BÀI THUYẾT TRÌNH THÉP DỤNG CỤ MÔN VẬT LIỆU KĨ THUẬT

BÀI THAM KHẢO DÀNH CHO SINH VIÊN CƠ KHÍ

Bộ Công thương Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm Tp Hồ Chí Minh

BÀI THUYẾT TRÌNH

Đề tài: Thép dụng cụ

Môn: Vật liệu cơ khí

1 Khái niệm

Thép dụng cụ là loại thép dùng để chế tạo dụng cụ gia công kim loại và các vật liệu khác (gỗ, chất dẻo), dụng cụ đo

Thép dụng cụ thường có yêu cầu cao về chất lượng Thép dụng cụ có vai trò quyết định đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm cơ khí

Thép làm dụng cụ biến dạng

+ Thép làm dụng cụ cắt:

- Thép làm dao cắt năng suất thấp

- Thép làm dao cắt năng suất cao (thép gió)

3 Thép làm dụng cụ cắt

3.1 Yêu cầu của thép làm dụng cụ cắt

+ Độ cứng cao: độ cứng của phôi 200-250HB thì độ cứng của dao ≥60HRC Đối với các vật liệu như thép không gỉ, thép bền nóng, gang ôstenit,… độ cứng của dao phải cao hơn

+ Tính chống mài mòn cao: độ cứng càng cao thì tính chống mài mòn càng cao, khi độ cứng cao hơn 60HRC cứ tăng lên một đơn vị tính chống mài mòn tăng 25 - 30%

+ Tính cứng nóng: là khả năng duy trì được

độ cứng cao ở nhiệt độ cao, nó được xác định bằng nhiệt độ ram lớn nhất trong thời gian một giờ mà độ cứng của dao không dưới 58HRC

+ Thép có độ bền uốn cao (đối với dao tiện),

độ bền xoắn cao (đối với mũi khoan) và độ dai

va đập không quá thấp để tránh mẻ, gãy lưỡi cắt

3.2 Thép làm dao cắt năng suất thấp

Dao cắt năng suất thấp là loại dao cắt mà tốc độ cắt chỉ khoảng 5-10 m/phút, chúng là thép cacbon và thép hợp kim thấp

3.2.1 Thép cacbon

Ký hiệu: Theo TCVN 1822-76, nhóm thép này được ký hiệu bằng CDXX (C: cacbon, D: dụng cụ, XX chỉ lượng C trung bình theo phần vạn)

Thép cacbon để chế tạo dụng cụ cắt năng suất thấp thường là thép dụng cụ cacbon CD70, CD80, CD90, CD100, CD110, CD120, CD130.

+ Thành phần hóa học

Nhóm thép này có thành phần cacbon cao, được quy định khá chặt chẽ về thành phần

hóa học

Mác thép

Thành phần các nguyên tố (%)

Độ cứng sau khi ủ (HB)

0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35

0,20-0,40 0,20-0,40 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35 0,15-0,35

187 187 192 197 207 207 217

Bảng: Thành phần hóa học của nhóm thép

dụng cụ cacbon

Nhiệt luyện: Thép CD70 và CD80 được tôi hoàn toàn với các nhiệt độ tôi tương ứn 800

‍‍‍‍‍‍- 8200C và 780 - 8000C; các thép CD130 được tôi không hoàn toàn ở nhiệt độ tôi là 760 - 7800C

CD90-+ Một số mác thép và công dụng

- Các mác CD70, CD80, CD90, có độ dai khá nên được dùng làm các dụng cụ chịu va đập: gia công gỗ, nguội…

- Các mác CD100, CD110, CD120 thường dùng làm dũa, mũi khoan, dao tiện, taro, cưa thép…

- Mác CD130 được dùng làm dao cạo, dao khắc kim loại

a) b)

c)

a) Mũi khoan tarob) Dao khắc kim loạic) Dũa kim loại

ít tính cứng nóng; W làm tăng mạnh độ cứng

và tính chống mài mòn

0,40-0,60 1,30-1,60 0.95-1,25

0,40-0,70

- - 1,5-1,7 -

-<0,35

<0,35 1,20-1,60

-<0,30

- - - 4,5-5,5

- Thép 90CrSi có độ thấm tôi tốt, tính cứng nóng tới 2500C, tốc độ cắt 10-14m/phút Dùng

để chế tạo mũi khoan, taro, bàn ren, dao phay

- Thép 140CrW5 có lượng C và W cao, có

độ cứng (67-68HRC) và tính chống mài mòn rất cao, dùng để gia công các vật liệu cứng

3.3 Thép làm dao cắt năng suất cao (thép gió)

Thép gió là thép dụng cụ hợp kim cao, dùng làm dụng cụ cắt với năng suất cao Thép gió có tốc độ cắt 25-35m/phút, tính cứng nóng đạt 560-6000C, độ thấm tôi rất cao

+ Thành phần hóa học

Hàm lượng C trong khoảng 0,7-1,5%, bảo đảm độ cứng và tính chống mài mòn Các mác

có lượng cacbon cao (1,2-1,5%), có tính

chống mài mòn rất cao và có nhiều cacbit dư (WC, VC, MoC…)

+ Crôm có trong mọi thép gió với lượng khoảng 4%, làm tăng mạnh độ thấm tôi, nhờ thế thép gió có thể tôi trong không khí nén hoặc tôi phân cấp để giảm biến dạng.

+ Wonfram là nguyên tố quan trọng nhất của thép gió, với lượng từ 9-18%, tạo cho

thép có tính cứng nóng cao W là nguyên tố tạo cacbit mạnh (chủ yếu ở dạng W6C)

+ Vanađi cũng là nguyên tố tạo cacbit mạnh (dạng VC) Hàm lượng V trong thép gió khoảng 1-2% Lượng V cao, tính chống mài mòn cao nhưng tính mài sắt lại thấp.

+ Côban là nguyên tố không tạo cacbit Với lượng 5-10%, Co làm tăng tính cứng nóng của thép lên đáng kể

+ Môlipđen thường được đưa vào để thay thế W 1% Mo thay thế được 2% W

Nhiệt độ tôi của thép gió 1230-12900C, để hòa tan đến mức tối đa nguyên tố hợp kim vào ôstenit, để sau khi tôi chúng nằm trong mactenxit

Tổ chức của thép gió sau khi tôi gồm: mactenxit, ôstenit dư (30-40%) và cacbit dư (15-20%), độ cứng 62-63 HRC.

Môi trường tôi gió thép là dầu nóng

(60-800C), hoặc tôi phân cấp trong môi trường nóng chảy (400-6000C) rồi nguội ngoài không khí

Ram thép gió nhằm làm giảm lượng ôstenit

dư sau khi tôi, tăng độ cứng cho thép Nhiệt

độ ram trong khoảng 550-5700C và phải ram 2-4 lần, mỗi lần 1 giờ

Để nâng cao khả năng cắt gọt của thép gió, sau khi tôi - ram - mài bóng có thể tiến hành thấm cacbon-nitơ ở nhiệt độ thấp (550-5700C) trong 2-3 giờ có thể tăng tuổi thọ dao cắt 50-200%

+ Công dụng của thép gió

Các mác thép gió có năng suất cắt bình thường (80W18Cr4VMo, 90W9Cr4V2Mo, 85W12Cr3V2Mo,…) có tính cứng nóng không quá 630-6400C, có thể cắt với tốc độ 35m/phút, dùng để gia công các thép khó cắt (thép không gỉ, thép bền nóng…)

4 Thép làm dụng cụ biến dạng

4.1 Thép làm khuôn dập nguội

Thép làm khuôn rập nguội là loại thép làm khuôn biến dạng dẻo kim loại ở nhiệt độ thường

4.1.1 Yêu cầu của thép làm khuôn dập nguội

+ Độ cứng cao: độ cứng phải đạt được 56-62HRC

+ Tính chống mòn cao: để giữ được tính chính xác về kích thước của sản phẩm.

+ Độ bền và độ dai đảm bảo để chịu được tải trọng va đập lớn

4.1.2 Thành phần hóa học

Thành phần cacbon cao (xấp xỉ mức 1%), lượng cacbon thấp hơn (0,4 - 0,6%) nếu

khuôn chịu va đập

Thường dùng các nguyên tố hợp kim Cr,

Mn, Si, W để tăng độ thấm tôi

Nhiệt luyện kết thúc đối với khuôn rập nguội tôi và ram thấp để đạt được tổ chức mactenxit ram

4.1.3 Thép làm khuôn nhỏ, trung bình

+ Thép cacbon: dùng các mác CD100 - CD120 để chế tạo các khuôn dập chịu tải trọng nhỏ, hình dạng đơn giản, kích thước bé

+ Thép hợp kim thấp: dùng các mác 100Cr, 100CrMn, 100CrWSiMn để làm các khuôn dập có kích thước trung bình (dày 70 - 100 mm)

4.1.4 Thép làm khuôn lớn và có tính chống mài mòn rất cao

+ Thép crôm cao (12%Cr): chế tạo các khuôn dập có kích thước lớn, chịu tải nặng, yêu cầu chống mài mòn cao, như mác 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V

+ Thép crôm trung bình (5-6%Cr): phổ biến nhất là mác 110Cr6WV, độ thấm tôi trung bình, thường dùng để chế tạo các khuôn lỗ kéo dây, bàn lăn ren…

4.1.5 Thép làm khuôn chịu tải trọng va đập

Thép hợp kim thấp có lượng cacbon trung bình: mác 40CrSi, 60CrSi, 40CrWSi (độ cứng 45-55HRC dùng để chế tạo các khuôn dập và dụng cụ chịu va đập vừa phải như đục, búa hơi…

4.2 Thép làm khuôn dập nóng

Thép làm khuôn dập nóng là loại thép làm khuôn biến dạng dẻo kim loại ở nhiệt độ cao

4.2.1 Điều kiện và yêu cầu làm việc

+ Độ bền và độ dai cao để đảm bảo không

bị biến dạng hoặc gãy vỡ khi làm việc

+ Tính chống mài mòn cao để đảm bảo tuổi thọ của khuôn từ vài chục đến vài chục ngàn sản phẩm

+ Tính chịu nhiệt độ cao thể hiện ở hai mặt: giữ được cơ tính ở nhiệt độ làm việc (tức là có tính cứng nóng đến khoảng 500 - 7000C) và

phải có tính chịu mỏi nhiệt tốt (do nóng nguội xen kẽ nhau khi khuôn làm việc)

+ Độ thấm tôi cao do khuôn dập nóng

thường có kích thước lớn

4.2.2 Thành phần hóa học

Do độ cứng không cần cao, nên hàm lượng cacbon của thép làm khuôn dập nóng chỉ cần trung bình (khoảng 0,4-0,6%, đôi khi chỉ cần 0,3%)

Các nguyên tố hợp kim thường dùng là Cr,

Ni, Mo, W… để đảm bảo độ thấm tôi, tính bền nóng, tính chống ram

4.2.3 Thép làm khuôn rèn

Các khuôn rèn thường có kích thước lớn,

chịu va đập mạnh, bề mặt bị nung nóng tới

500-5500C, lòng khuôn thường có hình dạng phức tạp, do vậy yêu cầu thường có tính thấm tôi cao, cơ tính cao và đồng nhất trên toàn tiết diện

Các mác thường dùng là 50CrNiMo,

50CrNiW, trong đó mác 50CrNiMo thường dùng hơn cả

Các khuôn chồn, ép chịu nhiệt độ, áp lực cao nhưng tải trọng va đập nhỏ

Thường dùng thép chứa 0,3-0,4% C và Cr,

W, Mo, V với lượng tương đối cao Ví dụ: 30Cr2W8V có 0,3-0,4%C; 0,15-0,4%Mn; 2,2-2,7Cr; 7,5-8,5W(Mo); 0,2-0,5%V

Các mác thép thường dùng là 30Cr2W8V, 40Cr2W5MoV, 40Cr5W2VSi, trong đó phổ biến nhất là mác 30Cr2W8V

4.2.4 Thép làm khuôn chồn, ép

Khuôn dập nóng tay biên xe máy

Bộ khuôn chồn ép đầu thép

5 Thép làm dụng cụ đo

5.1 Yêu cầu của thép làm dụng cụ đo

+ Có độ cứng (63-65HRC) và tính chống mài mòn cao để đảm bảo dụng cụ ít mòn ở các chỗ cọ sát với chi tiết

+ Kích thước không thay đổi trong suốt thời gian làm việc lâu dài

+ Sự ổn định của chị tiết được bảo đảm bởi: hệ số dãn nở nhiệt nhỏ và sự ổn định của tổ chức tế vi trong phạm vi nhiệt độ làm việc.

+ Có khả năng mài bóng cao và ít bị biến dạng khi nhiệt luyện

5.2 Thép làm dụng cụ đo cấp chính xác thấp

Thường dùng các loại sau:

+ Thép thấm cacbon C15, C20, 15Cr, 20Cr… sau khi thấm cacbon qua tôi và ram thấp

+ Thép C50, C55 sau nhiệt luyện hóa tốt đem tôi bề mặt bằng dòng điện tần số cao

+ Với dụng cụ đo có kích thước lớn và hình dạng phức tạp dùng thép 38CrMoAIA qua thấm nitơ

5.3 Thép làm dụng cụ đo cấp chính xác cao

Lượng C cao khoảng 1% để thép có độ cứng cao, chống mài mòn tốt, có thể đạt độ bóng khi mài

Lượng Cr và Mn khoảng1%, làm tăng độ thấm tôi, bảo đảm tôi trong dầu ít biến dạng

Mn còn có tác dụng giữ kích thước không thay đổi so với khi tôi

Thường dùng các mác thép 100Cr, OL100Cr2, 100CrWMn, 140CrMn để làm các dụng cụ đo có cấp độ chính xác cao.

Để bảo đảm khả năng chống mài mòn cao

và kích thước ổn định sau khi tôi, thì tiến hành gia công lạnh hoặc hóa già nhân tạo ở 120-1400C trong 24-48h

Công dụng làm các dụng cụ đo: panme, thước cặp, thước đo góc, thước đo độ dài, dưỡng, calip…

Panme

Thước cặp

Dưỡng

Panme đo độ sâu

Thước đo góc

Cảm ơn thầy và

các bạn đã chú ý

theo dõi!