5.3.2.1. Đặc điểm các loại thép thấm cacbon và tác dụng của các nguyên tố
Có %C thấp: 0,10 ÷ 0,25% (0,30%) để chịu tải trọng tĩnh v à và đập cao + bề mặt bị mài mòn mạnh như bánh răng, cam, chốt,...
Thép cacbon: chỉ dùng thép lặng: C10, C15, C20, C25. Áp dụng cho ct d < 10÷20, hình dạng đơn giản, chỉ chịu mài mòn thấp. Nhiệt độ thấm thấp < 900-920 oC, thời gian thấm dài, sau khi thấm thường hoá và tôi + ram thấp. Không tôi trực tiếp
Thép hợp kim: d > 30÷50, hình dạng phức tạp và chịu mài mòn cao. Hợp kim: Cr riêng hoặc kết hợp với Ni, Mn, Ti có 2 tác dụng: tăng c ơ tính (thấm tôi, hạt nhỏ), không cản trở quá
Các mác thép thường dùng: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV ưu vi ệt của thép hợp kim so với
thép cacbon:
- Độ bền cao do độ thấm tôi cao, tiết diện chi tiết lớn h ơn.
- Chống mài mòn cao nhờ sau khi thấm cacbon tạo nên các cacbit hợp kim, cứng nóng >200oC. - Tôi trong dầu nên ít diến dạng, dùng được cho các chi tiết có hình dạng phức tạp.
- Nhiệt độ thấm cao hơn, do đó rút ngắn được thời gian thấm.
5.3.2.2. Thép hợp kim Cr: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV
Dùng cho chi tiết nhỏ (d=20-40), nhiệt độ thấm 900-920 oC, do tạo cacbit Cr dễ quá bão hoà cacbon.
5.3.2.3. Thép Cr-Ni và Cr-Ni-Mo:
- Độ thấm tôi lớn, bền và dai cao.
- Áp dụng: cho các chi tiết quan trọng, cần độ tin cậy cao nh ư trong ôtô, máy bay...
Gồm 2 loại:
+Thép Cr-Ni thấp: độ thấm tôi khá cao, tôi trong dầu, không kinh tế n ên các nước phương
Tây không dùng. 20CrNi (20XH), cho các chi tiết hình dạng phức tạp với d~ (50 ÷ 75mm),
chịu tải trọng và đập cao như các bánh răng ôtô tải nhẹ và du lịch.
+Thép Cr-Ni cao: %Ni= 2% đến 4%, %Cr~ 1%, tỷ lệ Ni / Cr = 3 hay 4. Độ thấm tôi rất
cao, tôi thấu được tiết diện bất kỳ (≥100). Tôi trong dầu, với tiết diện nhỏ có thể áp dụng tôi
phân cấp, nhờ đó giảm mạnh độ biến dạng. Áp dụng cho chi tiết quan trọng: chịu tải trọng
nặng, chịu mài mòn mạnh, hình dạng lớn và phức tạp, yêu cầu độ tin cậy cao như các chi tiết trong máy bay, ôtô mà các hư h ỏng có thể gây tai họa cho ng ười.
Các mác thép Cr-Ni dùng để thấm cacbon là:
VN: 12CrNi3A, 20Cr2Ni4A. Nga: 12XH3A và 20X2H4A. JIS: SNC415 và SNC815.
Cơ tính tổng hợp cao tới σb = 1000 ÷ 1200MPa, aK = 900 ÷ 1000kJ/m2. - Rất đắt (theo số liệu của Nga đắt gấp ba thép cacbon).
- Tính gia công cắt kém do thép quá dẻo (do cacbon thấp, niken cao), phoi không gãy vụn.
- Phải áp dụng quy trình công nghệ khá phức tạp: Trước khi gia công cắt thép phải qua th ường hóa (tôi)
Sau khi thấm C, bề mặt có %C cao và Ni khá cao làm hạ thấp điểm Mđ lúc đó đem tôi lượng γ dư (50 ÷ 60%) cao, độ cứng thấp (45 ÷ 55HRC), không đủ chống mài mòn. Sau khi thấm phải thường hóa trực tiếp (tôi) rồi ram cao ở 600 ÷ 650oC - 2 đến 6h, để tạo xoocbit và tiết cacbit làm dung dịch rắn nghèo bớt hợp kim đi. Sau đó nung tôi lại: với γ nghèo hợp kim (nâng cao điểm Mđ) và cacbit phân tán nên tôi + ram thấp sẽ nhận được M+cacbit phân tán và ítγ dư nên độ cứng cao (HRC>60) và chịu mài mòn tốt.
Thép Cr-Ni-Mo: có thêm 0,10 ÷ 0,40%Mo độ thấm tôi tăng (không có tác dụng chống
giòn ram vì chỉ phải ram thấp), chúng đ ược coi là thép thấm cacbon tốt nhất, được dùng vào các mục đích quan trọng nhất và cho tiết diện lớn nhất. Các mác thép Cr-Ni-Mo để thấm cacbon thường dùng:
TCVN: 20CrNi2Mo, 20Cr2Ni4MoA ГOCT: 20XH2M, 18X2H4MA
Hoa kỳ SAE/AISI: 4320, 8615
Nhật JIS: SNCM415, SNCM815
Các mác thép này có đặc tính giống như các mác Cr-Ni cùng loại song có tính thấm tôi cao hơn
(ví dụ 20Cr2Ni4MoA có tính thấm tôi cao h ơn 20Cr2Ni4A, quy trình nhiệt luyện giống nhau).
e. Thép Cr-Mn-Ti:
- Các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật: đều khá cao, đ ược dùng rất rộng rãiở ta và Nga để chế tạo bánh răng ôtô tải nhẹ và trung bình, rẻ vì các nguyên tố Cr, Mn rẻ.
- Độ bền: đối với các chi tiết trung bình (< 50mm) tôi thấu được nên có độ bền tương đương như
thép Cr-Ni, (σb = 1100 ÷ 1150MPa), độ dẻo, độ dai kém hơn đôi chút (aK = 600 ÷ 900kJ/m ).
Tính công nghệ:
Dễ cắt gọt hơn thép Cr-Ni, khi thấm cacbon có nhiều ưu việt: có Mn nên lớp thấm không bị
quá bão hòa C, có Ti (dù với lượng nhỏ) nên giữ được hạt nhỏ do đó có thể thấm ở nhiệt độ cao hơn (930 ÷ 950oC), thời gian thấm ngắn hơn, sau thấm có thể tôi trực tiếp → biến dạng rất thấp.
Các mác thép điển hình:
Việt nam: 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi và 25CrMnM o.
Nga: 18XГT, 25XГT, 30XГT và 25XГM.
Trong đó mác 18CrMnTi dùng đ ể thấm cacbon, các mác sau d ùng cho trường hợp thấm
cácbon– nitơ.
Quy trình chế tạo bánh răng hộp số ôtô bằng thép 25CrMnTi hoặc 25CrMnMo:
Rèn phôi- thường hoá- gia công cơ- thấm C+N thể khí ở 850 ÷ 860oC, tôi trực tiếp phân
cấp trong dầu nóng MC20 ở nhiệt độ 180oC cho độ cứng cao, tí nh chống mài mòn tốt, biến
dạng rất thấp (chỉ 0,08 ÷ 0,12mm, cho phép là 0,12mm) nhờ đó tuổi thọ tăng gần gấp đôi.