرکز تنش می‌شوند.
ساختن و تعمیر کردن ابزارها و قالب‌ها به روش‌های ماشینکاری، سنگ زنی، ماشینکاری با تخلیه الکتریکی (EDM) و جوشکاری انجام می‌گیرد. برای یک قالبساز یا طراح قالب، لازم است که بداند این فرایندها چه اثراتی ممکن است بر سختی، ساختار و متالورژی فولاد داشته باشند و چگونه می‌توان بر مشکلات احتمالی غلبه کرد.

قابلیت ماشین‌کاری
قابلیت ماشین‌کاری (Machinability) معیاری برای سنجش آسانی برده‌برداری از یک ماده است که بستگی به خواص اصلی ماده دارد و بعضی شرایط فرایند نیز بر آن تاثیر می‌گذارد. خواص ماده که بر قابلیت ماشین‌کاری آن موثر هستند عبارتند از : سختی، استحکام کششی، ترکیب شیمیایی، ریز ساختار، میزان کار سرد که روی آن انجام شده است فرم، ابعاد و صلبیت.
شرایط فرایند نیز که بر قابلیت ماشینکاری تاثیر دارند عبارتند از: سرعت برشی، عمق براده‌برداری، فرم هندسیع ابزار برشی و دیگر پارامترهای ماشینکاری با توجه به این همه متغیر موثر در قالب‌ ماشینکاری، ارائه ارقامی به عنوان قابلیت ماشین‌کاری برای یک ماده، تقریبی است و فقط برای مقایسه مواد با یکدیگر به کار می‌رود.

ترکیب شیمیایی ماده
ترکیب شیمیایی ماده بر ساختار، خواص مکانیکی و عملیات حرارتی آن ماده موثر است و بنابراین یک عامل مهم در سنجش قابلیت ماشینکاری محسوب می شود. اگر چه تاثیر هر یک از عناصر موجود در ترکیب شیمیایی، تحت تاثیر عناصر و عوامل دیگر قرار دارد. ولی به طور کلی می‌توان اثرات هر یک از این عناصر را در قابلیت ماشینکاری مواد به شرح زیر برشمرد:
• عناصر کار بایدساز (Carbide former) نظیر کرم، تنگستن، مولیبدن و وانادیم باعث افزایش سختی ماده و کاهش قابلیت ماشینکاری آن می‌شود.
• نیکل و منگز، که در فریت حل می‌شوند، باعث افزایش سختی و چقرمگی ماده شده و بنابراین قابلیت ماشینکاری را کاهش می دهند. البته این اثرات را می‌توان با آنیل کردن کاهش داد.
• آلومینیم و سیلیسیم می‌توانند آخالهای سخت و ساینده‌ای درست کنند و باعث کاهش قابلیت ماشین‌کاری ماده شوند و
• عناصر شیمیایی گوگرد، سرب، فسفر، سلنیم و تلوریم تشکیل آخالهای نرم در فولاد می‌دهند که قابلیت ماشینکاری را بهبود بخشند.

فرایندهای انجام شده قبلی
فرایندهایی نظیر تغییر شکل گرم (فورجینگ، نورد) تغیر شکل سرد و عملیات حرارتی نیز بر قابلیت ماشینکاری فولادها موثرند. به طور کلی یک ساختار دانه درشت برای انجام عملیات ماشینکاری بر روی فلزات مناسب است. البته در صورتی که لازم باشد به هنگام ماشینکاری، سطح فلز به خوبی پرداخت شود، باید فلز دارای ساختار دانه ریز باشد. ابعاد دانه‌ها را می‌توان با کنترل دمای آخرین عملیات قبل از ماشینکاری، به حد دلخواه رساند.
ساختار دانه درشت در فولادهای کربنی مطلوب است. ولی این ساختار برای فولادهای آلیاژی مناسب نیست، زیرا قابلیت سخت شدن فولاد افزایش یافته و فولاد پس از سرد شدن در عملیات تغییر شکل گرم، سخت خواهد شد. بدین ترتیب قابلیت ماشینکاری فولادهای آلیاژی کاهش خواهد یافت مگر آن که قبل از ماشینکاری فولاد به خوبی آنیل شود.

تغییر شکل سرد در فولادهای آلیاژی باعث کاهش قابلیت ماشینکاری آنها می‌شود. زیرا این فولادها به سرعت کار سخت می‌شوند. همچنین بر روی این فولادها نباید عملیات خشن تراشی سنگین انجام داد. در غیر این صورت کار سخت خواهد شد. به علاوه فرم ابزار برشی نباید به گونه‌ای باشد که سطح ابزار بر روی سطح فولاد مالیده شود، در غیر این صورت می‌توان براده‌برداری ابزار به شدت کاهی می‌یابد.
عملیات حرارتی اثرات قابل توجهی بر قابلیت ماشین‌کاری فلزات دارد. مثلا فولادهای کم کربن (با کربن کمتر از 0.1%) را در صورتی که آستنیته کرده (تا دمای آستنیت گرم کرد) و در آب کوئنچ نمود. می‌توان بهتر ماشینکاری کرد. با این عملیات، نرمی این فولاد کمتر شده و چسبندگی و اصطکاک فولاد بر روری ابزار برشی کاهی می‌یابد. فولادهای با کربن متوسط (با میزان کربن و عناصر آلیاژی تا حد 0.4-0.5%) را معمولا قبل از ماشینکاری آنیل یا نرمالیزه (Normalize) می‌کنند تا زمینه فریتی فولاد (Frrite matrix) که معمولا در این فولادها وجود دارد، تا حد امکان خرد شده و ساختار فولاد نیز دانه درشت شود. فولادهای پر کربن ( با میزان کربن و عناصر آلیاژی تا حد 0.9-1.2% و بالاتر) باید آنیل شوند تا شبکه کار بایدهای آنها شکسته شده و یک ساختار کروی (Spheroidized) در آنها به وجود آید تا قابلیت ماشینکاری مطلوبی پیدا کند.

خواص فیزیکی مواد
ویژگیهایی از قبیل اندازه دانه‌ها، سختی، ریز ساختار، استحکام کششی و هدایت گرمایی ماده بر قابلیت ماشین‌کاری آن موثر هستند. سختی به تنهایی، معیار خوبی برای ارزیابی قابلیت ماشینکاری نیست، زیرا عوامل کلیدی دیگری نظیر ترکیب شیمیایی، ساختار و خواس مکانیکی، در تست سختی سنجی فلزات به حساب آورده نمی‌شوند.
ریز ساختار فولادها تاثیر زیادی در قابلیت ماشینکاری آنها دارد. در فولادهای کم کربن و با کربن متوسط، در صورتی که دارای ساختار پرلیتی لایه‌ای (Lamellar pearlitic) باشند. به خوبی قابل ماشینکاری هستند. فولادهای پر کربن را در صورتی می‌توان به خوبی ماشینکاری نمود که دارای ریز ساختار کروی باشند.
خواص کششی فولادها که بر قابلیت ماشینکاری آنها موثر هستند، عبارتند از: مدول الاستیک، تنش تسلیم، استحکام نهایی، توان (Exponent) کار سختی، درصد ازدیاد طول و میزان کاهش سطح مقطع، مدول الاستیک، که وابستگی به دیگر خواص کششی فولاد ندارد، تعیین کننده صلیب (Rigidity) فولاد است. همه فولادهای کربنی و آلیاژی مدول الاستیسیته بالایی دارند و به هنگام ماشینکاری احتیاج کمتری به مهار کردن در برابر خمشهای ناشی از فشار ابزار برشی دارند. فلزات با مدول الاستیستیه کمتر نظیر چدن را باید به هنگام ماشین‌کاری بهتر مهار کرد تا در اثر فشار ابزار برشی، کمتر دچار خمش و انحراف شود. اثر بقیه خواص کششی فولاد، بر قابلیت ماشین‌کاری به هم وابسته هستند و از نظر تاثیر در استحکام کششی فولاد افزایش یابد، قابلیت ماشین‌کاری آن کاهش می‌یابد. هدایت گرمایی خوب در ماشین‌کاری فولاد اثر مثبتی دارد، زیرا حرارت تولید شده به هنگام ماشینکاری را به سرعت از موضع براده‌برداری (Cutting zone) دور می‌کند.
سنگ‌زنی فولادهای ابزار سخت شده
تنشهای حرارتی و تبدیلی که در اثر حرارت های ایجاد شده به هنگام سنگ‌زنی پدید می‌آیند، می‌توانند به راحتی به سطح سنگ خورده ابزار صدمه بزنند. این گونه تنشها را می‌توان با استفاده از سیال خنک کننده و روانکار مناسب به حداقل رساند، زیرا باعث انتقال حرارت سریع از موضع سنگ‌زنی می‌شوند. همچنین کاهش سرعت براده‌بر

منبع:اصول عملیات حرارتی