Định nghĩa: là thép có thành phần cacbon trung bình (0,30 ÷ 0,50%C),để chế tạo các chi tiết
máy chịu tải trọng tĩnh và và đập tương đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn như trục, bánh răng,
chốt,... để đạt được cơ tính tổng hợp cao nhất thép phải qua nhiệt luyện hóa tốt (tôi + ram cao).
5.3.3.1. Đặc điểm về thành phần hóa học
Cacbon: 0,30 ÷ 0,50%, thường dùng hơn 0,35 ÷ 0,45%. 2 loại nguyên tố hợp kim: Nguyên tố hợp kim chính: Cr,Mn với l ượng chứa 1÷2%, Ni = 1÷4% nh ư nhóm thép thấm cacbon, ngoài ra còn cho phép dùng cả Si với lượng chứa không quá 1% (vì không cần thấm C). Gần đây dùng
bo (B) lượng rất nhỏ 0,0005 ÷ 0,003% (thấp quá không tác dụng, cao quá giòn do FeB), tương đương 1%Ni hay 0,5%Cr. Tác d ụng của B chỉ có khi dùng kết hợp với Cr, Ni, Mn.
Nguyên tố hợp kim phụ: Mo và W, có tác dụng tăng độ thấm tôi, song chủ yếu l à để khắc
phục giòn ram loại II.
5.3.3.2. Đặc điểm về nhiệt luyện:
Sơ bộ: để cải thiện tính cắt gọt, sau khi rèn, dập nóng để tạo phôi, thép đ ược qua ủ hoàn toàn (trừ thép Cr-Ni) đạt độ cứng HB 180 ÷ 220 dễ gia công cắt thô.
Nhiệt luyện kết thúc: gồm 2 b ước:
Bước 1: tôi + ram cao →X ram có c ơ tính tổng hợp cao, chịu được tải trọng tĩnh và và đập
và giúp chuyển biến nhanh và tạo M kim nhỏ khi tôi bề mặt. Phải chú ý tránh giòn ram loại II
nhất là loại thép không chứa Mo và W.
Với các tiết diện nhỏ có thể thay tôi + ram cao bằng th ường hóa cũng đạt hiệu quả t ương
tự mà công nghệ thực hiện đơn giản và rẻ hơn.
Bước thứ 2: sau khi gia công tinh, tôi bề mặt và ram thấp cho độ cứng HRC 52 ÷ 58, cùng với độ cứng lõi HRC 25 ÷ 30 đạt được yêu cầu đề ra. Riêng các thép với %C=0,30÷,35%, sau
tôi bề mặt độ cứng không cao (≤ HRC50) nên phải thấm C-N nhiệt độ thấp (550÷560oC để
không làm hỏng tổ chức X ram của lõi) và bề mặt đủ cứng chịu được mài mòn.
5.3.3.3. Thép cacbon:
Các mác thường dùng:
TCVN: C30, C35, C40, C45, C50 và C40Mn. NgaΓOCT: 30, 35, 40, 45, 50, 40Г.
Cơ tính: tối thiểu σb = 750 ÷ 850MPa.
Cải tiến: dùng thép cacbon với % Mn và Si rất thấp (Mn ≤ 0,20%, Si ≤ 0,15%), có độ
thấm tôi thấp, ví dụ thép 58s hay 55K П- Nga. Độ thấm tôi δ=2mm cứng 60HRC, lõi vẫn dẻo, dai như là thép sau thấm cacbon.
Được dùng để chế tạo bánh răng bị động (quay chậm và ít mòn hơn).
5.3.3.4. Thép Cr:
Có %Cr = 0,50 hay 1,00% chủ yếu để cải thiện tính tôi (tôi được trong dầu, tăng độ thấm tôi).
Dùng làm các chi tiết nhỏ (20÷40), tương đối phức tạp.
Các mác thường dùng: TCVN: 40Cr, 40CrVÀ ΓOCT 40X, 40XΦA SAE/AISI: 50B40, 5140 JIS: SCr440 5.3.3.5. Thép Cr-Mo:
Thép Cr + khoảng 0,25%Mo để chống đ ược giòn ram loại II và tăng độ thấm tôi. Thép Cr-
Mo được dùng làm các chi tiết máy trung bình ( > 50mm) hình dạng tương đối phức tạp như bánh răng.
Thường dùng các mác: VN: 38CrMoA, Nga 38XMA, AISI/SAE: 4140, JIS: SCM440.
5.3.3.6. Thép Cr-Mn và Cr-Mn-Si:
Có 1%Cr + 1%Mn hay 1%Cr + 1%Mn + 1%Si là loại hợp kim hóa phức tạp n ên có độ
thấm tôi cao, dùng làm chi tiết khá lớn (50÷60mm).
Tuy nhiên có Mn, Si nên cứng và giòn hơn, ít phổ biến hơn.
Nga dùng: 40XΓ, 30XΓC. Hoa Kỳ, Nhật không dùng.
5.3.3.7. Thép Cr-Ni và Cr-Ni-Mo:
Có cả Cr, Ni nên độ thấm tôi cao mà vẫn giữ được độ dẻo, độ dai tốt, nhất l à trong trường
Thép Cr-Ni thấp: 1%Cr + 1%Ni, chi tiết d= 50 ÷ 60mm với σb ~700MPa và aK~700kJ/m2, hình dạng khá phức tạp. Vì bị giòn ram loại II, tính gia công cắt h ơi kém ngày càng ít dùng.
Thép Cr-Ni cao: 1 ÷ 2%Cr + 3 ÷ 4%Ni (N i/Cr ~ 3÷4), tôi thấu với tiết diện trên 100mm, coi là tôi thấu với tiết diện bất kỳ (nó thuộc loại mactenxit). Nhờ vậy thép có c ơ tính tổng hợp
rất cao: σb = 1100MPa, σ0,2 = 1000MPa, aK = 800kJ/m . Các mác thư ờng dùng:
VN: 38CrNi3, Nga: 30XH3A, JIS: SNC63 1 và SNC836, Hoa Kỳ không có thép này. Tuy nhiên thép này dễ bị giòn ram II và tính gia công cắt kém.
Thép Cr-Ni cao với Mo: là thép chế tạo máy tốt nhất vì có (0,15 ÷ 0,40%) Mo: tăng độ
thấm tôi, làm các chi tiết với hình dạng phức tạp, tiết diện lớn (÷ 100mm), không bị giòn ram loại II, thuộc nhóm thép mactenxit, tôi thấu với tiết diện bất kỳ,c ơ tính tổng hợp cao nhất: σb = 1200MPa,σ0,2 = 1100MPa, aK = 800kJ/m2. Các mác thép Cr -N-Mo thường dùng:
VN: 38Cr2Ni2MoA, 38CrNi3MVÀ, ΓOCT: 38X2H2MA, 38XH3MΦA, SAE/AISI: 4340, JIS: SNCM439
5.3.3.8. Thép chuyên dùng đ ể thấm nitơ:
Hợp kim Cr (~1,6%), Mo (~ 0,30%), Al (~1,00%).
Tác dụng của nguyên tố HK: tạo nitrit cứng, phân tán, %C~0,40%, nhiệt luyện hóa tốt → c ơ
tính tổng hợp cao. Nhiệt độ thấm nit ơ bao giờ cũng phải thấp hơn nhiệt độ ram cao khi hóa tốt. Mác thường dùng: VN: 38CrMoAlA, Nga : 38X2MЮA, SAE: 7140, JIS: SACM645 Nhiệt luyện: tôi ở 930 ÷ 950oC trong dầu, ram 640 ÷ 680oC cơ tính đạt σb = 1030MPa, σ0,2 = 880MPa, aK = 600kJ/m2. Thấm nitơ ở 520 ÷ 540oC đạt độ cứng HV850 ÷ 1050 (~HRC 63 ÷ 72).