Như đ∙ nói sự kết hợp của crôm và niken không những làm tăng mạnh độ thấm tôi nhờ đó tăng độ bền mà còn duy trì được độ dai. Với đặc trưng bền và dai thép crôm - niken được dùng cho các chi tiết quan trọng, cần độ tin cậy cao như
trong ôtô, máy bay...
Có hai loại: - crôm - niken thường ~ 1%Cr + 1%Ni, và - crôm-niken cao ~ 1%Cr + 3%Ni.
Ngoài ra nếu đưa thêm một lượng nhỏ môlipđen vào hai loại trên sẽ nâng cao độ thấm tôi thêm nữa.
Thép crôm - niken thường
Là loại thép hợp kim thấp, trong đó crôm 0,50 ữ 1,00% còn niken > 1%, nhưng cũng đủ cải thiện đáng kể độ thấm tôi, tôi rất dễ trong dầu. Tuy nhiên loại này không có hiệu quả kinh tế cao nên hầu như không được dùng ở các nước phương Tây (trước đây AISI / SAE có loạt mác 3115, 3120, 3215, 3220 3316 và 3415 thuộc loại crôm-niken nhưng đ∙ bỏ từ lâu, trước 1945). Mác thép điển hình hiện còn được dùng ở Nga là 20XH, được dùng làm các chi tiết hình dạng phức tạp với kích thước trung bình (50 ữ 75mm), chịu tải trọng va đập cao như các bánh răng ôtô tải nhẹ và du lịch
Thép crôm - niken cao
Là loại thép trong đó niken cao hơn 2% và có thể tới 4% còn crôm cũng chỉ trên dưới 1%, tức có tỷ lệ Ni / Cr = 3 hay 4. Như đ∙ biết với lượng crôm - niken như thế độ thấm tôi rất cao, tôi thấu được các tiết diện đến 100mm và cao hơn, trong thực tế có thể coi có độ thấm tôi bất kỳ. Với ngay tiết diện lớn như vậy cũng rất dễ dàng tôi trong dầu, còn với tiết diện nhỏ hơn có thể áp dụng tôi phân cấp, nhờ đó giảm mạnh độ biến dạng. Thép được dùng làm các chi tiết thấm cacbon rất quan trọng: chịu tải trọng nặng và bị 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
hỏng có thể gây tai họa cho người.
Mác thép điển hình của loại này là 12XH3A và 20X2H4A của ΓΓΓΓOCT (SNC415 và SNC815 của JIS) có thể đạt được tổ hợp cơ tính cao tới σb = 1000 ữ
1200MPa, aK = 900 ữ 1000kJ/m2
.
Tuy nhiên khi sử dụng thép này phải tính đến các yếu tố sau: - 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 g∙y vụn,
- phải áp dụng quy trình nhiệt luyện sau khi thấm cacbon khá phức tạp. Để cải thiện phần nào tính gia công cắt thép phải qua thường hóa.
Quy trình nhiệt luyện thép này khá phức tạp do sau khi thấm cacbon bề
mặt với hàm lượng cacbon cao và nguyên tố hợp kim khá cao làm hạ thấp điểm Ms
nên nếu tôi bình thường còn lại nhiều austenit dư (tới 50 ữ 60%) và độ cứng chỉ đạt HRC 45 ữ 55, không đủ chống mài mòn. Vì thế sau khi thấm tiến hành:
- thường hóa trực tiếp rồi ram cao ở 600 ữ 650oC trong thời gian dài từ 2 đến 6h làm cacbit phân tán tiết ra khỏi các dung dịch rắn làm cho chúng nghèo
hợp kim đi,
- tôi: khi nung nóng có hai pha austenit đ∙ nghèo hợp kim (nâng cao điểm Ms) và cacbit phân tán nên sau làm nguội được nhiều mactenxit, cacbit phân tán và ít austenit dư nên vừa bảo đảm độ cứng cao (HRC > 60) vừa chống mài mòn cao,
- ram thấp (như thường lệ để giảm ứng suất). Thép crôm - niken - môlipđen
Chủ yếu là nhóm thép crôm-niken cao (cũng có cả thép crôm - niken thường) kể trên nhưng có thêm 0,10 ữ 0,40%Mo với tác dụng chủ yếu là để nâng cao hơn nữa độ thấm tôi (ở đây không có tác dụng chống giòn ram do chỉ phải ram thấp), chúng được 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 điển hình của loại này là 20XH2M, 18X2H4MA của ΓOCT (SNCM415, SNCM815 của JIS, 4320, 4720, 8115, 8615, 8822, 9310, 94B17 của AISI / SAE). Đặc tính của các mác thép này cũng giống như các mác crôm - niken cùng loại song có tính thấm tôi cao hơn (ví dụ SNCM415 có tính thấm tôi cao hơn SNC415, còn cách nhiệt luyện giống như SNC415). Các mác tốt nhất (ví dụ như
18X2H4MA) là loại tự tôi, tức loại mactenxit, phải áp dụng triệt để cách nhiệt luyện kể trên.