Chương 6: THÉP HỢP KIM

Chương 6 THÉP HỢP KIM 6.1 Tổng quan. Thép hợp kim là loại thép mà người ta cố ý cho vào thép các nguyên tố có lợi với một hàm lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố đặc biệt đó được gọi là các nguyên tố hợp kim. Các nguyên tố hợp kim thường gặp trong thép là crôm, vônfram, titan, molipđen, vanadi, mangan, silíc , nikel, bo, đồng…. Lưu ý rằng khi hàm lượng của các nguyên tố này thấp hơn một giới hạn nhất định nào đó chúng được coi là tạp chất. Ranh giới để phân biệt một nguyên tố là tạp chất hay là nguyên tố hợp kim rất khác nhau theo từng loại nguyên tố. Thí dụ: Mn: 0,8 ÷ 1,0 % Si: 0,5 ÷ 0,8 % Cr: 0,2 ÷ 0,8 % Ni: 0,2 ÷ 0,6 % W: 0,1 ÷ 0,5 % Mo: 0,05 ÷ 0,2 % Ti: 0,1 % Cu: 0,1 % B: 0,002 % Thép hợp kim là loại có chất lượng từ tốt trở lên nên chứa rất ít tạp chất có hại. 6.2 Đặc tính của thép hợp kim  Về cơ tính. − Tính thấm tôi cao hơn thép cácbon. − Khi tăng mức độ hợp kim hóa làm tăng độ cứng, độ bền nhưng thường làm giảm độ dẻo, độ dai. − Nhìn chung tính công nghệ thấp hơn thép các bon.  Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng). Thép cácbon mặc dù có độ cứng cao sau khi tôi, nhưng độ cứng này không giữ được khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 200 0 C do tổ chức máctenxít bị phân hủy và xementít kết tụ. Do các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuyếch tán của cácbon, làm máctenxít phân hóa và cácbit kết tụ ở nhiệt độ cao nên thép hợp kim có thể giữ được độ cứng cao của trạng thái tôi và tính chống dão tới 600 0 C và tính chống ôxy hóa tới 800 – 1.000 0 C.  Về các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt: − Không gỉ, chống ăn mòn trong axít, bazơ, muối. 91 − Từ tính đặc biệt hoặc không có từ tính. − Giản nở nhiệt đặc biệt…. 6.3 Tác dụng của các nguyên tố hợp kim. 6.3.1 Sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim vào sắt. Phần lớn các nguyên tố hợp kim, điển hình thường gặp là Mn, Si, Cr, Ni hoà tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn. Các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào thép làm tăng tính thấm tôi của thép do đó chúng có tác dụng hóa bền tốt khi nhiệt luyện. Mangan và silíc là hai nguyên tố làm tăng rất mạnh độ cứng và độ bền nhưng rất tiếc chúng lại làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai của ferít nên trong thực tế thép hợp kim thông thường chỉ chứa mangan và silíc trong giới hạn từ 1 đến 2%. Nikel và crôm có mức độ hóa bền vừa phải nhưng không làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai, nên được sử dụng rất nhiều trong loại thép hợp kim. 6.3.2 Sự tạo thành các pha cácbít hợp kim. Các nguyên tố hợp kim có ái lực mạnh với cácbon dễ tạo thành các pha cácbit trong thép. Các nguyên tố như Mn, Cr, W, Mo, V, Zr, Ti, Nb có khả năng tạo pha cácbit, những pha này gọi là pha xementit hợp kim. Các pha cácbit làm tăng mạnh độ cứng, tính chống mài mòn của thép. Khi tôi chúng tạo nên tổ chức hạt nhỏ mịn làm cơ tính và độ dai của thép tốt hơn. Khi ram các pha này tiết ra khỏi xementit và kết tụ lại ở nhiệt độ cao do đó làm cho thép có tính bền nóng cao. 6.3.3 Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình nhiệt luyện.  Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến chuyển biến khi nung. Các nguyên tố hợp kim (trừ mangan) đều tạo nên những cácbit hợp kim bền vững và ổn định hơn so với xementít nên đều khó hòa tan vào austenít hơn so với xementít. Vì thế muốn hòa tan chúng cần nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn. Các nguyên tố tạo cácbit càng mạnh càng khó hòa tan vào austenít. Cụ thể, cácbit titan (TiC) và cácbit vanadi (VC) rất khó hòa tan, còn những cácbit khác khó hòa tan hơn so với xementít hợp kim và xementít hơp kim lại khó hòa tan hơn xementít thường. Ngoài ra, do tốc độ khuyếch tán của các nguyên tố hợp kim thấp hơn rất nhiều so với cácbon cho nên để đạt được sự đồng đều thành phần của austenít hợp kim cũng khó khăn hơn so với quá trình đạt sự đồng đều của thành phần austenít thông thường trong thép cácbon. Chính vì thế mà muốn làm đồng đều thành phần hóa học của austenít hợp kim cần phải giữ nhiệt lâu hơn.  Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến sự phân hóa đẳng nhiệt của austenít. Trừ côban (Co), các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào austenít đều làm chậm tốc độ phân hóa đẳng nhiệt của austenít với mức độ khác nhau. Nói cách khác chúng đều làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải. 92 Cú nhng nguyờn t ch lm dch chuyn ng cong ch C sang phi ch khụng lm thay i hỡnh dng ca ng cong so vi thộp cỏcbon. ú l cỏc nguyờn to cỏcbit nh nikel, silớc, ng, nhụm v nguyờn t to cỏcbit yu nh mangan (Hỡnh 6.1a). a. b. Hỡnh 6.1 S dch chuyn sang phi ca ng cong ch C ca cỏc nguyờn t hp kim. a. Thộp cỏcbon v thộp c hp kim húa bng Ni, Si, Mn. b. Thộp cỏcbon v thộp c hp kim húa bng Cr, W, Mo, V. Cũn nhng nguyờn t to cỏcbit mnh nh crụm, vụnfram, molibden v vanadi khụng nhng lm dch chuyn ng cong ch C sang phi m cũn lm thay i hỡnh dng ca nú (Hỡnh 6.1b). Ta thy ng cong b dch chuyn sang phi v b tỏch thnh hai ng cong ch C trờn v di. ng cong trờn ng vi chuyn bin austenớt thnh peclớt, xoocbớt v trustớt, cũn ng cong di ng vi chuyn bin ca austenớt thnh bainớt. nh hng ca nguyờn t hp kim n thm tụi. Khi hũa tan vo austenớt, cỏc nguyờn t hp kim lm dch chuyn ng cong ch C sang phi vỡ th lm gim tc tụi ti hn nờn lm tng thm tụi ca thộp hp kim. Cựng vi iu kin lm ngui nh nhau, ng vi s phõn b tc ngui theo tit din ging nh nhau, thộp hp kim cú tc ngui thp hn nờn cú thm tụi ln hn so vi thm tụi ca thộp cỏcbon nờn sau nhit luyn tụi v ram cỏc chi tit bng thộp hp kim chu ti trng tt hn. Cỏc thộp cú tc tụi ti hn nh v do ú cú thm tụi ln l cỏc loi thộp hp kim Cr Ni, Cr Mn, Cr Mo, Cr Ni Mo, hay Cr Mn Mo, v.v. chỳng l c s ca thộp hp kim kt cu hin nay. nh hng ca nguyờn t hp kim n chuyn bin mỏctenxớt. Trong s cỏc nguyờn t hp kim thng dựng, hai nguyờn t nhụm (Al) v cụban (Co) lm tng nhit bt u chuyn bin mỏctenxớt (M ), riờng silớc (Si) khụng gõy nh hng gỡ, Theựp caực bon Theựp Si, Ni, Mn M Nhieọt ủoọ, 0 C Thụứi gian, log A 1 Theựp caực bon Theựp Cr, W Mo, V M Nhieọt ủoọ, 0 C Thụứi gian, log A 1 93 còn các nguyên tố hợp kim còn lại đều làm giảm điểm M đ nên đều làm tăng lượng austenít dư sau khi tôi. Chính vì ảnh hưởng này mà một số thép hợp kim cao có điểm chuyển biến máctenxít M đ quá thấp vì thế sau khi tôi còn có lượng austenít dư lớn dẫn đến độ cứng không đạt giá trị mong muốn. Để khử bị austenít dư này, người ta thường phải tiến hành gia công lạnh hoặc ram ở nhiệt độ thích hợp một vài lần để austenít dư tiếp tục chuyển biến thành máctenxít và khi đó độ cứng của thép sẽ đạt được giá trị cao nhất. 6.3.4 Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình ram. Với các mức độ khác nhau, các nguyên tố hợp kim đều cản trở các chuyển biến xảy ra khi ram. Trong quá trình ram có chuyển biến austenít dư thành mactenxít ram nên làm tăng độ cứng. Sự tăng độ cứng do kết quả của chuyển biến austenít dư thành máctenxít và hóa cứng phân tán khi ram đựoc gọi là độ cứng thứ hai. Hiện tượng này thường gặp trong thép crôm cao và thép vônfram cao. Một cách tổng quát ta có thể nêu vắn tắt tác dụng của các nguyên tố hợp kim như sau: − So với thép cácbon, ở nhiệt độ thường, thép hợp kim có độ bền cao hơn là do ferít là pha chủ yếu của thép đã được hóa bền bởi sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim. Nhưng hiệu quả này chỉ được phát huy đầy đủ sau khi nhiệt luyện tôi và ram do những nguyên tố hợp kim không những làm tăng chiều dày của lớp hóa bền (độ thấm tôi) mà còn nâng cao cả độ bền của chính lớp hóa bền đó. − Thép hợp kim giữ được độ bền, độ cứng cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ cao hơn so với thép cácbon do các nguyên tố hợp kim ở trong dung dịch rắn máctenxít cản trở sự phân hóa của pha này khi ram. 6.4 Các khuyết tật của thép hợp kim. 1. Thiên tích nhánh cây. Thép hợp kim cao do chứa một hàm lượng lớn các nguyên tố khác loại nên được làm nguội từ trạng thái lỏng (kết tinh) chúng sẽ kết tinh ra dung dịch rắn chứa ít cácbon trước tiên vì dung dịch rắn này có nhiệt độ nóng chảy cao tạo nên các nhánh cây. Tiếp sau đó chúng mới kết tinh ra dung dịch rắn có chứa nhiều cácbon và các nguyên tố hợp kim do dung dịch rắn loại này có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn tạo nên các vùng giữa các nhánh cây. Quá trình kết tinh như vậy đã tạo ra sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các nhánh cây hay nói cách khác, nó tạo ra thiên tích nhánh cây. Thỏi thép hợp kim với tổ chức nhánh cây khi đem cán sẽ tạo ra tổ chức thớ, làm cho cơ tính của chúng khác nhau theo các phương khác nhau. Hơn nữa chúng rất dễ nứt khi gia công rèn, cán vì liên kết giữa các tinh thể nhánh cây kém và bản thân nhánh cây có tính dẻo thấp. Để ngăn ngừa thiên tích nhánh cây trong các thỏi thép hợp kim cần làm nguội chậm trong quá trình đúc nhằm tạo điều kiện khuyếch tán tốt để làm đồng đều thành phân. Phương pháp này làm chậm năng xuất đúc nên không đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật. 94 Các thép hợp kim có thiên tích nhánh cây có thể khắc phục bằng cách đem ủ khuyếch tán ở nhiệt độ 1.050 – 1.100 0 C trong thời gian dài từ 8 đến 10 giờ. Do ủ khuyếch tán có giá thành cao nên chỉ áp dụng khi thật cần thiết. 2. Đốm trắng. Đốm trắng là các vết nứt nhỏ có dạng đốm trắng thấy rõ trên mặt gẫy của thỏi cán của thép hợp kim. Nó là nguồn gốc phát sinh ra phá hủy giòn nên là một dạng khuyết tật nguy hiểm của thép hợp kim. Rất may, đốm trắng chỉ xảy ra trong thỏi thép cán của thép hợp kim có độ thấm tôi cao như thép hợp kim crôm – nikel, Crôm – Nikel – vônfram (Môlipđen) mà thôi. Nguyên nhân chính gây ra đốm trắng là hyđrô. Ngoài ra với sự chuyển biến pha (từ γ→α hay từ γ→ máctenxít) không đồng đều về thời gian và nhiệt độ, sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các vùng tinh thể gây nên ứng suất bên trong cũng tạo nên đốm trắng. Để ngăn ngừa, cần phải sấy khô tòan bộ mẻ liệu (vật liệu kim loại, nhiên liệu và chất trợ dung) trước khi cho vào lò luyện để giảm bớt hàm lượng hyđrô hòa tan vào thép lỏng. Phương pháp này ít tốn kém có hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra người ta còn dùng cách ủ đẳng nhiệt, hay sau khi biến dạng cho làm nguội chậm với thời gian dài 10–15 giờ. Những phương pháp này kéo dài nên khá tốn kém. 3. Giòn ram. Thông thường khi tăng nhiệt độ ram (từ ram thấp đến ram cao) độ dai va đập luôn luôn tăng lên và đạt tới giá trị cao nhất ở nhiệt độ 600 – 650 0 C rồi lại giảm đi như hình vẽ 6.2. Hình 6.2 Quan hệ giữa độ dai va đập và nhiệt độ ram của thép cácbon (0,40%C). Tuy nhiên, quan hệ giữa nhiệt độ ram và độ dai va đập ở một số loại thép kết cấu hợp kim lại khác, chúng có thể có hai giá trị cực tiểu ứng với hai khoảng nhiệt độ khác nhau mà tại đó thép bị giòn hơn mức bình thường rất nhiều. Hiện tượng này được gọi là giòn ram (Hình vẽ 6.3). 0 100 200 300 400 500 600 700 Nhiệt độ ram, 0 C 1.40 0 1.20 0 1.00 0 800 600 400 200 0 Độ dai va đập a k , kJ/m 2 95 Loại giòn xuất hiện khi ram trong khoảng nhiệt độ 280 – 350 0 C ứng với giá trị cực tiểu thứ nhất được gọi là giòn ram loại I. Ta nên tránh giòn ram loại I bằng cách không ram thép ở khoảng nhiệt độ này vì đây là loại giòn ram không chữa được hay giòn ram không thuận nghịch. Loại giòn xuất hiện khi ram trong khoảng nhiệt độ 500 – 600 0 C ứng với giá trị cực tiểu thứ hai thường gặp ở thép hợp kim crôm, thép hợp kim mangan, hay thép hợp kim crôm – mangan hoặc thép hợp kim crôm – nikel sau khi làm nguội chậm được gọi là giòn ram loại II. Hình 6.3 Quan hệ giữa độ dai va đập và nhiệt độ ram của thép hợp kim (0,30%C, 1,47%Cr, 3,4%Ni). Với chi tiết có kích thước nhỏ để tránh giòn ram loại hai người ta tiến hành cho nguội nhanh trong nước hay dầu sau khi ram cao. Đối với chi tiết có kích thước lớn người ta dùng thép hợp kim có thêm 1% vônfram hay 0,5% môlipđen. 6.5 Ký hiệu và phân loại thép hợp kim. 6.5.1 Ký hiệu. Ký hiệu của thép còn được gọi là mác thép. Theo tiêu chuẩn Việt nam, thép hợp kim được ký hiệu bằng hệ thống chữ và số trong đó chữ ký hiệu các nguyên tố hợp kim bằng chính ký hiệu hóa học của nó. Số ở đầu mác thép chỉ hàm lượng cácbon trung bình tính theo phần vạn, số ở sau nguyên tố hợp kim nào chỉ hàm lượng trung bình của nguyên tố đó tính theo phần trăm. Chữ A ở cuối mác thép (nếu có) chỉ thép có chất lượng cao. Nếu hàm lượng của nguyên tố hợp kim nào đó xấp xỉ bằng một thì không cần ghi số. 1.40 0 1.20 0 1.00 0 800 600 400 200 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Nhiệt độ ram, 0 C 2.500 2000 1500 1000 500 0 Độ dai va đập a k , kJ/m 2 Nguội nhanh Nguội chậm 96 Thí dụ mác thép 18CrMnTi cho biết đây là thép hợp kim có chứa 0,18% cácbon, khoảng 1% mỗi nguyên tố crôm, mangan và ti tan. Mác 60Si2 cho biết đây là thép hợp kim có chứa 0,60% cácbon và khoảng 2% silíc. 6.5.2 Phân loại thép hợp kim. 1. Phân loại theo nguyên tố hợp kim. Đây là cách phân loại dựa vào tên của nguyên tố hợp kim chính có mặt trong thép. Có những loại thép gồm một nguyên tố hợp kim như thép crôm, thép nikel, thép mangan, v.v hoặc những thép hợp kim chứa hai nguyên tố hợp kim chính như thép crôm – nikel, thép crôm – mangan hay những thép có chứa ba nguyên tố hợp kim chính như thép crôm – nikel – molibđen, v.v. Theo cách này người ta biết được tính chất của thép do nguyên tố hợp kim chính quyết định. 2. Phân loại theo tổng lượng nguyên tố hợp kim. Theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim có mặt trong thép người ta chia thép hợp kim ra làm ba loại: − Thép hợp kim thấp là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim nhỏ hơn 2,5% (thường là thép péclit). − Thép hợp kim trung bình là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim từ 2,5% đến 10% (thường là thép péclit - máctenxít). − Thép hợp kim cao là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim lớn hơn 2,5% (có thể là thép máctenxít hay austenít). Cách phân loại này cho biết giá trị của thép. 3. Phân loại theo tổ chức ở trạng thái thường hóa. Nung nóng thép hợp kim đến trạng thái hoàn toàn là austenít rồi làm nguội trong không khí tĩnh (tức nhiệt luyện thường hóa) người ta thấy tùy theo mức độ hợp kim hóa chúng ta có thể nhận được các thép hợp kim sau:  Thép péclít. Thép péclít là loại thép hợp kim thấp do đó độ ổn định của austenít quá nguội còn nhỏ vì thế khi làm nguội trong không khí tĩnh véc tơ tốc độ nguội cắt đường cong chữ “C” nên tổ chức của nó nhận được là péclít (xoocbít, trustít)  Thép máctenxít. Thép máctenxít là loại thép có hàm lượng cácbon trung bình hoặc cao nên tính ổn định của austenít cao, vì thế chỉ cần làm gnuội trong không khí tĩnh véctơ tốc độ nguội của nó cũng không cắt đường cong chữ “C” mà đi thẳng vào vùng chuyển biến máctenxít nên tổ chức nhận được là máctenxít. Những loại thép máctenxít vì thế còn có tên là thép tự tôi.  Thép austenít. 97 Thép austenít là loại thép được hợp kim hóa cao bởi nikel và mangan là những nguyên tố mở rộng vùng γ nên khi làm nguội ngoài không khí tĩnh đến nhiệt độ bình thường tổ chức của nó vẫn còn là austenít. 4. Phân loại theo công dụng. Cách phân loại theo cơng dụng được dùng nhiều nhất. Theo cách này người ta chia thép hợp kim ra làm các loại sau: Thép hợp kim cán nóng thông dụng, thép hợp kim kết cấu, thép hợp kim dụng cụ và thép hợp kim đặc biệt. 6.6 Một số thép hợp kim thường dùng. 6.6.1 Thép hợp kim kết cấu thông dụng. 6.6.1.1 Tổng quan Thép hợp kim kết cấu được dùng chủ yếu để chế tạo các chi tiết máy lớn và quan trọng như các loại trục, các bánh răng, thanh truyền lực, lò xo, vòng bi v.v. Thép hợp kim kết cấu thuộc nhóm chất lượng cao, có nhiều chủng loại và thường phải nhiệt luyện trước khi dùng để phát huy hết khả năng làm việc của chúng. Chính vì thế việc lựa chọn, sử dụng hợp lý thép hợp kim kết cấu trong chế tạo cơ khí sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật lớn. Thép hợp kim kết cấu thường có thành phần cácbon thấp và trung bình trong giới hạn 0,1 – 0,6%, cao nhất cũng không quá 0,65% trừ các thép chuyên dùng và chịu mài mòn như thép vòng bi. Hàm lượng nguyên tố hợp kim trong thép hợp kim kết cấu thường chỉ 1 – 3%, nhiều nhất cũng chỉ 6 – 7% và thường dùng mangan, silíc là những nguyên tố rẻ tiền, dễ kiếm. Ngoài ra còn có crôm và nikel. Tác dụng chủ yếu của những nguyên tố hợp kim trên là nâng cao độ thấm tôi (đường kính tôi thấu có thể từ 25 – 200 mm) và hóa bền pha ferít để nâng cao cơ tính ở trạng thái cung cấp. 6.6.1.2 Một số loại thông dụng.  Thép hợp kim kết cấu thấm cácbon. Nhóm thép hợp kim kết cấu thấm cácbon chuyên dùng để chế tạo các chi tiết truyền lực như bánh răng, cam, chốt xích, đóa ma sát v.v nên đòi hỏi trong lõi dẻo dai chịu va đập còn bề mặt cần cứng vững chịu được mài mòn vì thế trước khi dùng phải thấm cácbon rồi đem tôi và ram thấp. Hàm lượng cácbon trong thép hợp kim kết cấu thấm cácbon khoảng 0,10 – 0,25%, hiện nay có xu hướng dùng thép với lượng cácbon trên dưới 0,3% để nâng cao độ bền của lõi, nhất là với các chi tiết lớn. Lưu ý: sự khác nhau về chất lượng giữa thép thấm cácbon thông thường và thép hợp kim kết cấu thấm cácbon khi có cùng hàm lượng cácbon là thép hợp kim kết cấu thấm cácbon có độ thấm tôi lớn hơn nên độ bền của lõi cao hơn do đó làm đựoc chi tiết lớn hơn, ngoài ra do ít bị 98 biến dạng khi tôi nên có thể thấm được ở nhiệt độ cao hơn. Khi độ cứng của bề mặt như nhau thì tính chống mài mòn của thép hợp kim kết cấu cao hơn so với thép thấm cácbon thông thường do tạo nên cácbit ổn định với độ phân tán cao. Một số mác thép hợp kim kết cấu thấm cácbon có thể kể đến là: Nhóm thép crôm: bao gồm các mác 15Cr, 20Cr, 15CrV… được dùng làm các chi tiết nhỏ với đường kính không lớn hơn 30mm, yêu cầu chống mài mòn cao ở bề mặt và chịu tải trung bình như các chốt piston, trục cam, trục giữa xe đạp, trục pêđan, bánh răng có mô đun nhỏ v.v. Nhóm thép crôm – nikel: bao gồm các mác 20CrNi, 12CrNi3A, 12Cr2Ni4A, 18Cr2Ni4WA, 18Cr2Ni4Mo, v.v có độ thấm tôi rất cao, đảm bảo được độ bền và độ dai va đập tốt vì thế thường được làm các chi tiết chịu tải trọng cao nhất. Mác thép 18Cr2Ni4W hoặc 18Cr2Ni4Mo được dùng làm các chi tiết đặc biệt quan trọng như bánh răng, trục của động cơ máy bay, tầu biển, v.v. Nhược điểm cơ bản của nhóm thép này là đắt, khó cắt gọt và qui trình nhiệt luyện phức tạp. Nhóm thép crôm – mangan – titan: bao gồm các số hiệu 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi, 25CrMnMo, v.v được dùng để sản xuất hàng loạt các chi tiết của máy kéo như các bánh răng hộp số, bánh răng cầu sau và các trục quan trọng. Thành phần hóa học của một số mác thép thuộc nhóm thép hợp kim kết cấu thấm cácbon nêu trên được trình bày trong bảng 6.1 Bảng 6.1 Một số thép hợp kim kết cấu thấm cácbon. Mác thép Thành phần các nguyên tố (%) C Cr Ni Mn Nguyên tố khác 15Cr 0,12–0,15 0,70 –1,00 – 0,40–0,70 – 20Cr 0,17–0,23 0,70 –1,00 – 0,50–0,80 – 15CrV 0,12–0,18 0,80 –1,10 – 0,40–0,70 0,06 – 0,12V 20CrNi 0,17–0,23 0,45 –0,75 1,00 – 1,40 0,40–0,70 – 12Cr2Ni3A 0,09–0,16 0,60 –0,90 2,75 – 3,15 0,30–0,60 – 12Cr2Ni4A 0,09–0,15 1,25–1,65 3,25 – 3,65 0,30–0,60 – 18Cr2Ni4MoA 0,14–0,20 1,36–1,65 4,00 – 4,40 0,25–0,55 0,3 – 0,40Mo 18CrMnTi 0,17–0,23 1,00–1,30 – 0,80–1,10 0,03 – 0,09Ti 25CrMnTi 0,22–0,29 1,00–1,30 – 0,80–1,10 0,03 – 0,09Ti 30CrMnTi 0,24–0,32 1,00–1,30 – 0,80–1,10 0,03–0,09Ti 25CrMnMo 0,23–0,29 0,90–1,20 – 0,90–1,20 0,2–0,30Mo 99  Thép hợp kim kết cấu đàn hồi. Thép hợp kim kết cấu đàn hồi là loại thép dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi như lò xo, nhíp các loại và các chi tiết chịu đàn hồi khác. Để đạt được giới hạn đàn hồi cao nhất, loại thép này phải được nhiệt luyện để có tổ chức trustít ram bằng cách tôi rồi ram trung bình. Ngoài ra, để tăng khả năng chịu mỏi người ta còn tạo ra trên bề mặt của chúng một ứng suất dư bằng cách cán, phun bi, lăn ép, v.v. Các mác thép đàn hồi gồm 60Mn, 65Mn, 70Mn, 55Si2, 60Si2, 60SiMn, 60Si2CrA, 60Si2Ni2A, 50CrV, 50CrMnV… được cán, kéo thành tấm lá, dây để cuốn, uốn thành các hình dạng khác nhau. Các mác thép 60Mn, 65Mn, 70Mn là loại thép lò xo thường, chúng được cán thành các bán thành phẩm tiết diện nhỏ và được cung cấp ở trạng thái đã qua nhiệt luyện tôi và ram trung bình. Các mác thép 55Si2, 60Si2, 60SiMn có giới hạn đàn hồi cao, độ thấm tôi tốt dùng để làm lò xo, nhíp có chiều dày tới 18mm trong chế tạo máy kéo, xe lửa, tầu biển, dây cót đồng hồ, v.v. Các mác thép 60Si2CrA, 60Si2Ni2A có độ thấm tôi lớn – có thể tôi thấu trên 50mm nên thường được dùng để chế tạo lò xo, nhíp lớn chịu tải nặng và đặc biệt quan trọng. Các mác thép 50CrV, 50CrMnV có tính chống ram cao, có thể chế tạo các lò xo nhỏ, chịu nhiệt tới 300 0 C như lò xo supáp xả. Thành phần hóa học của một số mác thép nêu trên được trình bày trong bảng 6.2 Bảng 6.2 Một số thép hợp kim kết cấu đàn hồi. Mác thép Thành phần các nguyên tố (%) C Mn Si Cr Nguyên tố khác 65Mn 0,62 – 0,70 0,9 – 1,2 0,17 – 0,37 < 0,25 60Si2 0,57 – 0,65 0,6 – 0,9 1,50 – 2,0 – 60SiMn 0,55 – 0,65 0,8 – 1,0 1,30 – 1,80 – 50CrV 0,46 – 0,54 0,5 – 0,8 1,17 – 1,37 – 0,1 – 0,2V 60Si2CrA 0,56 – 0,64 0,5 – 0,8 1,40 – 1,80 – 60Si2Ni2A 0,56 – 0,64 0,5 – 0,8 1,40 –1,80 – 1,4 – 1,7Ni  Thép hợp kim kết cấu hóa tốt. Thép hợp kim kết cấu hóa tốt là loại thép dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao nên yêu cầu có độ bền và độ dẻo cao, nghĩa là cần phải có cơ tính tổng hợp cao. 100 [...]... thường dùng các nhóm thép đặc biệt như thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao, thép không gỉ, thép và hợp kim chịu nhiệt, hợp kim có điện trở lớn, hợp kim có tính giãn nở nhiệt và đàn hồi đặc biệt, thép và hợp kim từ tính, v.v 6.7.1 Thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao Các thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao được dùng nhiều trong kỹ thuật bao gồm bốn nhóm: 107 − Thép có độ cứng cao và... làm dao cắt thành các nhóm sau: Thép làm dao cắt có năng suất thấp có tính chịu nóng đến 2000C bao gồm thép dụng cụ cácbon (đã trình bày trong phần thép cácbon), và thép hợp kim thấp Thép làm dao cắt có năng suất cao có tính chịu nóng đến 600 – 6400C còn có tên là thép cắt nhanh được hợp kim hóa cao (thép gió) Ngoài ra, để chế tạo dụng cụ cắt người ta còn sử dụng hợp kim cứng có tính chịu nóng đến... cao Thông thường người ta dùng các mác thép 30CrMo, 35CrNi3MoA, 38CrMoalA, 25Cr2MoVA, 40CrNi2MoA, v.v đơi khi người ta dùng cả thép cácbon mác C30  Hợp kim bền nóng Hợp kim bền nóng là những hợp kim trên cơ sở Ni, Cr và các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao như W, Mo v.v 112 Hợp kim bền nóng trên cơ sở Ni gồm hai loại chính là nicrôm và nimơnic Nicrôm là hợp kim của ni và Cr đôi khi có cả sắt với... – 560 0C người ta dùng loại thép hợp kim cácbon thấp loại peclít như các mác 12Crmo, 12CrMoV Để làm cánh tuộc bin hơi làm việc ở nhiệt độ 540 – 560 0C người ta dùng thép hợp kim cao thuộc loại máctenxít như 12Cr12WniMoV, 12Cr13, 15Cr11MoV Các nồi hơi áp suất siêu cao phải dùng thép hợp kim cao loại austenít như mác 9Cr14Ni9W2NbB Nhóm thép bắt chặt: Thép bắt chắt là loại thép dùng để chế tạo ra các... Đối với thép, các nguyên tố hợp kim như Mo, W, Nb, Ti, Zr có tác dụng tạo ra các pha hóa cứng phân tán như cácbit, nítrít nên có tác dụng chống dão Các nguyên tố hợp kim Ni, Mn có tác dụng ổn định tổ chức austenít có nhiệt độ kết tinh lại cao cũng có tác dụng chống dão nên chúng là các nguyên tố hợp kim quan trọng của vật liệu kim loại chịu nhiệt 6.7.3.2 Một số loại thép và hợp kim chịu nhiệt  Thép làm... và thiêu kết sẽ được trình bày trong chương vật liệu bột Trong phần này chúng tôi chỉ trình bày vật liệu hợp kim cácbit được sản xuất bằng phương pháp nấu chảy, đó là hợp kim cácbit đúc 108 Hợp kim cácbit đúc là loại hợp kim trên cơ sở của sắt với một hàm lượng lớn cácbon (dưới 4%) và các nguyên tố tạo cácbit chủ yếu là crôm, hoặc vônfram, vanadi, mangan, v.v Hợp kim cácbit đúc có một lượng lớn các... cho thép trở thành không gỉ Tùy thuộc vào hàm lượng của các nguyên tố cácbon, crôm và nikel có trong thép mà người ta chia thép không gỉ ra làm ba loại chính là thép không gỉ austenít, thép không gỉ ferít, thép không gỉ máctenxít Ngoài ra còn có các loại thép không gỉ khác như thép không gỉ austenít – ferít, thép không gỉ hóa cứng tiết pha còn gọi là thép không gỉ austenít – mactenxít 6.7.2.1 Thép. .. nước máy Chúng không bị ăn mòn trong axít HN03 nhưng trong các loại axít khác chúng lại bị ăn mòn Trong ba loại thép không gỉ chính kể trên, thép không gỉ máctenxít có tính chống ăn mòn kém nhất 6.7.3 Thép và hợp kim chịu nhiệt 6.7.3.1 Tổng quan Thép và hợp kim chịu nhiệt là loại thép và hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao được dùng để chế tạo các chi tiết của động cơ đốt trong, động cơ phản lực, lò nung,... thường dùng các mác thép C15, C20, 15Cr, 20Cr, 12CrNi3A, C50, C55, 38CrMoAlA Mác 38CrMoAlA được dùng để chế tạo các dụng cụ đo có kích thước lớn và hình dạng phức tạp, chúng thường qua thấm nitơ 6.7 Thép hợp kim đặc biệt Thép hợp kim đặc biệt là những thép được dùng vào những mục đích đặc biệt do chúng có những tính chất vật lý, tính chất hóa học đặc biệt khác với các loại thép hợp kim thường dùng cả... Một số thép hợp kim làm dao cắt thông dụng  Thép làm dao cắt có năng suất thấp - Thép hợp kim thấp Dao cắt năng suất thấp là những loại dao mà tốc độ cắt chỉ khoảng 5 – 10m/ph Một vài mác thép dụng cụ hợp kim thấp thường dùng là 130Cr05, 140CrW5, 100Cr2, 90CrSi, 90CrMn2 Chúng thường được dùng để chế tạo mũi khoan, ta rô, bàn ren, dao phay v.v với kích thước nhỏ Thành phần hóa học của một số mác thép . chia thép hợp kim ra làm các loại sau: Thép hợp kim cán nóng thông dụng, thép hợp kim kết cấu, thép hợp kim dụng cụ và thép hợp kim đặc biệt. 6.6 Một số thép. nguyên tố hợp kim như thép crôm, thép nikel, thép mangan, v.v hoặc những thép hợp kim chứa hai nguyên tố hợp kim chính như thép crôm – nikel, thép crôm