- Bắt đầu, phút, không nhỏ hơn Kết thúc, phút, không nhỏ hơn
3.3.2 Thép dụng cụ
Để nâng cao tuổi thọ của chi tiết khuôn khâu chọn vật liệu có cường độ bền cao phải đặt lên hàng đầu, tức là là tập hợp các đặc trưng cơ lý, hóa tính đảm bảo cho vật liệu có thể làm việc lâu bền và tin cậy trong các điều kiện làm việc. Cụ thể là khả năng chống biến dạng dẻo, chống nứt và mài mòn bề mặt. Khả năng chống biến dạng dẻo được đặc trưng bằng mật đô năng lượng đàn hồi echảy . Còn khả năng chống nứt và mài mòn xác định theo độ dai phá hủy KIC và đặc trưng bằng năng lượng riêng chống mở rộng vết nứt:Gphá hủy = K2IC/E. Ta thử so sánh thép các bon với thép hợp kim có độ bền và khả năng chống mài mòn cao hơn hẳn. Trong thép hợp kim, lượng chứa các tạp chất có hại như P, S và các khí ôxy, hydrô, nitơ là rất thấp so với thép các bon. Do việc khử tạp chất triệt để hơn và nhất là do phải cho vào các nguyên tố hợp kim, nên nói chung thép hợp kim đắt tiền hơn so với thép các bon nhưng bụ
49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
lại thép hợp kim có nhiều ưu điểm nổi trội hơn hẳn so với thép các bon đặc biệt là cơ tính sau khi nhiệt luyện. Thép hợp kim càng cao tính ưu việt càng thể hiện rõ. Ta xét thấy một số tác dụng chủ yếu sau của thép hợp kim để xác định chọn vật iệu có hàm lượng hợp kim hợp lý để vừa đảm bảo độ bền và giá thành sản phẩm.
- Nguyên tố Mangan (Mn): Khi hòa tan vào feirit có tác dụng hóa bền pha này. Mn có tác dụng tăng độ thấm tôi, với đường kính tới hạn lý thuyết lớn gấp 4 lần so với thép các bon không có Mn.
- Nguyên tố Ni ken (Ni): Ni không tạo thành các bít tác dụng chủ yếu là tăng độ dai tốt ngay cả ở nhiệt độ thấp.
- Nguyên tố Silic (Si): Có tác dụng làm tăng tính ổn định ram, nhưng không làm tăng tính ròn của thép. Si có khả năng ôxy hóa cho phép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền chống lão, bởi vậy Si luôn có mặt trong thép Crôm.
- Nguyên tố Crôm (Cr): Tăng đáng kể độ thấm tôi với hệ số 3,2 lần . Ngoài ra nó còn tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao do nó tạo ra các bít nhỏ mịn khi ram có tác dụng hóa bền tiết pha. Nói chung nguyên tố Cr đóng vai trò hàng đầu đối với độ bền chống mài mòn.
- Nguyên tố Molipden (Mo): Cùng với Cr, Mo tăng mạnh độ thấm tôi với hệ số 3,8 lần. Mo cải thiện chống ram do nó tạo ra độ cứng thứ hai khi ram (do hình thành pha Mo2C) và làm giảm sự nhạy cảm đối với giòn ram.
- Nguyên tố Vanadi(V): Tác dụng của V gần giống như Mo, nó thu hẹp vùng γ và khuynh hướng tạo các bít còn mạnh hơn cả Mo. VC nhỏ mịn nằm ở biên giới hạt, nó có tác dụng ngăn cản sự lớn lên của hạt γ khi nung. Đó là tác dụng chủ yếu của V. Ngoài ra V cũng tăng tính chống ram và tăng khả năng
50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
chống mài mòn cho thép. Nó thường được sử dụng cùng với các nguyên tố khác nhất là Cr nhưng hàm lượng của nó không vượt quá 0,2% .
- Nguyên tố Bo (B): Với một lượng rất nhỏ là 0,001%, B tăng độ thấm tôi cho thép cacbon lên 2 lần. Tác dụng này thể hiện rõ ở thép các bon thấp và trung bình. Nhưng với thép các bon cao (>0,7%) tác dụng trên lại không đáng kể. Đó là do B được tiết ra ở biên hạt austenit ngăn cản sự sinh mầm peclit.
Qua những phân tích trên về tác dụng của các nguyên tố hợp kim đến tính chất của thép ta có thể kết luận như sau:
+ Để tăng độ thấm tôi, ta sử dựng Mn hoặc Cr và cả Ni. Tác dụng các nguyên tố có tính chất hiệp đồng.
+ Để cải thiện tính chống ram (giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao khi ram), ta sử dụng Cr, Mo, V và W đó là các nguyên tố tạo các bít trong quá trình ram.
+ Để nâng cao độ bền chống mài mòn, ta sử dụng các nguyên tố tạo các bít như nguyên tố Crôm.
Với mục tiêu đề tài nâng cao tuổi thọ của chi tiết sau khi gia công, ta có thể chọn vật liệu chế tạo khuôn có tỷ lệ các thành phần hợp kim chủ yếu như sau:
% C % Cr % Mo % V % Si % Mn
1,45 – 2,3 11 – 12,5 0,4 – 0,6 0,15 – 0,3 ≤ 0,35 ≤ 0,35
Thép dụng cụ bao gồm thép các bon hợp kim hay thép gió có khả năng tôi và ram. Thép dụng cụ được sử dụng chế tạo các công cụ cầm tay hoặc trong các đồ gá cơ khí sử dụng cho cắt gọt, tạo hình vv… ở các nhiệt độ trong phòng và nhiệt độ cao. Thép dụng cụ được sử dung rộng rãi để chế tạo các chi
51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
tiết có yêu cầu chống mòn, độ bền, độ dai va đập cao cũng như các yêu cầu khác nhằm tối ưu hóa khẳ năng làm việc của chi tiết máy.
Thép dụng cụ theo tiêu chuẩn Quốc tế được phân loại như sau:
Loại thép Ký hiệu
Thép dụng cụ nhiệt luyện trong môi trường nước W
Thép dụng cụ chống va chạm S
Thép dụng cụ làm khuôn đạp nguội tôi trong dầu O Thép hợp kim dụng cụ trung bình làm khuôn dập nguội tôi trong
không khí
A Thép hợp kim dụng cụ có hàm lượng Cr và C cao làm khuôn dập
nguội
D
Thép làm khuôn P
Thép làn khuôn dập nóng có làm lượng Cr, Voltram và Mo cao H
Thép gió Volfram T
Thép gió Mo M
Thép hợp kim dụng cụ là loại thép được sử dụng rộng rãi để chế tạo các khuôn dập, ép cả nóng và nguội.Thành phần các bon và các nguyên tố hợp kim trong thép đóng vai trò khác nhau đối với khả năng làm việc của thép.
Việc lựa chọn thép hợp kim dụng cụ chế tạo khuôn ép có ý nghĩa quan trọng đối với việc chế tạo khuôn thỏa mãn các yêu cầu về độ chính xác hình học, kích thước cũng như đạt được tuổi thọ cao.Khuôn ép gạch nói chung bị mất khả năng làm việc chủ yếu do mòn, mòn do cào xước, tróc, rỗ. Đồng thời trên bề mặt làm việc bên trong của khuôn có thể bị phá hủy do mỏi. Mòn làm tăng kích thước của sản phẩm. Do vậy cộng với việc khuôn phải làm việc trong điều kiện áp suất lớn cho nên độ cứng của các bề mặt làm việc cần đạt tới 560 - 654 HB. Vật liệu thường sử dụng cho mục đích này là W1 và W2.
52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tuy nhiên khả năng chống mòn của thép dụng cụ loại W cũng có giới hạn nhất định thậm trí ở độ cứng tối đa 688 – 722 HB. Vì thế có thể sử dụng các loại thép hợi kim cao như D2, M2 hoặc A2 để tăng khả năng chóng mòn hay tuổi thọ của khuôn. Tuy nhiên do độ dai va đập của các loại thép này thấp nên chúng thường được chế tạo thành những mảnh ghép trong khuôn.
Thép hợp kim loại D có thành phần các bon tử 1,5 – 2,35% và thành phần Cr khoảng 12%. Loại thép có chứa Mo có thể nhiệt luyện trong không khí còn thép không chứa Mo được nhiệt luyện trong dầu. Để tránh biến dạng chi tiết sau nhiệt luyện cần nâng nhiệt trước khi tôi.