Thép và gang
Thép có cơ tính tổng hợp cao, có tính công nghệ tốt, là vật liệu chế tạo máy thông dụng, chủ yếu và quan trọng nhất
68
PhÇn III
vËt liÖu kim lo¹i
Ch−¬ng 5
thÐp vµ gang
ThÐp cã c¬ tÝ nh tæng hîp cao, cã tÝ nh c«ng nghÖ tèt (t¹o h× nh, gia c«ng c¬ khÝ ,
biÕn d¹ng , hµn, nhiÖt luyÖn) lµ vËt liÖu chÕ t¹o m¸y th«ng dông, chñ yÕu vµ quan
träng nhÊt.
Theo thµnh phÇn hãa häc cã hai lo¹i thÐp: cacbon vµ hîp kim:
5.1. Kh¸i niÖm vÒ thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim
5.1.1. ThÐp cacbon
ThÐp cacbon hay thÐp th−êng: chiÕm tû träng rÊt lín (tíi 80 ÷ 90%) trong tæng s¶n
l−îng thÐp.
a. Thµnh phÇn hãa häc: %C < 2,14%, khi nung lªn ®ñ cao → γ - m¹ng A1, rÊt
dÎo → biÕn d¹ng. Ngoµi Fe & C cßn cã: Mn, Si, P &S
T¹p chÊt cã lîi: Mn, Si, do: quÆng s¾t, do khö «xy
T¹p chÊt cã h¹i: P & S, do quÆng s¾t vµ than ®−a vµo < 0,05% cho mçi nguyªn tè.
VËy thÐp nµo ngoµi s¾t ra còng ®Òu cã chøa:
C ≤ 2,14%, Mn ≤ 0,80%, Si ≤ 0,40%, P ≤ 0,050%, S ≤ 0,050%.
Ngoµi P vµ S cßn cã c¸c t/c cã h¹i: H, N, O,.. hßa tan vµo thÐp láng, lµ t¹p chÊt Èn
n¸u.
C¸c nguyªn tè cã lîi (nguyªn tè hîp kim): do håi liÖu ®−a vµo: Cr, Ni, Mo, Cu,
Ti,…
b. ¶nh h−ëng cña C ®Õn tæ chøc, tÝ nh chÊt vµ c«ng dông cña thÐp th−êng
Lµ nguyªn tè quan träng nhÊt, quyÕt ®Þnh chñ yÕu ®Õn tæ chøc, tÝ nh chÊt (c¬ tÝ nh),
c«ng dông cña thÐp (c¶ thÐp cacbon lÉn thÐp hîp kim thÊp).
Tæ chøc tÕ vi: G§P Fe-C, %C t¨ng lªn th× %Xª lµ pha gißn còng t¨ng lªn t−¬ng
øng (thªm 1%C th× Xª t¨ng thªm 15% (100/6,67= 15%)) do ®ã lµm thay ®æi tæ
chøc vµ tÝ nh chÊt thÐp.
- C ≤ 0,006% - thÐp cã tæ chøc thuÇn F (h× nh 3.19a), coi nh− s¾t nguyªn chÊt.
- C = 0,10 ÷ 0,70% - thÐp cã tæ chøc F+P, khi %C t¨ng lªn %P t¨ng lªn (h× nh
3.22a,b,c), ®ã lµ c¸c thÐp tr−íc cïng tÝ ch.
- C = 0,80% - thÐp cã tæ chøc P (h× nh 3.20a,b), ®ã lµ thÐp cïng tÝ ch.
- C ≥ 0,90% - thÐp cã tæ chøc P+XªII (h× nh 3.23), khi %C t¨ng lªn l−îng XªII t¨ng
C¬ tÝ nh: H× nh 5.1
σb, ψ, HB, aK
HB
σb
ψ H× nh 5.1. ¶nh h−ëng cña cacbon
®Õn c¬ tÝ nh cña thÐp th−êng (ë tr¹ng
δ th¸i ñ)
aK
0,8 %C
69
T¨ng %C: lµm gi¶m ®é dÎo (δ, ψ) vµ ®é dai va ®Ëp (aK) v× %Xª t¨ng
T¨ng %C th× σb t¨ng vµ ®¹t cùc ®¹i trong kho¶ng 0,80 ÷ 1,00%C, sau ®ã gi¶m ®i
v× ban ®Çu %C t¨ng th× %Xª t¨ng lµm t¨ng bÒn, sau khi v−ît qu¸ 0,80 ÷ 1,00%C
ngoµi peclit (tÊm) cßn XªII
Theo %C cã 4 nhãm víi c¬ tÝ nh vµ c«ng dông rÊt kh¸c nhau nh− sau:
- ThÐp cã cacbon thÊp (≤ 0,25%): dÎo, dai cao nh−ng ®é bÒn, ®é cøng l¹i thÊp,
X©y dùng
- ThÐp cã cacbon trung b× nh (0,30 ÷ 0,50%): chi tiÕt m¸y chÞu t¶i träng tÜnh vµ va
®Ëp cao.
- ThÐp cã cacbon t−¬ng ®èi cao (0,55 ÷ 0,65%): chi tiÕt ®µn håi.
- ThÐp cã cacbon cao (≥ 0,70%): dông cô nh− dao c¾t, khu«n dËp, dông cô ®o.
TÝ nh c«ng nghÖ:
%C cµng thÊp cµng dÔ hµn vµ dËp.
%C cµng cao th× thÐp cµng cøng cµng khã c¾t, nh−ng %C qu¸ thÊp → dÎo qu¸
khã gia c«ng c¾t
c. ¶nh h−ëng cña c¸c t¹p chÊt th−êng cã
Mn: Mn ®Ó khö «xy thÐp: Mn + FeO → Fe + MnO → xØ
Ngoµi ra, Mn lo¹i trõ ®−îc t¸c h¹i cña S. Mn ¶nh h−ëng tèt ®Õn c¬ tÝ nh, khi hßa
tan vµo F nã n©ng cao ®é bÒn vµ ®é cøng cña pha nµy (h× nh 5.2a), trong thÐp C,
%Mn= (0,50 ÷ 0,80)%.
Si: ®Ó khö «xy triÖt ®Ó: Si + FeO → Fe + SiO2 → xØ
Gièng nh− Mn, Si hßa tan vµo F còng n©ng cao ®é bÒn vµ ®é cøng cña pha nµy
(h× nh 5.2a) nªn lµm t¨ng c¬ tÝ nh cña thÐp, %Si = (0,20 ÷ 0,40)%.
P: hßa tan vµo F lµm x« lÖch rÊt m¹nh m¹ng tinh thÓ pha nµy lµm t¨ng m¹nh tÝ nh
gißn nguéi
S: kh«ng hßa tan trong Fe (c¶ Feα lÉn Feγ) mµ t¹o nªn hîp chÊt FeS. Cïng tinh
(Fe+FeS) t¹o thµnh ë nhiÖt ®é thÊp (988oC), g©y bë nãng. Mn do t¹o nªn MnS,
kÕt tinh ë nhiÖt ®é cao, 1620oC, lµm gi¶m t¸c h¹i cña S.
d. Ph©n lo¹i thÐp cacbon
Theo ®é s¹ch t¹p chÊt cã h¹i vµ ph−¬ng ph¸p luyÖn
Trªn thÕ giíi hiÖn cßn ba ph−¬ng ph¸p luyÖn thÐp chÝ nh lµ lß mactanh, lß ®iÖn hå
quang vµ lß thæi «xy tõ ®Ø nh (lß L-D) (n−íc ta chØ b»ng lß ®iÖn hå quang).
Theo møc ®é s¹ch t¹p chÊt tõ thÊp ®Õn cao cã c¸c møc chÊt l−îng sau.
- ChÊt l−îng th−êng: P, S ≤ 0,050% (hay cao h¬n mét chót). ThÐp ®−îc luyÖn tõ
lß L-D, n¨ng suÊt rÊt cao vµ gi¸ thµnh thÐp rÎ.
- ChÊt l−îng tèt: P, S ≤ 0,040% ë lß mactanh vµ lß ®iÖn hå quang.
- ChÊt l−îng cao: P, S ≤ 0,030% cho mçi nguyªn tè. Lß ®iÖn hå quang dïng
nguyªn liÖu chÊt l−îng cao.
- ChÊt l−îng rÊt cao: P, S ≤ 0,020% cho mçi nguyªn tè. ThÐp sau khi luyÖn ë lß
hå quang ®−îc tinh luyÖn tiÕp tôc: b»ng ®iÖn xØ , ®óc ch©n kh«ng.
C¸c thÐp cacbon b¸n trªn thÞ tr−êng gåm ba cÊp chÊt l−îng: th−êng, tèt vµ cao (Ý t
gÆp). ThÐp hîp kim chØ cã c¸c cÊp: tèt, cao vµ rÊt cao. Trong x©y dùng chØ dïng
chÊt l−îng th−êng, ChÕ t¹o m¸y ph¶i dïng chÊt l−îng tõ tèt trë lªn, riªng thÐp lµm
æ l¨n ph¶i ®¹t cÊp chÊt l−îng rÊt cao.
70
Theo ph−¬ng ph¸p khö «xy:
ThÐp s«i: chØ ®−îc khö «xy kh«ng triÖt ®Ó b»ng FeMn, do cßn FeO nªn:
FeO + C → Fe + CO↑, khÝ CO lµm thÐp s«i
§Æc ®iÓm cña thÐp s«i:
- %Si thÊp (≤ 0,05 ÷ 0,07%), thÐp rÊt mÒm vµ dÎo, rÊt dÔ dËp nguéi,
- kh«ng dïng thÐp s«i ®Ó ®óc ®Þnh h× nh, cho kÕt cÊu hµn,.. sinh bät khÝ lµm gi¶m
chÊt l−îng.
- kh«ng dïng thÐp s«i ®Ó lµm chi tiÕt thÊm cacbon v× lµ thÐp b¶n chÊt h¹t lín.
ThÐp lÆng: lµ lo¹i ®−îc khö «xy triÖt ®Ó b»ng c¶ FeMn vµ FeSi vµ Al, nªn mÆt thÐp
lÆng.
§Æc ®iÓm cña thÐp lÆng:
- %Si kh¸ cao (0,15 ÷ 0,35%), v× thÕ F cña thÐp cøng vµ bÒn h¬n, khã dËp nguéi
h¬n
- kh«ng bÞ rç khÝ khi ®óc, tuy nhiªn lâm co lín kh«ng kinh tÕ
- Dïng ®−îc cho c¸c kÕt cÊu hµn, thÊm C
ThÐp nöa lÆng: chØ ®−îc khö «xy b»ng FeMn, Al. TÝ nh chÊt trung gian gi÷a thÐp
s«i vµ lÆng. Dïng thay thÕ cho thÐp s«i. ThÐp hîp kim chØ cã lo¹i thÐp lÆng, thÐp
cacbon cã c¶ ba lo¹i.
Theo c«ng dông
ThÐp kÕt cÊu: khèi l−îng lín nhÊt, gåm 2 nhãm: thÐp x©y dùng vµ thÐp chÕ t¹o
m¸y.
- ThÐp x©y dùng: c¬ tÝ nh tæng kh«ng cao l¾m, ph¶i dÎo vµ cã tÝ nh hµn tèt, kh«ng
nhiÖt luyÖn.
- ThÐp chÕ t¹o m¸y: ®ßi hái c¬ tÝ nh tæng hîp ë møc ®é cao h¬n, ph¶i qua nhiÖt
luyÖn.
ThÐp dông cô: cøng vµ chèng mµi mßn.
e. Tiªu chuÈn thÐp cacbon
Tiªu chuÈn ViÖt Nam:
TCVN 1765 - 75: ThÐp ®−îc ký hiÖu b»ng CT : gåm 3 ph©n nhãm A, B vµ C, A lµ
chñ yÕu.
Ph©n nhãm A: CTxx, bá c÷ A. VÝ dô CT38, CT38n, CT38s lµ ba m¸c cïng cã ¬b
≥ 38kG/mm2 hay 380MPa song víi ba møc khö «xy kh¸c nhau: lÆng, nöa lÆng vµ
s«i
Ph©n nhãm B: quy ®Þnh thµnh phÇn (tra sæ tay): BCT38:(0,14-0,22)C-(0,3-
0,65)Mn
Ph©n nhãm C: quy ®Þnh c¶ hai: c¬ tÝ nh lÉn thµnh phÇn hãa häc, vÝ dô: m¸c
CCT38 cã c¬ tÝ nh cña CT38 cßn thµnh phÇn cña BCT38.
TCVN 1766-75: quy ®Þnh c¸c m¸c thÐp kÕt cÊu cacbon chÊt l−îng tèt ®Ó chÕ t¹o
m¸y:- Cxx. VÝ dô: C40 lµ m¸c cã kho¶ng 0,40%C (0,38 ÷ 0,45%), chÊt l−îng tèt
nªn l−îng P vµ S ≤ 0,040%, C40A, lµ m¸c cã chÊt l−îng cao P, S ≤ 0,030%.
TCVN 1822-76: thÐp dông cô cacbon b»ng CD (C lµ cacbon, D lµ dông cô) víi sè
tiÕp theo chØ l−îng cacbon trung b× nh tÝ nh theo phÇn v¹n - CDxx hoÆc CDxxx. VÝ
dô, CD80 vµ CD80A lµ hai m¸c cïng cã kho¶ng 0,80%C (0,75 ÷ 0,84%) song víi
chÊt l−îng tèt vµ cao.
71
Tiªu chuÈn c¸c n−íc: Nga : ΓOCT
ThÐp kÕt cacbon chÊt l−îng th−êng dïng trong x©y dùng: CTx víi c¸c sè tõ 0, 1
®Õn 6 chØ cÊp ®é bÒn (sè cµng to ®é bÒn cµng cao). Còng cã c¸c ph©n nhãm theo
thø tù A, Б, B lÇn l−ît t−¬ng øng víi c¸c ph©n nhãm A, B, C cña TCVN.
ThÐp kÕt cÊu cacbon chÊt l−îng tèt: xx, c¸c sè chØ phÇn v¹n C, m¸c 40 cã
kho¶ng 0,40%C
ThÐp cacbon dông cô: Уxx,c¸c sè chØ l−îng C phÇn ngh× n: У12 cã kho¶ng
1,20%C.
Hoa Kú: sö dông nhiÒu tiªu chuÈn cho thÐp cacbon. ASTM ®−îc dïng cho thÐp
x©y dùng. AISI vµ SAE cho c¸c thÐp chÕ t¹o m¸y vµ dông cô:
AISI/SAE: thÐp C ký hiÖu 10xx, thÐp C cã Mn cao lµ 15xx, trong ®ã xx chØ C phÇn
v¹n
NhËt b¶n: JIS quy ®Þnh:
ThÐp kÕt cÊu chÊt l−îng th−êng: ký hiÖu SSxxx hay SMxxx, xxx lµ c¸c sè chØ
giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu tÝ nh b»ng MPa
ThÐp kÕt cÊu cacbon chÊt l−îng tèt: ký hiÖu SxxC, xx lµ sè chØ l−îng cacbon
phÇn v¹n
ThÐp cacbon dông cô: ký hiÖu SKx víi x lµ c¸c sè thø tù tõ 1 ®Õn 7.
f. −u nh−îc ®iÓm cña thÐp cacbon
−u ®iÓm: dïng rÊt réng r·i v× ba −u ®iÓm sau:
1) RÎ, dÔ kiÕm kh«ng ph¶i dïng c¸c nguyªn tè hîp kim ®¾t tiÒn
2) C¬ tÝ nh tæng hîp nhÊt ®Þnh phï hîp víi c¸c ®iÒu kiÖn th«ng dông
3) TÝ nh c«ng nghÖ tèt: dÔ ®óc, c¸n, rÌn, kÐo sîi, hµn, gia c«ng c¾t (so víi thÐp
hîp kim).
Nh−îc ®iÓm: ®iÓn h× nh lµ:
1) §é thÊm t«i thÊp nªn hiÖu qu¶ hãa bÒn b»ng nhiÖt luyÖn t«i + ram kh«ng cao
2) TÝ nh chÞu nhiÖt ®é cao kÐm: khi nung nãng ®é bÒn cao cña tr¹ng th¸i t«i gi¶m
nhanh ë trªn 200oC, ë trªn 570oC bÞ «xy hãa m¹nh.
3) Kh«ng cã c¸c tÝ nh chÊt vËt lý hãa häc ®Æc biÖt nh−: cøng nãng, chèng ¨n mßn.
ThÐp cacbon ®−îc dïng lµm c¸c chi tiÕt nhá, h× nh d¹ng ®¬n gi¶n, chÞu t¶i
träng nhÑ vµ võa, lµm viÖc ë nhiÖt ®é th−êng.
5.1.2. ThÐp hîp kim
Trong kü thuËt dïng ngµy cµng nhiÒu thÐp hîp kim vµo c¸c môc ®Ý ch quan
träng.
a. Thµnh phÇn hãa häc
ThÐp cacbon: C ≤ 2,14%, Mn ≤ 0,80%, Si ≤ 0,40%, P ≤ 0,050%, S ≤ 0,050%
cßn l¹i lµ thÐp hîp kim. ThÐp hîp kim lµ lo¹i cã chÊt l−îng tõ tèt trë lªn: P vµ S ≤
0,040%.
b. C¸c ®Æc tÝ nh cña thÐp hîp kim
C¬ tÝ nh: ®é bÒn cao h¬n h¼n so víi thÐp cacbon, nhÊt lµ sau khi t«i + ram, hÖ
qu¶:
- ë tr¹ng th¸i kh«ng t«i + ram, ®é bÒn cña thÐp hîp kim kh«ng cao h¬n thÐp
cacbon bao nhiªu.
72
- −u viÖt vÒ ®é bÒn cao cña thÐp hîp kim cµng râ khi tiÕt diÖn > 20mm → dïng
cho chi tiÕt lín
- Cã thÓ t«i dÇu nªn Ý t biÕn d¹ng vµ nøt, rÊt −u viÖt cho cho chi tiÕt phøc t¹p.
- T¨ng % hîp kim th× hiÖu qu¶ ho¸ bÒn b»ng nhiÖt luyÖn t¨ng song ®é dÎo, ®é dai
vµ tÝ nh c«ng nghÖ xÊu ®i, trõ nhiÖt luyÖn.
TÝ nh chÊt vËt lý, hãa häc ®Æc biÖt: chèng ¨n mßn, tÝ nh chÊt tõ, gi·n në nhiÖt, chÞu
nhiÖt... h¬n
c. T¸c dông cña nguyªn tè hîp kim ®Õn tæ chøc cña thÐp
Hßa tan vµo s¾t thµnh dung dÞch r¾n: Mn, Si, Cr, Ni. l−îng dïng 1 vµi %, t¨ng ®é
cøng, ®é bÒn vµ gi¶m ®é dÎo, ®é dai (h× nh 5.2) do ®ã Mn vµ Si 1 ÷ 2%.
Ni vµ Cr (cho tíi hµm l−îng 4%): võa lµm t¨ng cøng cßn lµm t¨ng chót Ý t ®é dai,
t¨ng ®é thÊm t«i lµ c¸c nguyªn tè quan träng.
Víi l−îng nhiÒu (>10%) Cr, Ni, Mn: H× nh 5.3 cho thÊy Mn, Ni më réng vïng γ
(thu hÑp khu vùc α), 10 ÷ 20% tæ chøc γ tån t¹i c¶ ë nhiÖt ®é th−êng. Cr thu hÑp
khu vùc γ, > 20% tæ chøc F tån t¹i c¶ ë nhiÖt ®é cao cho tíi khi ch¶y láng. ThÐp
nµy còng kh«ng cã chuyÓn biÕn pha, kh«ng thÓ hãa bÒn b»ng t«i vµ ®−îc gäi lµ
thÐp F.
HB Mn aK
Si Ni
180 3000
Ni Cr
140 2000
Cr
Mn
100 1000
Si
2 4 6 2 4 6
% ng/tè hk % ng/tè hk
H× nh 5.2. ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn ®é cøng (a) vµ ®é dai va ®Ëp (b)
T¹o thµnh cacbit
C¸c nguyªn tè Si, Ni, Al, Cu, Co kh«ng t¹o cacbit
C¸c nguyªn tè t¹o cacbit gåm: Mn, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb cã 2 t¸c dông: hßa tan
vµ t¹o cacbit.
Kh¶ n¨ng t¹o cacbit phô thuéc vµo sè ®iÖn tö cña ph©n líp nd (3d, 4d, 5d), cµng Ý t
th× kh¶ n¨ng t¹o cacbit cµng m¹nh:
Fe (3d6), Mn (3d5), Cr (3d5), Mo (4d5), W (5d4), V (3d3), Ti (3d2), Zr (4d2), (Nb (4d4))
Mn vµ Cr: t¹o thµnh cacbit trung b× nh, Mo vµ W: t¹o thµnh kh¸ m¹nh,
V: t¹o thµnh cacbit m¹nh, vµ Ti, Zr, Nb: t¹o thµnh cacbit rÊt m¹nh, (Nd ngo¹i
lÖ t¹o cacbit m¹nh h¬n).
Khi ®−a vµo thÐp c¸c nguyªn tè nµy, cacbon sÏ −u tiªn kÕt hîp víi c¸c nguyªn tè
m¹nh tr−íc.
- Xªmentit hîp kim (Fe, Me)3C: Mn, Mo, W (1 ÷ 2%) t¹o (Fe, Me)3C. Xªmentit
hîp kim cã tÝ nh æn ®Þnh cao h¬n xªmentit chót Ý t, nhiÖt ®é t«i cã t¨ng ®«i chót.
- Cacbit víi kiÓu m¹ng phøc t¹p: Khi hîp kim chØ víi mét nguyªn tè hîp kim
song víi l−îng lín > 10% Cr hoÆc Mn (cã dC / dMe > 0,59) t¹o: Cr7C3, C23C6, Mn3C,
®Æc tÝ nh:
73
+ cã ®é cøng cao (h¬n xªmentit mét chót),
+ cã nhiÖt ®é ch¶y kh«ng cao l¾m, trong kho¶ng 1550 ÷ 1850oC (cao h¬n
xªmentit), nªn cã tÝ nh æn ®Þnh cao h¬n. NhiÖt ®é t«i cña thÐp ph¶i cao h¬n
1000oC.
T, oC T, oC
1200 0%Mn 1200
γ
γ 4%Mn 10%Cr
1000 1000
8%Mn
15%Cr
800 800
0%Cr
600 600
0,4 0,8 1,2 %C 0,4 0,8 1,2 %C
a) b)
H× nh 5.3. ¶nh h−ëng cña Mn (a) vµ Cr (b) ®Õn c¸c vïng α vµ γ trªn gi¶n ®å Fe-C.
- Cacbit kiÓu Me6C: Nguyªn tè: Cr, W, Mo, cacbit lo¹i Me6C. Lo¹i cacbit nµy cßn
khã hßa tan vµo austenit h¬n vµ æn ®Þnh h¬n lo¹i trªn. NhiÖt ®é t«i cña thÐp trong
kho¶ng 1200 ÷ 1300o
- Cacbit víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n MeC (Me2C): V, Ti, Zr, Nb l−îng Ý t (0,1%), t¹o
cacbit nh− VC, TiC, ZrC, NbC, chóng chÝ nh lµ pha xen kÏ rÊt cøng nh−ng Ý t gißn,
t¨ng m¹nh tÝ nh chÞu mµi mßn. Mçi nhãm thÐp th−êng chØ gÆp 1 ÷ 2 lo¹i cacbit kÓ
trªn, cô thÓ lµ:
+ xªmentit hîp kim trong thÐp kÕt cÊu,
+ cacbit víi kiÓu m¹ng phøc t¹p trong thÐp kh«ng gØ vµ bÒn nãng (nhãm thÐp ®Æc
biÖt),
+ cacbit kiÓu Me6C trong thÐp giã (thuéc thÐp dông cô), MeC, trong c¸c nhãm
thÐp kh¸c nhau.
Vai trß cña cacbit hîp kim
- T¨ng ®é cøng, tÝ nh chèng mµi mßn cña thÐp m¹nh h¬n c¶ Xª. Nh− sau nµy sÏ
thÊy thÐp lµm dông cô tèt nhÊt ph¶i lµ lo¹i thÐp cã cacbon cao vµ hîp kim cao
- N©ng cao nhiÖt ®é t«i, gi÷ ®−îc h¹t nhá khi nung, do ®ã n©ng cao ®é dai vµ c¬
tÝ nh nãi chung
- T¨ng tÝ nh cøng hay bÒn nãng ®«i khi tíi 500 ÷ 600oC.
d. ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn qu¸ tr× nh nhiÖt luyÖn
ChËm chuyÓn biÕn khi nung nãng ®Ó t«i
- cacbit hîp kim khã khã hßa tan h¬n Xª, ®ßi hái nhiÖt ®é t«i cao h¬n vµ thêi gian
gi÷ nhiÖt dµi h¬n so víi thÐp cacbon. H·y so s¸nh c¸c thÐp cïng cã 1,00%C
nh−ng víi l−îng hîp kim cao thÊp kh¸c nhau:+ thÐp cacbon 1,00%C (m¸c
CD100), Fe3C, nhiÖt ®é t«i kho¶ng 780oC
+ thÐp æ l¨n (OL100Cr1,5 (ШX15) 1,00%C + 1,50%Cr, (Fe,Cr)3C, nhiÖt ®é t«i
kho¶ng 830oC,
+ thÐp lµm khu«n dËp (hîp kim cao) 1,00%C + 12,0%Cr, Cr23C6, nhiÖt ®é t«i >
1000oC.
74
- TiC, ZrC, NbC,… gi÷ h¹t nhá. WC, MoC yÕu h¬n. Riªng Mn lµm to h¹t
austenit. C¸c nguyªn tè: Cr, Ni, Si, Al ®−îc coi lµ trung tÝ nh.
T¨ng ®é æn ®Þnh cña austenit qu¸ nguéi vµ t¨ng ®é thÊm t«i:
TÊt c¶ c¸c nguyªn tè hîp kim (trõ Co) lµm t¨ng ®é æn ®Þnh γ qu¸ nguéi tøc lµ gi¶m
tèc ®é t«i tíi h¹n Vt.h (h× nh 5.4a). §Æc biÖt Mo (khi riªng rÏ) vµ Cr - Ni (khi kÕt hîp)
vµ Cr, Mn, B. Do ®ã lµm t¨ng ®é thÊm t«i cña thÐp (h× nh 5.4).
thÐ p hîp kim
thÐ p cacbon φ
nhiÖ t ®é
Vnguéi
Vth1
δ1
Vth2
M®1
δ2
M®2 δ2
Vth1 Vth2
thêi gian
H× nh 5.4. So s¸nh gi¶n ®å T - T - T,
Vth (a) vµ ®é thÊm t«i (b) gi÷a thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim
T¨ng austenit d−: Cø 1% nguyªn tè hîp kim lµm thay ®æi M® nh− sau: (“-” gi¶m,
“+” t¨ng):
Nguyªn tè Mn Cr Ni Mo Co Al Si
∆T, ®é -45 -35 -26 -25 +12 +18 0
Do γ d− t¨ng lµm ®é cøng sau khi t«i gi¶m 1 ÷ 10 ®¬n vÞ HRC, → gia c«ng l¹nh
hay ram nhiÒu lÇn ë nhiÖt ®é thÝ ch hîp ®Ó γ d− → M
e. ChËm chuyÓn biÕn khi ram
§Æc biÖt W, Mo, Cr cã ¸i lùc m¹nh nªn gi÷ C l¹i trong M, do ®ã duy tr× ®é cøng
cao ë nhiÖt ®é cao h¬n:
- xªmentit Fe3C ë 200oC,
- xªmentit hîp kim (Fe,Me)3C ë 250 ÷ 300oC,
- cacbit cr«m Cr7C3, Cr23C6 ë 400 ÷ 450oC,
- cacbit Fe3W3C lo¹i Me6C ë 550 ÷ 600oC,
VC, TiC, ZrC, NbC kh«ng hßa tan khi nung nãng nªn kh«ng tiÕt ra do ®ã dÉn
®Õn c¸c hiÖu øng sau.
- N©ng cao tÝ nh chÞu nhiÖt ®é cao, tÝ nh bÒn nãng, tÝ nh cøng nãng.
- T¨ng ®é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn, ®−îc gäi lµ hãa cøng ph©n t¸n.
- So víi thÐp C, thÐp hîp kim ph¶i ram ë nhiÖt ®é cao h¬n nªn khö bá ®−îc
øng suÊt bªn trong nhiÒu h¬n v× thÕ thÐp cã thÓ b¶o ®¶m ®é dai tèt.
Tãm t¾t c¸c t¸c dông tèt cña nguyªn tè hîp kim lµ:
+ khi hßa tan vµo dung dÞch r¾n: lµm hãa bÒn vµ t¨ng tÝ nh æn ®Þnh cña γ qu¸
nguéi
+ khi t¹o thµnh cacbit hîp kim:
• t¨ng cøng vµ chèng mµi mßn, khã hßa tan khi nung gi÷ cho h¹t nhá,
• khã tiÕt ra khái M h¬n nªn g©y nªn bÒn nãng vµ cøng nãng,
• khi ram ®−îc tiÕt ra d−íi d¹ng phÇn tö nhá mÞn, ph©n t¸n g©y hãa bÒn.
75
f. C¸c khuyÕt tËt cña thÐp hîp kim
Tuy cã nhiÒu −u viÖt, thÐp hîp kim ®«i khi còng thÓ hiÖn mét sè khuyÕt tËt
cÇn biÕt ®Ó phßng tr¸nh.
Thiªn tÝ ch: Nguyªn tè hîp kim dÔ bÞ thiªn tÝ ch
§èm tr¾ng: C¸c vÕt nøt nhá mµu tr¾ng trªn ph«i thÐp sau c¸n do H2 hßa tan khi
nÊu luyÖn, khi lµm nguéi nhanh xuèng d−íi 200oC, hy®r« tho¸t ra m¹nh, g©y ra
nøt g©y phÕ phÈm kh«ng ch÷a ®−îc, thÐp hîp kim Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-W khi
c¸n nãng (sau ®óc c¸c rç co ph©n t¸n lµ tói chøa hy®r«). Ng¨n ngõa hoµ tan H2
khi nÊu luyÖn vµ lµm nguéi thËt chËm sau khi c¸n ®Ó hy®r« kÞp tho¸t ra.
Gißn ram:
2 cùc tiÓu vÒ ®é dai ë hai kho¶ng nhiÖt ®é ram (h× nh 5.5), ta gäi ®ã lµ gißn
ram. Nguyªn nh©n gißn ram vÉn ch−a ®−îc x¸c ®Þnh râ rµng.
Gißn ram lo¹i I: (kh«ng thuËn nghÞch,
kh«ng ch÷a ®−îc), khi ram 280 ÷ 350oC thÐp cacbon nguéi nhanh
aK
(mçi m¸c cã mét kho¶ng hÑp h¬n trong
ph¹m vi nµy), tr¸nh ram ë kho¶ng nhiÖt
®é nµy. nguéi chËm
Gißn ram lo¹i II: (thuËn nghÞch hay cã
thÓ ch÷a ®−îc). ThÐp hîp kim Cr, Mn, thÐp
Cr - Ni, Cr - Mn, ram ë 500 ÷ 600 C, råi
o hîp kim
lµm nguéi trong kh«ng khÝ . NÕu sau khi
ram lµm nguéi nhanh trong dÇu hay
n−íc th× kh«ng bÞ gißn ram, c¸c chi tiÕt 300 600 T, oC
lín (v× nguéi chËm) ph¶i hîp kim hãa H× nh 5.5. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ram
0,20 ÷ 0,50%Mo hay 0,50 ÷ 1,00%W ®Õn ®é dai va ®Ëp
míi hÕt gißn ram.
g. Ph©n lo¹i thÐp hîp kim
Theo tæ chøc c©n b»ng tæ chøc ë tr¹ng th¸i ñ:
- thÐp tr−íc cïng tÝ ch: P+F,
- thÐp cïng tÝ ch: P,
- thÐp sau cïng tÝ ch: P + XªII,
- thÐp lª®ªburit (cacbit): P+XªII+ Lª
ThÐp hîp kim cao (Cr, Mn hay Cr - Ni) sÏ cã:
- thÐp ferit: (Cr> 17%, rÊt Ý t cacbon),- thÐp γ: Mn>13%, cacbon cao vµ lo¹i
Cr>18%+Ni> 8%).
Theo tæ chøc th−êng hãa : mÉu nhá φ25, tuú theo l−îng nguyªn tè hîp kim (h× nh
5.6):
nhiÖ t ®é
nhiÖ t ®é
nhiÖ t ®é
M®
M®
0oC 0oC 0oC
thêi gian M®
a) b) thêi gian c) thêi gian
H× nh 5.6. Tæ chøc sau khi th−êng hãa cña c¸c thÐp víi
l−îng hîp kim t¨ng dÇn: a. peclit, b. mactenxit, c. austenit.
76
- ThÐp peclit: lo¹i hîp kim thÊp, hoÆc thÐp, xoocbit, tr«xtit; phÇn lín thÐp thuéc
lo¹i nµy,
Theo nguyªn tè hîp kim:
Dùa vµo tªn nguyªn tè hîp kim chÝ nh:
- ThÐp Cr, Mn, lµ c¸c thÐp hîp kim (hãa) ®¬n gi¶n.
- ThÐp cã hai hay nhiÒu nguyªn tè hîp kim nh− Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, lµ c¸c thÐp
hîp kim (hãa) phøc t¹p.
Theo tæng l−îng nguyªn tè hîp kim:
- ThÐp hîp kim thÊp: lo¹i cã tæng l−îng < 2,5% (th−êng lµ thÐp peclit).
- ThÐp hîp kim trung b× nh: tõ 2,5 ®Õn 10% (th−êng lµ thÐp hä tõ peclit ®Õn
mactenxit).
- ThÐp hîp kim cao: lo¹i cã tæng l−îng >10% (th−êng lµ hä mactenxit hay
austenit)
C¸ch ph©n lo¹i nµy cã nguån gèc cña Nga (Γ ΓOCT).
Trung Quèc: < 5% hîp kim thÊp, 5-10% lµ HK ho¸ trung b× nh, > 10% hîp kim cao.
C¸c n−íc T©y ¢u chØ cã hai lo¹i: ≤5% lµ HK ho¸ thÊp, >5 lµ HK ho¸ cao
Theo c«ng dông:
3 lo¹i: - thÐp hîp kim kÕt cÊu,- thÐp hîp kim dông cô vµ- thÐp hîp kim ®Æc
biÖt,
h. Tiªu chuÈn thÐp hîp kim
Tiªu chuÈn ViÖt Nam: TCVN 1759 - 75 quy ®Þnh: xx(NTHK)%
quy trßn thµnh sè nguyªn), riªng kho¶ng 1% th× kh«ng cÇn biÓu thÞ (b»ng sè).
VÝ dô:
thÐp 40Cr: cã 0,36 ÷ 0,44%C, 0,80 ÷ 1,00%Cr
thÐp 12CrNi3: cã 0,09 ÷ 0,16%C, 0,60 ÷ 0,90%Cr, 2,75 ÷ 3,75%Ni
Tiªu chuÈn Nga : ΓOCT: (t−¬ng tù víi c¸ch ký hiÖu cña ViÖt nam), ký hiÖu c¸c
nguyªn tè:
X =Cr, H =Ni, B =W, M=Mo, T=Ti, K=Co, Γ=Mn, C=Si, Φ=V, Д=Cu, Ю=Al, P=B,
40Cr lµ 40X, 12CrNi3 lµ 12XH3, 140CrW5 hay CrW5 lµ XB5, nh−ng 90CrSi lµ
9XC.
Tiªu chuÈn Hoa Kú: AISI vµ SAE
§èi víi thÐp dông cô: AISI ký hiÖu gåm mét ch÷ c¸i chØ nhãm thÐp vµ sè thø tù.
Sau ®©y c¸c ch÷ c¸i (th−êng lÊy theo ch÷ c¸i ®Çu tiªn chØ nhãm thÐp) ®ã:
W- cho thÐp t«i n−íc (water),
S- cho thÐp dông cô chÞu va ®Ëp (shock),
T- cho thÐp giã vonfram (tungsten),
H- cho thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nãng (hot),
D- thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nguéi (cold),
M- cho thÐp giã m«lip®en - vonfram,
O- cho thÐp t«i dÇu (oil),
A- cho thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nguéi, tù t«i, trong kh«ng khÝ (air),
§èi víi thÐp hîp kim kÕt cÊu:gåm 4 sè xxxx nªn ®−îc viÕt lµ AISI/SAE xxxx, trong
®ã, 2 sè ®Çu chØ nguyªn tè hîp kim chÝ nh, 2 sè cuèi chØ l−îng cacbon theo phÇn
v¹n, víi quy −íc:
77
thÐp cacbon: 10xx thÐp niken-cr«m-m«lip®en (11 lo¹i):
thÐp cacbon cã Mn n©ng cao: 5xx 43xx, 43BVxx, 47xx, 81xx, 86xx, 87xx,
thÐp dÔ c¾t (2 lo¹i): 11xx,12xx 88xx 93xx, 94xx, 97xx, 98xx
thÐp mangan: 13xx thÐp niken-m«lip®en (2 lo¹i): 46xx, 48xx
thÐp niken (2 lo¹i): 23xx, 25xx thÐp cr«m (2 lo¹i): 50xx, 51xx
thÐp niken-cr«m (4) : 31xx, 32xx, thÐp cr«m víi 0,50 ÷ 1,50%C (3lo¹i):
33xx, 34xx 501xx, 511xx, 521xx
thÐp m«lip®en (2 lo¹i): 40xx, 44xx thÐp vonfram-cr«m: 72xx
thÐp cr«m-m«lip®en: 41xx thÐp silic-mangan: 92xx
thÐp cr«m-vana®i: 61xx thÐp bo: xxBxx
§èi víi thÐp kh«ng gØ vµ bÒn nãng: AISI ký hiÖu gåm ba sè xxx, trong ®ã: 2xx
vµ 3xx lµ thÐp austenit, 4xx lµ thÐp ferit, 4xx vµ 5xx lµ thÐp mactenxit.
Tiªu chuÈn NhËt B¶n: JIS ký hiÖu thÐp hîp kim më ®Çu b»ng ch÷ S, tiÕp theo lµ
c¸c ch÷ c¸i biÓu thÞ lo¹i thÐp hîp kim vµ cuèi cïng lµ ba sè xxx (trong ®ã hai sè
cuèi chØ phÇn v¹n cacbon trung b× nh) hay mét hoÆc hai sè theo thø tù:
SCrxxx - thÐp kÕt cÊu cr«m, SNCxxx - thÐp kÕt cÊu niken - cr«m,
SMnxxx - thÐp mangan, SCMxxx - thÐp kÕt cÊu cr«m - m«lip®en,
SACMxxx - thÐp nh«m - cr«m - m«lip®en,
SNCMxxx - thÐp kÕt cÊu niken - cr«m - m«lip®en,
SUJx - thÐp æ l¨n, SUMx - thÐp dÔ c¾t,
SUPx - thÐp ®µn håi, SUSxxx - thÐp kh«ng gØ (xxx lÊy theo AISI),
SUHx - thÐp bÒn nãng, SKx - thÐp dông cô cacbon,
SKHx - thÐp giã, SKSx, SKDx, SKTx - thÐp dông cô hîp kim.
5.2. ThÐp x©y dùng
5.2.1. §Æc ®iÓm chung - ph©n lo¹i
a. §Æc ®iÓm chung
yªu cÇu kü thuËt sau:
VÒ c¬ tÝ nh: ®ñ ®é bÒn, ®é dÎo (δ ~ 15 ÷ 35%), ®é dai (aK ~ 500 kJ/m2),
VÒ tÝ nh c«ng nghÖ: tÝ nh hµn tèt, dÔ uèn, dÔ c¾t
VÒ thµnh phÇn hãa häc: ®Ó b¶o ®¶m ®é dÎo, ®é dai vµ tÝ nh hµn tèt th× hµm
l−îng cacbon kh«ng ®−îc cao qu¸: C ≤ 0,22%. C¸c nguyªn tè kh¸c chuyÓn thµnh
cacbon ®−¬ng l−îng C®.l tÝ nh theo c«ng thøc:
Mn Cr + Mo + V Ni + Cu
C dl = C + + +
6 5 15
®Ó dÔ hµn, C®l kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 0,55%.
b. Ph©n lo¹i
Theo thµnh phÇn hãa häc hay ®é bÒn: cacbon th«ng dông vµ thÐp hîp kim thÊp
®é bÒn cao.
Theo c«ng dông cã thÓ chia ra c¸c ph©n nhãm: thÐp c«ng dông chung vµ thÐp
c«ng dông riªng (cèt bªt«ng, chuyªn ®ãng tµu, lµm cÇu,…).
5.2.2. ThÐp th«ng dông
a. §Æc ®iÓm chung (thÐp cacbon)
§Æc ®iÓm: ®é bÒn b× nh th−êng (σ0,2 < 300 ÷ 320MPa), rÎ, ®a d¹ng c¸c b¸n
thµnh phÈm c¸n nãng (èng, thanh, gãc, h× nh, l¸, tÊm, b¨ng cho ®Õn d©y, sîi...).
b. ph©n lo¹i theo TCVN
78
Tiªu chuÈn ViÖt nam TCVN 1765-75, chia thÐp x©y dùng thµnh 3 nhãm
ACT (CT), BCT vµ CCT.
Nhãm A quy ®Þnh vÒ c¬ tÝ nh: phæ biÕn nhÊt
M¸c thÐp CT31 CT33(s,n) CT34(s,n) CT38(n,s) CT42(s,n) CT51(n) CT52(n) CT61(n)
σb,kG/mm 2
>31 31-42 33-44 37-49 41-54 51-64 46-60 > 61
Tõ tr¸i sang ph¶i ®é bÒn t¨ng. Hai m¸c ®−îc dïng nhiÒu h¬n c¶ lµ CT38 vµ CT51.
CT38 ®−îc dïng rÊt phæ biÕn cho kÕt cÊu kh«ng ®ßi hái ®é bÒn cao, cã tÝ nh
hµn tèt: cét, th¸p, xµ ngang, èng, d©y, l¸ ®Ó lîp, tÊm ®Ó che, ®ì...
CT51 ®−îc dïng cho c¸c kÕt cÊu chÞu lùc cao h¬n, tÝ nh hµn kÐm h¬n: l−ìi
cµy, b¸nh lång, dông cô b»ng tay ®Ó gia c«ng gç,….
M¸c thÐp s«i (s) c¬ tÝ nh thÊp h¬n thÐp nöa lÆng (n) vµ thÐp lÆng
Nhãm B quy ®Þnh vÒ thµnh phÇn:
M¸c thÐp BCT31 BCT33(s,n) BCT34(s,n) BCT38(n,s) BCT42(s,n) BCT51(n) BCT61(n) BCT61(n)
%C 300 ÷ 320MPa)
Hîp kim: Ý t lµm h¹i tÝ nh hµn nh− Mn, Si,Cr,Cu (Ni,B,N), V,Nb t¹o h¹t nhá, 0,20
÷ 0,30%Cu bÒn ¨n mßn khÝ quyÓn. Tæng l−îng nguyªn tè hîp kim ≤ 2,0÷2,5%,
tæng l−îng Cu+Ni+V+Mo ~ 1,00% (Mn cã thÓ tíi 1,00% v× rÎ). Sö dông thÐp HSLA
thay thÕ cho thÐp th«ng dông mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao.
Nh−îc ®iÓm cña HSLA: tÝ nh hµn kÐm h¬n, dÔ bÞ ph¸ hñy gißn ë nhiÖt ®é thÊp.
b. Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCVN 3104-79: ®· nªu trªn 14Mn, 09Mn2,..
c. Tiªu chuÈn c¸c n−íc Nga: ΓOCT : 14Mn lµ 14Γ, 15CrSiNiCu lµ 15XCHД. ®·
nªu trªn
Nga ®· dïng nhiÒu thÐp HSLA lµm ®−êng èng, cÇu.
NhËt b¶n, theo JIS G3129: quy ®Þnh lo¹t m¸c SH 590P (d¹ng tÊm), SP 590S
(gãc)
. JIS G3114 quy ®Þnh hai m¸c SPA - H (tÊm c¸n nãng) vµ SPA - C (tÊm c¸n
nguéi) cho thÐp cã tÝ nh chèng ¨n mßn tèt trong khÝ quyÓn, cã σ0,2 ≥ 315 vµ
345MPa.
79
5.2.4. ThÐp lµm cèt bªt«ng
ThÐp lµm cèt bªt«ng lµ lo¹i chuyªn dïng lµm cèt cho bªt«ng lµm t¨ng kh¶
n¨ng chÞu kÐo, uèn vµ t¶i träng ®éng cho cÊu kiÖn, rÊt th−êng gÆp hµng ngµy.
TCVN 1651-85: thÐp lµm cèt bªt«ng gåm 4 cÊp: C I, C II, C III vµ C IV:
CÊp C I lµ cÊp chÞu lùc thÊp nhÊt dïng thÐp trßn tr¬n víi m¸c CT38,
CÊp C II dïng thÐp cã ®èt víi m¸c CT51,
C¸c cÊp C III, C IV, gåm c¸c m¸c HSLA: 35MnSi, 18Mn2Si, 25Mn2Si,
20CrMn2Zr
Hoa Kú theo ASTM: HSLA
Lo¹i trßn tr¬n: σb ≥ 485MPa, σ0,2 ≥ 385MPa.
Lo¹i cã ®èt : σb ≥ 550MPa, σ0,2 ≥ 485MPa. cao h¬n cÊp CI vµ CII cña TCVN.
NhËt b¶n theo JIS 3112: cã hai m¸c thÐp trßn tr¬n: SR235 vµ SR295, bèn m¸c
thÐp cã ®èt: SD295, SD345, SD390, SD490; trong ®ã sè chØ σ0,2 tèi thiÓu theo
MPa.
5.2.5. C¸c thÐp kh¸c
D©y thÐp: thÐp nhiÒu cacbon (0,8-1%C) hoÆc thÐp C kh«ng cao l¾m nh−ng biÕn
d¹ng lín.
§−êng ray cho xe löa: 60Mn
5.3. ThÐp chÕ t¹o m¸y
5.3.1. C¸c yªu cÇu chung
a. C¬ tÝ nh : §é bÒn cao (giíi h¹n ch¶y), ®é dai va ®Ëp lín, chÞu mµi mßn, giíi h¹n
mái cao.
b. TÝ nh c«ng nghÖ: DÔ biÕn d¹ng nãng (rÌn), dÔ c¾t gät, cã thÓ nhiÖt luyÖn ®Ó
t¨ng bÒn.
c. TÝ nh kinh tÕ
d. Thµnh phÇn hãa häc : C vµ nguyªn tè hîp kim
Thµnh phÇn hîp kim vµ thÐp hîp kim
Nguyªn tè hîp kim chÝ nh: Cr, Mn, Si vµ Ni (B), HK phô: Ti,Zr,V,Nb,Mo.
Hîp kim hãa phøc t¹p tèt h¬n hîp kim hãa ®¬n gi¶n.
5.3.2. ThÐp thÊm cacbon
a. §Æc ®iÓm c¸c lo¹i thÐp thÊm cacbon vµ t¸c dông cña c¸c nguyªn tè
%C thÊp: 0,10 ÷ 0,25% (0,30%) ®Ó chÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp cao + bÒ mÆt
bÞ mµi mßn m¹nh nh− b¸nh r¨ng, cam, chèt...
ThÐp cacbon: chØ dïng thÐp lÆng: C10, C15, C20, C25. ¸p dông cho ct d < 10÷20,
h× nh d¹ng ®¬n gi¶n, chØ chÞu mµi mßn thÊp. NhiÖt ®é thÊm thÊp < 900-920, thêi
gian thÊm dµi, sau khi thÊm th−êng ho¸ vµ t«i+ram thÊp. kh«ng t«i trùc tiÕp
ThÐp hîp kim: d > 30÷50, h× nh d¹ng phøc t¹p vµ chÞu mµi mßn cao. Hîp kim: Cr
riªng hoÆc kÕt hîp víi Ni, Mn, Ti cã 2 t¸c dông: t¨ng c¬ tÝ nh (thÊm t«i, h¹t nhá),
kh«ng c¶n trë qu¸ tr× nh thÊm cacbon. Kh«ng dïng Si v× c¶n trë thÊm cacbon,
kh«ng dïng riªng Mn lµm h¹t th«.
C¸c m¸c thÐp th−êng dïng: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV
−u viÖt cña thÐp hîp kim so víi thÐp cacbon:
- ®é bÒn cao do ®é thÊm t«i cao, tiÕt diÖn chi tiÕt lín h¬n
80
- chèng mµi mßn cao nhê sau khi thÊm cacbon t¹o nªn c¸c cacbit hîp kim, cøng
nãng >200oC
- t«i trong dÇu nªn Ý t diÕn d¹ng, dïng ®−îc cho c¸c chi tiÕt cã h× nh d¹ng phøc t¹p
- nhiÖt ®é thÊm cao h¬n, do ®ã rót ng¾n ®−îc thêi gian thÊm.
c. ThÐp hîp kim Cr: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV
Dïng cho chi tiÕt nhá (d=20-40), nhiÖt ®é thÊm 900-920, do t¹o cacbit Cr dÔ qu¸
b·o hoµ C
d. ThÐp Cr-Ni vµ Cr-Ni-Mo:
- ®é thÊm t«i lín , bÒn vµ dai cao
- ¸p dông: cho c¸c chi tiÕt quan träng, cÇn ®é tin cËy cao nh− trong «t«, m¸y
bay...Gåm 2 lo¹i:
ThÐp Cr-Ni thÊp: ®é thÊm t«i kh¸ cao, t«i trong dÇu, kh«ng kinh tÕ nªn c¸c n−íc
ph−¬ng T©y kh«ng dïng. 20CrNi (20XH), cho c¸c chi tiÕt h× nh d¹ng phøc t¹p víi d
~ (50 ÷ 75mm), chÞu t¶i träng va ®Ëp cao nh− c¸c b¸nh r¨ng «t« t¶i nhÑ vµ du lÞch
ThÐp Cr-Ni cao: %Ni= 2% ®Õn 4%, %Cr~ 1%, tû lÖ Ni / Cr = 3 hay 4. §é thÊm t«i
rÊt cao, t«i thÊu ®−îc tiÕt diÖn bÊt kú (≥100). T«i trong dÇu, víi tiÕt diÖn nhá cã thÓ
¸p dông t«i ph©n cÊp, nhê ®ã gi¶m m¹nh ®é biÕn d¹ng. ¸p dông cho chi tiÕt quan
träng: chÞu t¶i träng nÆng, chÞu mµi mßn m¹nh, h× nh d¹ng lín vµ phøc t¹p, yªu cÇu
®é tin cËy cao nh− c¸c chi tiÕt trong m¸y bay, «t« mµ c¸c h− háng cã thÓ g©y tai
häa cho ng−êi. C¸c m¸c thÐp Cr-Ni dïng ®Ó thÊm cacbon lµ: VN: 12CrNi3A,
20Cr2Ni4A, Nga : 12XH3A vµ 20X2H4A, JIS: SNC415 vµ SNC815.
c¬ tÝ nh tæng hîp cao tíi σb = 1000 ÷ 1200MPa, aK = 900 ÷ 1000kJ/m2.
- rÊt ®¾t (theo sè liÖu cña Nga ®¾t gÊp ba thÐp cacbon),
- tÝ nh gia c«ng c¾t kÐm do thÐp qu¸ dÎo (do cacbon thÊp, niken cao), phoi kh«ng
g·y vôn,
- ph¶i ¸p dông quy tr× nh c«ng nghÖ kh¸ phøc t¹p:
Tr−íc khi gia c«ng c¾t thÐp ph¶i qua th−êng hãa (t«i )
Sau khi thÊm C, bÒ mÆt cã %C cao vµ Ni kh¸ cao lµm h¹ thÊp ®iÓm M® lóc ®ã
®em t«i l−îng γ d− (50 ÷ 60%) cao, ®é cøng thÊp (45 ÷ 55HRC), kh«ng ®ñ chèng
mµi mßn. Sau khi thÊm ph¶i th−êng hãa trùc tiÕp (t«i) råi ram cao ë 600 ÷ 650oC-
2 ®Õn 6h, ®Ó t¹o xoocbit vµ tiÕt cacbit lµm d/dÞch r¾n nghÌo bít hîp kim ®i. Sau ®ã
nung t«i l¹i: víi γ nghÌo hîp kim (n©ng cao ®iÓm M®) vµ cacbit ph©n t¸n nªn
t«i+ram thÊp sÏ nhËn ®−îc M+cacbit ph©n t¸n vµ Ý t γ d− nªn ®é cøng cao
(HRC>60) vµ chÞu mµi mßn tèt.
ThÐp Cr-Ni-Mo: cã thªm 0,10 ÷ 0,40%Mo ®é thÊm t«i t¨ng (kh«ng cã t¸c dông
chèng gißn ram v× chØ ph¶i ram thÊp), chóng ®−îc coi lµ thÐp thÊm cacbon tèt
nhÊt, ®−îc dïng vµo c¸c môc ®Ý ch quan träng nhÊt vµ cho tiÕt diÖn lín nhÊt. C¸c
m¸c thÐp Cr-Ni-Mo ®Ó thÊm cacbon th−êng dïng:
TCVN: 20CrNi2Mo, 20Cr2Ni4MoA (Γ ΓOCT: 20XH2M, 18X2H4MA)
Hoa kú SAE/AISI: 4320, 8615, NhËt JIS: SNCM415, SNCM815
C¸c m¸c thÐp nµy cã ®Æc tÝ nh gièng nh− c¸c m¸c Cr-Ni cïng lo¹i song cã tÝ nh
thÊm t«i cao h¬n (vÝ dô 20Cr2Ni4MoA cã tÝ nh thÊm t«i cao h¬n 20Cr2Ni4A, quy
tr× nh nhiÖt luyÖn gièng nhau)
e. ThÐp Cr-Mn-Ti:
81
- C¸c chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt: ®Òu kh¸ cao, ®−îc dïng rÊt réng r·i ë ta vµ Nga
®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng «t« t¶i nhÑ vµ trung b× nh, rÎ v× c¸c nguyªn tè Cr, Mn rÎ.
- §é bÒn: ®èi víi c¸c chi tiÕt trung b× nh (< 50mm) t«i thÊu ®−îc nªn cã ®é bÒn
t−¬ng ®−¬ng nh− thÐp Cr-Ni, (σb = 1100 ÷ 1150MPa), ®é dÎo, ®é dai kÐm h¬n ®«i
chót (aK = 600 ÷ 900kJ/m2).
TÝ nh c«ng nghÖ:
dÔ c¾t gät h¬n thÐp Cr-Ni, khi thÊm cacbon cã nhiÒu −u viÖt: cã Mn nªn líp thÊm
kh«ng bÞ qu¸ b·o hßa C,cã Ti (dï víi l−îng nhá) nªn gi÷ ®−îc h¹t nhá do ®ã cã
thÓ thÊm ë nhiÖt ®é cao h¬n (930 ÷ 950oC), thêi gian thÊm ng¾n h¬n, sau thÊm cã
thÓ t«i trùc tiÕp → biÕn d¹ng rÊt thÊp.
C¸c m¸c thÐp ®iÓn h× nh:
ViÖt nam: 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi vµ 25CrMnMo
Nga: : 18XΓT,25XΓT, 30XΓT vµ 25XΓM.
Trong ®ã m¸c 18CrMnTi dïng ®Ó thÊm cacbon, c¸c m¸c sau dïng cho tr−êng hîp
thÊm C-N
Quy tr× nh chÕ t¹o b¸nh r¨ng hép sè «t« b»ng thÐp 25CrMnTi hoÆc 25CrMnMo:
RÌn ph«i- th−êng ho¸- gia c«ng c¬- thÊm C+N thÓ khÝ ë 850 ÷ 8600C, t«i trùc tiÕp
ph©n cÊp trong dÇu nãng MC20 ë nhiÖt ®é 180oC cho ®é cøng cao, tÝ nh chèng mµi
mßn tèt, biÕn d¹ng rÊt thÊp (chØ 0,08 ÷ 0,12mm, cho phÐp lµ 0,12mm) nhê ®ã tuæi
thä t¨ng gÇn gÊp ®«i.
5.3.3. ThÐp hãa tèt
§/n: lµ thÐp cã thµnh phÇn cacbon trung b× nh (0,30 ÷ 0,50%C), ®Ó chÕ t¹o c¸c chi
tiÕt m¸y chÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp t−¬ng ®èi cao mµ bÒ mÆt cã thÓ bÞ mµi mßn
nh− trôc, b¸nh r¨ng, chèt..., ®Ó ®¹t ®−îc c¬ tÝ nh tæng hîp cao nhÊt thÐp ph¶i qua
nhiÖt luyÖn hãa tèt (t«i + ram cao).
a. §Æc ®iÓm vÒ thµnh phÇn hãa häc
Cacbon: 0,30 ÷ 0,50%, th−êng dïng h¬n 0,35 ÷ 0,45%. 2 lo¹i nguyªn tè hîp kim:
Nguyªn tè hîp kim chÝ nh: Cr,Mn víi l−îng chøa 1÷2%, Ni = 1÷4% nh− nhãm thÐp
thÊm cacbon, ngoµi ra cßn cho phÐp dïng c¶ Si víi l−îng chøa kh«ng qu¸ 1% (v×
kh«ng cÇn thÊm C). GÇn ®©y dïng bo (B) l−îng rÊt nhá 0,0005 ÷ 0,003% (thÊp
qu¸ kh«ng t¸c dông, cao qu¸ gißn do FeB), t−¬ng ®−¬ng 1%Ni hay 0,5%Cr. T¸c
dông cña B chØ cã khi dïng kÕt hîp víi Cr, Ni, Mn.
Nguyªn tè hîp kim phô: Mo vµ W, cã t¸c dông t¨ng ®é thÊm t«i, song chñ yÕu lµ
®Ó kh¾c phôc gißn ram lo¹i II.
b. §Æc ®iÓm vÒ nhiÖt luyÖn:
S¬ bé: ®Ó c¶i thiÖn tÝ nh c¾t gät, sau khi rÌn, dËp nãng ®Ó t¹o ph«i, thÐp ®−îc qua
ñ hoµn toµn (trõ thÐp Cr-Ni) ®¹t ®é cøng HB 180 ÷ 220 dÔ gia c«ng c¾t th«.
NhiÖt luyÖn kÕt thóc: gåm 2 b−íc:
B−íc 1: t«i + ram cao →X ram cã c¬ tÝ nh tæng hîp cao, chÞu ®−îc t¶i träng tÜnh vµ
va ®Ëp tèt, HB 240 ÷ 280 (HRC 25 ÷ 30). Gia c«ng tinh ®¹t h× nh d¹ng, kÝ ch th−íc
®é bãng yªu cÇu vµ gióp chuyÓn biÕn nhanh vµ t¹o M kim nhá khi t«i bÒ mÆt. Ph¶i
chó ý tr¸nh gißn ram lo¹i II nhÊt lµ lo¹i thÐp kh«ng chøa Mo vµ W.
Víi c¸c tiÕt diÖn nhá cã thÓ thay t«i + ram cao b»ng th−êng hãa còng ®¹t hiÖu qu¶
t−¬ng tù mµ c«ng nghÖ thùc hiÖn ®¬n gi¶n vµ rÎ h¬n.
82
B−íc thø 2: sau khi gia c«ng tinh, t«i bÒ mÆt vµ ram thÊp cho ®é cøng HRC 52 ÷
58, cïng víi ®é cøng lâi HRC 25 ÷ 30 ®¹t ®−îc yªu cÇu ®Ò ra. Riªng c¸c thÐp víi
%C=0,30 ÷ 0,35%, sau t«i bÒ mÆt ®é cøng kh«ng cao (≤ HRC50) nªn ph¶i thÊm
C-N nhiÖt ®é thÊp (550 ÷ 560oC ®Ó kh«ng lµm háng tæ chøc X ram cña lâi) vµ bÒ
mÆt ®ñ cøng chÞu ®−îc mµi mßn.
c. ThÐp cacbon: c¸c m¸c th−êng dïng:
TCVN: C30, C35, C40, C45, C50 vµ C40Mn, Nga ΓOCT 30, 35, 40, 45, 50, 40Γ
C¬ tÝ nh: tèi thiÓu σb = 750 ÷ 850MPa.
C¶i tiÕn: dïng thÐp cacbon víi % Mn vµ Si rÊt thÊp (Mn ≤ 0,20%, Si ≤ 0,15%), cã
®é thÊm t«i thÊp, vÝ dô thÐp 58s hay 55KΠ -Nga. §é thÊm t«i δ=2mm cøng
60HRC, lâi vÉn dÎo, dai nh− lµ thÐp sau thÊm cacbon. §−îc dïng ®Ó chÕ t¹o
b¸nh r¨ng bÞ ®éng (quay chËm vµ Ý t mßn h¬n).
d. ThÐp Cr: %Cr= 0,50 hay 1,00% chñ yÕu ®Ó c¶i thiÖn tÝ nh t«i (t«i ®−îc trong
dÇu, t¨ng ®é thÊm t«i). Dïng lµm c¸c chi tiÕt nhá (φ 20 ÷ 40), t−¬ng ®èi phøc t¹p.
C¸c m¸c th−êng dïng:
TCVN: 40Cr, 40CrVA, ΓOCT 40X, 40XΦA, SAE/AISI: 50B40, 5140, JIS:
SCr440
e. ThÐp Cr-Mo: thÐp Cr + kho¶ng 0,25%Mo ®Ó chèng ®−îc gißn ram lo¹i II vµ
t¨ng ®é thÊm t«i. ThÐp Cr-Mo ®−îc dïng lµm c¸c chi tiÕt m¸y trung b× nh (φ >
50mm) h× nh d¹ng t−¬ng ®èi phøc t¹p nh− b¸nh r¨ng. Th−êng dïng c¸c m¸c:
VN: 38CrMoA, Nga 38XMA , AISI / SAE : 4140 , JIS: SCM440.
f. ThÐp Cr-Mn vµ Cr-Mn-Si: 1%Cr + 1%Mn hay 1%Cr + 1%Mn + 1%Si lµ lo¹i
hîp kim hãa phøc t¹p nªn cã ®é thÊm t«i cao, dïng lµm chi tiÕt kh¸ lín (φ 50 ÷
60mm). Tuy nhiªn cã Mn, Si nªn cøng vµ gißn h¬n, Ý t phæ biÕn h¬n. Nga dïng:
40XΓ, 30XΓC, Hoa Kú, NhËt kh«ng dïng.
g. ThÐp Cr-Ni vµ Cr-Ni-Mo: cã c¶ Cr, Ni nªn ®é thÊm t«i cao mµ vÉn gi÷ ®−îc
®é dÎo, ®é dai tèt, nhÊt lµ trong tr−êng hîp niken cao tíi ≥ 3% vµ cã chøa Mo
(gièng thÐp thÊm cacbon).
ThÐp Cr-Ni thÊp: 1%Cr + 1%Ni, chi tiÕt d= 50 ÷ 60mm víi σb ~700MPa vµ
aK~700kJ/m2, h× nh d¹ng kh¸ phøc t¹p. V× bÞ gißn ram lo¹i II, tÝ nh gia c«ng c¾t h¬i
kÐm ngµy cµng Ý t dïng.
ThÐp Cr-Ni cao: 1 ÷ 2%Cr + 3 ÷ 4%Ni (Ni/Cr ~ 3÷4), t«i thÊu víi tiÕt diÖn trªn
100mm, coi lµ t«i thÊu víi tiÕt diÖn bÊt kú (nã thuéc lo¹i mactenxit). Nhê vËy thÐp
cã c¬ tÝ nh tæng hîp rÊt cao: σb = 1100MPa, σ0,2 = 1000MPa, aK = 800kJ/m2. C¸c
m¸c th−êng dïng:
VN: 38CrNi3, Nga: 30XH3A, JIS: SNC631 vµ SNC836, Hoa Kú kh«ng cã thÐp
nµy. Tuy nhiªn thÐp nµy dÔ bÞ gißn ram II vµ tÝ nh gia c«ng c¾t kÐm.
ThÐp Cr-Ni cao víi Mo: lµ thÐp chÕ t¹o m¸y tèt nhÊt v× cã (0,15 ÷ 0,40%) Mo:
t¨ng ®é thÊm t«i, lµm c¸c chi tiÕt víi h× nh d¹ng phøc t¹p, tiÕt diÖn lín (≥ 100mm),
kh«ng bÞ gißn ram lo¹i II, thuéc nhãm thÐp mactenxit, t«i thÊu víi tiÕt diÖn bÊt kú,
c¬ tÝ nh tæng hîp cao nhÊt: σb = 1200MPa, σ0,2 = 1100MPa, aK = 800kJ/m2. C¸c
m¸c thÐp Cr-N-Mo th−êng dïng:
VN: 38Cr2Ni2MoA, 38CrNi3MVA, ΓOCT: 38X2H2MA, 38XH3MΦA,
SAE/AISI: 4340, JIS: SNCM439
83
h. ThÐp chuyªn dïng ®Ó thÊm nit¬: hîp kim Cr (~1,6%), Mo (~ 0,30%), Al
(~1,00%).
T¸c dông cña nguyªn tè HK: t¹o nitrit cøng, ph©n t¸n, %C~0,40%, nhiÖt luyÖn hãa
tèt → c¬ tÝ nh tæng hîp cao. NhiÖt ®é thÊm nit¬ bao giê còng ph¶i thÊp h¬n nhiÖt
®é ram cao khi hãa tèt.
M¸c th−êng dïng: VN: 38CrMoAlA, Nga : 38X2MЮA, SAE: 7140, JIS:
SACM645
NhiÖt luyÖn: t«i ë 930 ÷ 950oC trong dÇu, ram 640 ÷ 680oC c¬ tÝ nh ®¹t σb =
1030MPa, σ0,2 = 880MPa, aK = 600kJ/m2. ThÊm nit¬ ë 520 ÷ 540oC ®¹t ®é cøng
HV850 ÷ 1050 (~HRC 63 ÷ 72).
5.3.4. C¸c chi tiÕt m¸y ®iÓn h× nh b»ng thÐp
a. C¸c lo¹i trôc
Trôc khuûu: «t« vËn t¶i d−íi 4 tÊn vµ xe con: C45, sau nhiÖt luyÖn ho¸ tèt, gia
c«ng tinh, t«i bÒ mÆt c¸c cæ, mµi rµ vµ ®ãng gãi.
Trôc l¸p «t«: thÐp dung cho «t« t¶i ГАЗ: 35CrMnSi (35XΓC), xe МАЗ - 38CrMnSi
(38XΓC) hoÆc 40CrNiMoA (40XHMA), xe ЗИЛ - 40CrMnTiB (40XΓTP). Quy tr× nh
c«ng nghÖ: rÌn, th−êng hãa hoÆc ñ, gia c«ng th«, nhiÖt luyÖn hãa tèt ®¹t ®é cøng
HRC 45 ÷ 40 (riªng mÆt bÝ ch gi¶m ®é cøng xuèng thÊp h¬n, kho¶ng HRC 25 ÷ 30
b»ng c¸ch nung c¶m øng), gia c«ng tinh (tiÖn th©n trôc vµ mÆt bÝ ch, c¾t then hoa,
khoan lç trªn mÆt bÝ ch...).
Quy tr× nh rót gän: trôc l¸p «t« ГАЗ dïng thÐp C40 (%C 0,38 ÷ 0,43%), xe ЗИЛ
dïng thÐp 45Bn (45PΠ- Nga). Sau khi th−êng hãa (HB 169 ÷ 217), gia c«ng c¾t,
råi t«i c¶m øng cho bÒ mÆt trôc víi chiÒu dµy δ = 0,20 ÷ 0,25d (d - ®−êng kÝ nh
th©n trôc l¸p).
Trôc m¸y c¾t: dïng thÐp cacbon m¸c C40, C45 hoÆc thÐp cr«m 40X.
Sau khi nhiÖt luyÖn hãa tèt, gia c«ng tinh, t«i c¶m øng bÒ mÆt lµm viÖc víi b¹c,
then hoÆc mÆt ren (ë trôc vÝ t) råi ram thÊp.
b. C¸c lo¹i b¸nh r¨ng
B¸nh r¨ng chÞu t¶i th−êng: dïng thÐp: C40, C45, 40X ®«i khi 40XH. Sau khi rÌn
ph«i, ñ råi gia c«ng th«, sau ®ã ®em nhiÖt luyÖn hãa tèt, gia c«ng tinh, t«i c¶m øng
bÒ mÆt r¨ng.
B¸nh r¨ng chÞu t¶i träng cao: ph¶i dïng thÐp thÊm C-N (25CrMnMo) nªu trªn.
5.3.5. ThÐp ®µn håi
§/n: lµ thÐp kh¸ cøng, cã tÝ nh ®µn håi cao, cã thµnh phÇn cacbon t−¬ng ®èi cao
(0,55÷0,65%), dïng ®Ó chÕ t¹o nhÝ p, lßxo vµ c¸c chi tiÕt ®µn håi kh¸c.
NhiÖt luyÖn: giíi h¹n ®µn håi cao nhÊt khi thÐp ®−îc t«i + ram trung b× nh ®Ó ®−îc
tr«xtit ram.
a. §iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu ®èi víi thÐp ®µn håi:
§/K lµm viÖc: ChÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp cao mµ kh«ng cho phÐp bÞ biÕn d¹ng
dÎo.
Yªu cÇu ®èi víi thÐp:
- Giíi h¹n ®µn håi cao: tû lÖ σ®h / σb cµng gÇn tíi 1 cµng tèt, th−êng lµ 0,85 ÷ 0,95.
84
- §é cøng kh¸ cao: thÝ ch hîp HRC 35 ÷ 45 hay HB 350 ÷ 450; ®é dÎo, ®é dai
thÊp ®Ó kh«ng bÞ biÕn d¹ng trong qu¸ tr× nh lµm viÖc, song kh«ng qu¸ thÊp ®Ó dÔ
bÞ ph¸ hñy gißn.
- Giíi h¹n mái cao: ®Ó thÝ ch øng víi ®iÒu kiÖn t¶i träng thay ®æi theo chu kú.
b. §Æc ®iÓm vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ nhiÖt luyÖn
Thµnh phÇn hãa häc: %C= 0,50 ÷ 0,70% song tèt nhÊt lµ 0,55 ÷ 0,65%, khi l−îng
nguyªn tè hîp kim t¨ng lªn thµnh phÇn cacbon cã thÓ gi¶m ®i ®«i chót.
Yªu cÇu ®èi víi c¸c nguyªn tè hîp kim:
- N©ng cao giíi h¹n ®µn håi vµ ®é cøng: Mn vµ Si lµ tèt nhÊt (xem h× nh 5.2a).
- N©ng cao ®é thÊm t«i: Cr-Ni lµ tèt nhÊt, Si vµ Mn còng cã t¸c dông nµy nh−ng
yÕu h¬n.
Th−êng dïng: 1%Mn, 2%Si, 2% (Cr+Ni), nÕu qu¸ møc ®Æc biÖt lµ Mn, Si thÐp sÏ
cøng vµ gißn.
Chó ý khi nhiÖt luyÖn:
- Chèng tho¸t cacbon: v× khi thµnh phÇn cacbon bÒ mÆt thÊp h¬n giíi h¹n quy
®Þnh cã thÓ tÝ ch riªng nhá h¬n, chÞu øng suÊt kÐo vµ do ®ã dÔ ph¸t sinh vÕt nøt
mái.
- T¹o nªn øng suÊt nÐn trªn bÒ mÆt: phun bi, l¨n Ðp, thËm chÝ c¸n, kÐo nguéi sau
khi nhiÖt luyÖn t«i + ram trung b× nh cã thÓ t¨ng tuæi thä tõ 1,5 ®Õn 2 lÇn.
- N©ng cao ®é nh½n bãng bÒ mÆt: lo¹i bá c¸c vÕt x−íc lµ mÇm mèng cña nøt mái,
muèn vËy ph¶i qua c¸n, kÐo tinh, thËm chÝ qua mµi.
c. C¸c m¸c thÐp vµ ®Æc ®iÓm:
ThÐp th−êng vµ thÐp mangan: C65, C70 vµ ngay c¶ CD80, CD100 vµ thÐp Mn
víi m¸c 65Mn
- Giíi h¹n ®µn håi thÊp σ®h ≤ 800MPa
- §é thÊm t«i thÊp, chØ t«i thÊu víi ®−êng kÝ nh tíi 15mm. D¹ng phæ biÕn nhÊt cña
chóng lµ d©y (Φ=0,15-8mm) ®−îc cung cÊp ë tr¹ng th¸i t«i ch× råi sau ®ã kÐo
nguéi víi ®é biÕn d¹ng >70%. (vÝ dô σ®h > 2000MPa), cã tÝ nh ®µn håi cao, nªn ®Ó
lµm lßxo chØ cÇn qua quÊn nguéi t¹o h× nh råi ñ thÊp (200 ÷ 300oC) ®Ó khö bá øng
suÊt.
ThÐp silic vµ c¸c thÐp hîp kim kh¸c: 60Si2, víi 2%Si (Nga 60C2)
- Giíi h¹n ®µn håi cao, σ®h ≥ 1000MPa víi gi¸ thµnh t−¬ng ®èi rÎ.
- §é thÊm t«i tèt h¬n (t«i thÊu trong dÇu dµy 20 ÷ 30mm).
- DÔ tho¸t C khi nung nãng ®Ó t«i, v× vËy ph¶i chó ý b¶o vÖ bÒ mÆt khi nhiÖt luyÖn
§Ó kh¾c gi¶m tho¸t C vµ n©ng cao ®é thÊm t«i: hîp kim hãa: Cr,Mn,Ni vµ V.
60Si2: lßxo trong toa xe, nhÝ p «t«, trôc mÒm.
50CrMn ®−îc dïng lµm nhÝ p «t« víi tÝ nh c«ng nghÖ tèt h¬n.
60Si2CrVA vµ 60Si2Ni2A, σE=1500MPa lµm nhÝ p, lßxo lín, chÞu t¶i träng nÆng,
riªng lo¹i chÞu va ®Ëp m¹nh nªn dïng 60Si2Ni2A.
SAE/AISI: 1065, 1070, 1566, 9260, 4161, 50B60, 5160 vµ 51B60, 8655
JIS: SUP3 (thÐp cacbon), SUP6 vµ SUP7 (thÐp silic), SUP9 vµ SUP9A (thÐp Cr-
Mn), SUP10, SUP11A, SUP12 vµ SUP13 thÐp kh¸c
5.3.6. C¸c thÐp kÕt cÊu cã c«ng dông riªng
a. ThÐp l¸ ®Ó dËp nguéi s©u:
85
C¬ tÝ nh: tÝ nh dÎo cao, ®Æc biÖt khi dËp s©u
Thµnh phÇn vµ cÊp h¹t: %C ≤ 0,20%: th−êng ≤ 0,10%, %Si ≤ 0,05 ÷ 0,07% víi tæ
chøc chñ yÕu lµ ferit, nh− vËy ph¶i b»ng thÐp s«i. H¹t nhá vµ ®Òu: cÊp 6 ÷ 8
C¸c m¸c thÐp ®Ó dËp s©u th−êng dïng: VN: C5s, C8s, C10s, C15s, phæ biÕn nhÊt
lµ C8s
ThÐp l¸ máng tr¸ng thiÕc (gäi lµ s¾t t©y) dïng trong c«ng nghiÖp thùc phÈm lµm
®å hép, hoÆc tr¸ng kÏm hay kÏm - nh«m (gäi lµ t«n hoa) ®Ó lµm t¨ng tÝ nh chèng
¨n mßn trong khÝ quyÓn.
b. ThÐp dÔ c¾t
Kh¸i niÖm vÒ tÝ nh dÔ c¾t: lµ thÐp cã thÓ c¾t tù ®éng, phoi dÔ g·y vôn
Yªu cÇu: cøng HB 150 ÷ 200, kh«ng qu¸ dÎo. Thµnh phÇn hãa häc vµ tæ chøc tÕ
vi cña thÐp dÔ c¾t: C= 0,10 ÷ 0,40%, P = 0,08 ÷ 0,15%, cßn S = 0,15 ÷ 0,35%,
Mn= 0,80 ÷ 1,00%.
Mn sÏ kÕt hîp víi S thµnh pha MnS, gi¶m t¸c h¹i cña S, phoi dÔ g·y.
Pb: 0,15 ÷ 0,30%Pb (ch× ): lµm cho phoi rÊt dÔ g·y vôn, gi¶m lùc ma s¸t.
Lo¹i thÐp dÔ c¾t cã Pb lµ lo¹i thÐp dÔ c¾t tèt nhÊt vµ cã thÓ ®−îc hîp kim hãa ®Ó
t¨ng ®é bÒn.
C¸c m¸c thÐp vµ c«ng dông:
TCVN: xxS, trong ®ã xx lµ phÇn v¹n C, S chØ lµ thÐp chøa S vµ P cao (vÝ dô 12S).
ΓOCT: - lo¹i th−êng chøa P, S: A12, A20, A30 vµ A40Γ,(A chØ c¾t tù ®éng)
- lo¹i ®Æc biÖt chøa P, S vµ Pb : AC11, AC12HX, AC40, AC20XΓHM.
AISI / SAE: - thÐp dÔ c¾t chøa P, S b»ng :1110, 1118, 1140, 1151, 1212, 1214;
- thÐp cã chøa thªm Pb: 12L14 (0,15 ÷ 0,30%Pb).
JIS : SUMxx, (xx=11, 12, 21, 22, 23, 25, 31, 32, 41, 42, 43), cã Pb lµ SUM24L.
c. ThÐp æ l¨n
§iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu ®èi víi thÐp æ l¨n: chÞu mµi mßn ®iÓm, do ®ã thÐp æ
l¨n ph¶i ®¹t ®−îc c¸c yªu cÇu sau:
- §é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn cao (HRC ≥ 64, cao h¬n c¶ bÒ mÆt thÊm
cacbon...).
- C¬ tÝ nh ph¶i thËt ®ång nhÊt, tøc tuyÖt ®èi kh«ng cã ®iÓm mÒm, ®Ó tr¸nh mµi mßn
®iÓm, g©y nªn rç vµ ph¶i t«i thÊu
- §é bÒn mái tiÕp xóc cao.
§Æc ®iÓm vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ nhiÖt luyÖn:
VÒ thµnh phÇn hãa häc: %C tíi 1% vµ qua t«i + ram thÊp.
- §Ó t«i thÊu cho ®ång ®Òu: Cr= 0,50 ÷ 1,50%, ®«i khi cã Mn vµ Si (mçi nguyªn tè
1%).
- §Ó tr¸nh ®iÓm mÒm vµ n©ng cao ®é bÒn mái tiÕp xóc: Ý t t¹p chÊt phi kim lo¹i nh−
P, S, khÝ ...thÐp chÊt l−îng tèt
- C¸c cacbit nhá mÞn vµ ph©n bè ®Òu.
VÒ nhiÖt luyÖn ph¶i qua c¸c b−íc sau ®©y:
- ñ cÇu ho¸ thÐp æ l¨n ph¶i cã tæ chøc peclit h¹t vµ cacbit d− nhá mÞn víi ®é cøng
HB 187 ÷ 205 ®Ó b¶o ®¶m tÝ nh gia c«ng c¾t tèt.
- T«i + ram thÊp (t«i trong dÇu ë 850 ÷ 860oC, ram 150 ÷ 180oC). Cã thÓ gia c«ng
l¹nh ®Ó khö austenit d− mét c¸ch triÖt ®Ó sau khi t«i, lóc ®ã cã thÓ ®¹t tíi HRC ≥
86
65 víi tÝ nh chèng mµi mßn cao nhÊt. Còng cã thÓ dïng thÐp thÊm cacbon cho
c¸c æ l¨n, bi kh«ng thËt quan träng.
C¸c m¸c thÐp vµ c«ng dông:
TCVN: OL100Cr1,5 lµ lo¹i cã 1,00%C, 1,5%Cr.
ΓOCT: ШXxx, xx chØ l−îng Cr phÇn ngh× n: ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15CΓ
AISI / SAE: 5195, 50100, 51100, 52100 (P, S cùc thÊp).
JIS: SUJx, trong ®ã x lµ sè thø tù (tõ 1 ®Õn 5).
Ngoµi ra ®Ó lµm c¸c æ l¨n kh«ng gØ ng−êi ta dïng thÐp kh«ng gØ (> 13%Cr) nh−ng
víi l−îng cacbon cao (~ 1,00%), nh− ΓOCT dïng m¸c 95X18, ASTM dïng 440C
vµ 440MOD.
C«ng dông: æ l¨n, trôc c¸n nguéi, bµn ren, tar«, dông cô ®o.
5.4. ThÐp dông cô
5.4.1. C¸c yªu cÇu chung
§/n: Dông cô lµ c¸c c«ng cô gia c«ng, chÕ biÕn, t¹o h× nh c¸c vËt liÖu (thµnh c¸c
s¶n phÈm, chi tiÕt m¸y, kÕt cÊu). Chóng cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh ®Õn n¨ng suÊt, chÊt
l−îng vµ gi¸ thµnh cña s¶n phÈm c¬ khÝ .
a. Ph©n lo¹i : theo b¶n chÊt cña qu¸ tr× nh gia c«ng, ta chia c¸c dông cô thµnh 3
nhãm lín:
- Dông cô c¾t (dao): lµ dông cô t¹o h× nh cã sinh phoi, nh− dao tiÖn, phay, bµo,
tuèt...
- Dông cô biÕn d¹ng: t¹o h× nh b»ng biÕn d¹ng dÎo kh«ng sinh phoi: trôc c¸n,
khu«n dËp, khu«n Ðp ch¶y... ë c¶ tr¹ng th¸i nguéi lÉn tr¹ng th¸i nãng.
- Dông cô ®o: nh− palme, th−íc cÆp, d−ìng... tuy kh«ng lµm thay ®æi h× nh d¹ng,
kÝ ch th−íc s¶n phÈm, nh−ng còng kh«ng thÓ thiÕu trong s¶n xuÊt c¬ khÝ .
b. C¬ tÝ nh & chÞu nhiÖt: cøng ®Ó kh«ng hay Ý t bÞ mßn, dai va ®Ëp lín ®Ó kh«ng
g·y vì, chÞu nhiÖt tèt ®Ó kh«ng gi¶m tÝ nh chÊt ë tr¹ng th¸i nãng.
c. TÝ nh c«ng nghÖ vµ tÝ nh kinh tÕ: cã thÓ rÌn, c¾t gät ®−îc, ®¾t h¬n ph¶i tèt h¬n.
d. Thµnh phÇn hãa häc:
Cacbon: %C= 0,70 ÷ 1,00%, song nãi chung lµ ≥ 1,00%, c¸ biÖt lªn tíi 2%. Cßn
®èi víi c¸c dông cô gia c«ng ph«i mÒm hay ë tr¹ng th¸i nãng cã thÓ thÊp h¬n,
kho¶ng 0,30 ÷ 0,50%.
Hîp kim: t¨ng tÝ nh thÊm t«i (Cr) do vËy lµm ®−îc c¸c dông cô nhá víi h× nh d¹ng
t−¬ng ®èi phøc t¹p, cÇn tÝ nh cøng nãng cao: W, Mo
5.4.2. ThÐp lµm dông cô c¾t
a. Yªu cÇu ®èi víi vËt liÖu lµm dông cô c¾t: ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu c¬
tÝ nh:
1
3 2
H× nh 5.12. S¬ ®å tiÖn (a) vµ
s¬ ®å mÆt c¾t khi tiÖn (b):
5 1. ph«i, 2. phoi, 3. r·nh lâm, 4.
4 dao, 5. mÆt tr−íc, 6. mÆt sau
4
a) b) 6
87
C¸c lo¹i dao lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn tiÖn, phay, bµo, doa... tuy cã nh÷ng
nÐt kh¸c biÖt song vÒ c¬ b¶n lµ gièng nhau vµ cã thÓ coi tiÖn lµ nguyªn c«ng ®iÓn
h× nh (h× nh 5.12).
1) §é cøng cao: cao HRC ≥ 60, b»ng thÐp th× %C > 0,70% vµ qua t«i cøng + ram
thÊp.
2) ChÞu mµi s¸t: mÆt tr−íc víi phoi, mÆt sau víi ph«i, ®Æc biÖt lµ trªn mÆt tr−íc.
Dao ph¶i cã tÝ nh chèng mµi mßn cao: ®é cøng cao, nhiÒu cacbit d− th× chèng mµi
mßn tèt,
3) ChÞu nhiÖt cao: nhiÖt ®é l−ìi c¾t > 200 ÷ 300oC, do ®ã dao c¾t cÇn ph¶i cã tÝ nh
cøng nãng cao
ThÐp lµm dông cô c¾t còng ph¶i cã tÝ nh c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh: thÊm t«i tèt, Cã kh¶
n¨ng chÞu gia c«ng ¸p lùc ë tr¹ng th¸i nãng, cã kh¶ n¨ng chÞu gia c«ng c¾t ë tr¹ng
th¸i ñ (HB ≤ 265).
b. ThÐp lµm dao cã n¨ng suÊt thÊp
§ã lµ lo¹i thÐp lµm dao chØ c¾t ®−îc víi tèc ®é 5 ÷ 10m/min.
ThÐp cabon:
TCVN: CD70, CD80, CD80Mn, CD90, CD100, CD110, CD120 vµ CD130
Chóng cã c¸c ®Æc tÝ nh nh− sau: P ≤ 0,035, S ≤ 0,030 rÊt thÊp
- Sau khi t«i + ram thÊp cã thÓ ®¹t HRC ≥ 60 ®ñ ®Ó c¾t. ChÕ ®é t«i cña c¸c thÐp
nh− sau:
CD70, CD80: t«i hoµn toµn ë 800 ÷ 820oC, 780 ÷ 800oC,
CD90 ÷ CD130: t«i kh«ng hoµn toµn ë 760 ÷ 780oC. Cïng cã ®é cøng HRC 60 ÷
62, CD100 ÷ CD130 cã nhiÒu XeII d− nªn chèng mµi mßn tèt h¬n.
- DÔ biÕn d¹ng nãng, dÔ gia c«ng c¾t vµ rÎ.
Nh−îc ®iÓm quan träng: + §é thÊm t«i thÊp (chØ t«i thÊu c¸c tiÕt diÖn trªn d−íi
10mm). Víi c¸c dao lín h¬n, líp t«i máng, sau thêi gian lµm viÖc khi mµi l¹i kh«ng
cßn ®ñ ®é cøng nªn ph¶i t«i l¹i, do ®ã kh«ng thuËn tiÖn khi sö dông.
+ TÝ nh cøng nãng thÊp : kh«ng v−ît qu¸ 200 ÷ 250oC, do ®ã tèc ®é c¾t kh«ng qu¸
5 m/min.
C«ng dông: dao nhá, h× nh d¹ng ®¬n gi¶n víi n¨ng suÊt thÊp hay dông cô cÇm
tay:giòa (CD120).
ThÐp hîp kim:
§ã lµ nhãm thÐp cã thµnh phÇn cacbon cao (~ 1% vµ cao h¬n) vµ ®−îc hîp kim
hãa thÊp vµ võa ph¶i víi ®Æc tÝ nh cã ®é thÊm t«i tèt h¬n hay tÝ nh chèng mµi mßn
cao.
Lo¹i cã tÝ nh thÊm t«i tèt: 1%Cr (cã thÓ thªm 1%Si): 90CrSi (Nga 9XC)
C«ng dông: lµm dao nhá h× nh d¹ng phøc t¹p nh− mòi khoan, doa, tar«, bµn ren,
l−îc ren, phay..
TÝ nh cøng nãng t−¬ng ®èi kh¸: Si cïng víi Cr t¨ng tÝ nh cøng nãng tíi 300oC, tèc
®é 10 m/min
T−¬ng ®èi rÎ, ®−îc dïng t−¬ng ®èi phæ biÕn.
Nh−îc ®iÓm mµ ®¸ng kÓ nhÊt lµ dÔ tho¸t cacbon khi nung (do Si) nªn ph¶i chó ý
b¶o vÖ khi t«i. ThÐp ®−îc t«i ë 840÷860oC trong dÇu, ram 150÷200oC, ®é cøng 62
÷ 64HRC.
