Ngoài mục đích như với các thép khác, ram thép gió còn nhằm làm giảm lượng austenit dư sau khi tôi, tăng độcứng cho thép. Nhiệt độ ram trong phạm vi 550-5700C và phải ram nhiều lần (2-4 lần) mỗi lần 1h. Nếu ram thấp hơn 5500C trong thép sẽ không có chuyển biến gì mới, còn nếu ram trên 6000C sẽlàm cacbit kết tụlàm giảm độ cứng. Cũng không thể ram một lần với thời gian lâu vì austenit dư sẽ không chuyển biến hết thành mactenxit sau một lần ram.
Quy trình nhiệt luyện kết thúc thép gió 80W18Cr4VMo được nêu trên hình 2.12. Cần nhấn mạnh rằng chỉ làm theo quy trìnhđó mới đạt tính cứng nóng tốt nhất và cho năng suất cắt gọt cao nhất. Nếu chỉ cần đạt độ cứng trên 60HRC thì không cần tôi ở nhiệt độ cao như vậy, chỉ ởtrên 10000C là được, nhưng không cho năng suất cao.
Để nâng cao khả năng cắt gọt của thép gió, sau khi tôi, ram và mài bóng có thể tiến hành thấm cacbon-nitơ nhiệt độ thấp (550-5700C) trong khoảng 2-3h, tạo ra lớp
thấm 0,02-0,04mm, có độcứng bềmặt cao 1000-1000Hμ, có thể tăng tuổi thọcho dao cắt 50-200%.
e. Công dụng của thép gió.
Các mác thép gió có năng suất cắt bình thường như: 80W18Cr4VMo, 90W9Cr4V2Mo, 85W12Cr3V2Mo, 85W6Mo5Cr4V2, 145W9V5Cr4Mo với tính cứng nóng không quá 6000C, dùng làm dao cắt với tốc độ cắt khoảng 25m/ph. Trong đó số hiệu đầu là loại cổ điển nhưng vẫn được ưa dùng ở nước ta. Mác 85W6Mo5Cr4V2 có tính năng không thua kém mác đầu, nhưng lại chứa ít volfram hơn lại có tính công nghệtốt, nên có triển vọng được dùng nhiều.
Các mác thép gió có năng suất cắt cao có tính cứng nóng cao tới 630-6400C, có thểcắt với tốc dộ 35m/ph, dùng để gia công các thép khó cắt như thép không gỉ, thép bền nóng có tổchức austenit…
Xu hướng hiện nay là ngày càng dùng nhiều các loại thép gió mới, có chứa Mo, V vì chúng có tính cứng nóng và khả năng chống mài mòn tốt.
2.5.3. Thép khuôn dập nguội
Chúng ta quy ước gọi thép làm dụng cụbiến dạng dẻo kim loại là thép làm khuôn dập. Căn cứ vào nhiệt độ biến dạng, có thể chia chúng ra làm hai loạiđó là loại biến dạng dẻo phôi kim loại ở nhiệt độ thường là khuôn dập nguội, loại biến dạng dẻo phôi kim loại ở nhiệt độ cao (đối với phôi thép không được nhỏ hơn 10000C là khuôn dập nóng). Do điều kiện làm việc khác nhau nên vật liệu dùng làm khuôn cũng khác nhau.
a.Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với khuôn dập nguội
Để biến dạng dẻo được phôi kim loại ở trạng thái nguội, các khuôn dập nguội chịu áp lực rất lớn, chịu uốn, chịu ma sát và va đập, do vậy thép làm khuôn dập nguội phải đạt được các yêu cầu về cơ tính sau.
Độcứng cao, đây là yêu cầu đầu tiên, tuy không đòi hỏi độcứng cao nhưdao cắt nhưng cũng phải đạt được khoảng 56-62HRC, tùy vào loại khuôn, chiều dày và độ cứng của phôi thép. Ví dụ để cắt thép biến thế, độ cứng của khuôn phải trên 60HRC, nhưng nếu cao quá 62HRC nó dễbịsứt mẻkhi làm việc.
Tính chống mài mòn cao, để đảm bảo làm việc lâu dài của khuôn (thường yêu cầu tới hàng vạn, thậm chí hàng chục vạn lần), nó phải có tính chống mài mòn cao để giữ được tính chính xác về kích thước của sản phẩm.
Độbền và độ dai đảm bảo đểchịu được tải trọng va đậpởmức vừa phải.
Như vậy khuôn dập nguội có yêu cầu về cơ tính tương tự như dao cắt, trừ yêu cầu vềtính cứng nóng. Các khuôn dập biến dạng với tốc độlớn bềmặt làm việc có thể nung nóng tới 350-4500C, mới cần tính cứng nóngở mức độnhất định. Với các khuôn lớn yêu cầu thêm về độthấm tôi và ít làm thay đổi kích thước khi tôi.
Để đạt được các yêu cầu về cơ tính nêu trên, thép làm khuôn dập nguội phải có thành phần cacbon cao, thường ở mức xấp xỉ 1%, nếu khuôn chịu va đập nhiều thì dùng loại có lượng cacbon thấp hơn (0,4-0,6%). Lượng nguyên tốhợp kim được quyết định bởi kích thước khuôn, tính cứng nóng và tính chống mài mòn. Thường dùng các nguyên tố Cr, Mn, Si, W để tăng độ thấm tôi. Nhiệt luyện kết thúc đối với khuôn dập nguội tương tự như đối với dao cắt là tôi và ram thấp, để đạt được tổchức mactenxit ram, nhiệt độram có thểlấy cao hơn chút ít vìđ ộcứng không yêu cầu cao bằng.
Thép cacbon, với khuôn nhỏ, tải trọng không lớn, hình dạng đơn giản, có thể dùng thép dụng cụcacbon như CD100-CD120.
Thép hợp kim thấp, với khuôn có kích thước trung bình (bề dày thành khuôn 7- 100mm) có thể dùng các loại thép hợp kim thấp như 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn do chúng có độthấp tôi cao hơn so với thép cacbon. Các mác có Mn sau khi tôi kích thước ít bị thayđổi do có một lượng nhỏ austenit dư.
Thép crôm cao (loại 12%Cr), để chế tạo các khuôn dập kích thước lớn, chịu tải nặng, yêu cầu phải chống mài mòn cao, người ta dùng loại thép chứa 12% Cr, như các mác 210Cr12, 130Cr12V, nhóm này có đặc điểm là có thành phần cacbon rất cao (1,3- 2,1%C) nên lượng cacbit dư nhiều, do vậy chúng có tính chống mài mòn rất cao. Có độthấm tôi lớn (100-200mm trong dầu) nên có thể dùng làm khuôn có kích thước lớn. Có thểáp dụng nhiều chế độnhiệt luyện (tôi và ram) khác nhau để đạt được chỉ tiêu cơ tính cũng như sự ổn định kích thước của khuôn theo yêu cầu sửdụng.
Thép Crôm trung bình (5-6%) đó là mác 110Cr6WV ít bị thiên tích cacbit hơn, độ thấm tôi trung bình khoảng 70-80mm được tôi trong dầu, thích hợp để chếtạo các khuôn lỗkéo sợ, bàn lăn ren…
Thép hợp kim thấp có lượng cacbon trung bình như 40CrSi, 60CrSi, 40CrW2Si sau khi tôi và ram thích hợp có thể đạt độcứng 45-55HRC, dùng để chếtạo các khuôn dập chịu va đập vừa phải.
Trước đây trong công nghệ chế tạo khuôn dập nguội, thường phải gia công cơ tương đối chính xác trước khi tiến hành nhiệt luyện cuối cùng, do vậy dễ có nguy cơ bị phếphẩm (khuôn bịbiến dạng, nứt, vỡ) gây lãnh phí vật liệu và các quá trình gia công trước đó. Hiện nay một số cơ sở trong nước đã có thiết bị chế tạo khuôn bằng tia lửa điện, cho nên có thểtiến hành nhiệt luyện trước cảkhối, đảm bảo đủ độcứng cần thiết, sau đó dùng tia lửa điện đểgia công lòng khuôn. Như vậy vừa phải đảm bảo tính chính xác về mặt kích thước khuôn, vừa tạo thuận lợi cho việc nhiệt luyện. Ngoài ra với những khuôn cũ đã bị mòn, cũng nhờ phương pháp này, có thể khôi phục như mới mà không cần nhiệt luyện lại (nhiệt luyện sơ bộcũng như kết thúc) như trước đây vẫn làm.
2.5.4. Thép khuôn dập nóng
Khi làm việc, khuôn dập nóng chịu tải trọng lớn và va đập, luôn tiếp xúc với phôi khi có nhiệt độ cao hơn 10000C. Để đảm bảo điều kiện làm việc như vậy, thép dùng để chếtạo khuôn phải đạt được yêu cầu cơ tính.
Độ bền và độ dai cao để đảm bảo không bị biến dạng hoặc gãy vỡ khi làm việc. Vì phôi thépđược nung đến nhiệt độcao,ởtrạng thái austenit có độcứng thấp và dẻo, nên độcứng của khuôn chỉ cần khoảng 350-450HB.
Tính chống mài mòn cao để đảm bảo tuổi thọ của khuôn dập hàng nghìn, hàng vạn sản phẩm.
Tính chịu nhiệt độ cao thể hiện ở hai mặt giữ được cơ tính khi ở nhiệt độ làm việc do phôi có nhiệt độ trên 10000C nên khuôn cũng phải giữ được cơ tính, tức là có tính cứng nóng đến khoảng 500-7000C, mặt khác phải có tính chịu mỏi nhiệt tốt do nóng và nguội xen kẽ nhau khi khuôn làm việc. Do vậy các thép làm khuôn dập nóng đều là thép hợp kim.
Ngoài ra, do khuôn dập nóng thường có kích thước lớn nên để đảm bảo cơ tính đồng nhất, thép còn phải có độthấm tôi lớn.
b. Các thép làm khuôn dập nóng
Do độ cứng không cần cao nên thành phần cacbon chỉ cần trung bình, khoảng 0,4-0,6%C, đôi khi chỉ cần 0,3%C. Các nguyên tốhợp kim đảm bảo tính thấm tôi, tính bền nóng, tính chống ram tốt như Cr, Ni, Mo, W…
Thép làm khuôn rèn,các khuôn rèn thường có kích thước lớn, chịu va đập mạnh, bề mặt bị nung nóng tới 500-5500C, thường dùng các mác 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrMnMo.Ở nước ta thường dùng mác đầu vì nó có cơ tính cao và đồng nhất, có thể tôi thấu khuôn lớn (300x300x400mm), có thểlàm việc lâu dàiởnhiệt độtrên 5000C. Thép làm khuôn chồn, ép, các khuôn chồn ép có kích thước bé hơn so với khuôn rèn, nhưng nhiệt độ cao hơn (do tiếp xúc lâu với phôi thép nóng đỏ) cho nên thép làm khuôn phải có tính chống ram tốt, thường dùng thép chứa crôm (2-5%) và nhất là W (2-8%) như các mác 30Cr2W8V, 40Cr2W5MoV, 40Cr5W2VSi.
Hiện nay có khuynh hướng dùng hợp kim cứng đểchếtạo khuôn dập và khuôn kéo thay cho thép hợp kim, việc đó đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Ví dụ khuôn lỗ kéo sợi làm bằng thép dụng cụ chỉ kéo được 50-60kg dây thép là hỏng, nếu thay bằng khuôn hợp kim cứng có thể kéo được tới 100kg dây thép. Khuôn dập bằng thép dụng cụ có thểdập được 3000-5000 sản phẩm, nếu thay bằng hợp kim cứng thì có thể dập dược 50 vạn tới 1 triệu sản phẩm.
2.5.5. Thép làm dụng cụ đo lường
a.Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với dụng cụ đo lường
Trong sản xuất cơ khí thường xuyên sửdụng các dụng cụ đo với cấp chính xác khác nhau như panme, thước cặp, thước đo độ dài, đo góc, dưỡng, calip… chúng thường xuyên
cọsát chi tiết với chi tiết cần đo, do đó dễbị mài mòn, biến dạng làm sai kết quả đo. Để bảo đảm độchính xác của dụng cụ đo, thép dùng phải đạt được các yêu cầu.
Có độ cứng và tính chống mài mòn cao,đối với các dụng cụ cấp chính xác cao, độcứng có thểtới 63-65HRC.
Kích thước không thay đổi trong suốt thời gian làm việc lâu dài. Sự ổn định kích thước được đảm bảo bởi hai chỉ tiêu là hệ số giãn nở nhiệt nhỏ và đặc biệt là sự ổn định của tổ chức tế vi trong phạm vi nhiệt độ làm việc (bởi vì nếu có nhiều tổ chức không ổn định, nó sẽ tiếp tục biến đổi theo thời gian và làm thay đổi kích thước làm giảm cấp chính xác của dụng cụ).
Ngoài ra thép còn phải có khả năng mài bóng cao và ít biến dạng khi nhiệt luyện. Đối với các dụng cụ đo cấp chính xác thấp, các yêu cầu kểtrên có thểgiảm bớt vềmức độkhắt khe.
b. Các thép làm dụng cụ đo
Đối với các dụng cụcấp chính xác cao, thường dùng thép có thành phần cacbon cao (khoảng 1%) để sau khi tôi có tổ chức mactenxit và cacbit dư, có độ cứng cao và chống mài mòn tốt và có thể đạt độ bóng cao khi mài. Các nguyên tốhợp kim thường dùng là Cr, Mn với lượng trên dưới 1% mỗi nguyên tố, đảm bảo tôi trong dầu để ít biến dạng. Trong đó Mn ngoài tác dụng tăng độ thấm tôi còn có tác dụng giữ kích thước không thay đổi (so với trước khi tôi) do nó tăng chút ít lượng austenit dư. Thường dùng các số hiệu 100Cr, OL100Cr2, 100CrWMn và 140CrMn. Để bảo đảm khả năng chống mài mòn cao và kích thước ổn định, sau khi tôi không ram mà tiến hành gia công lạnh hoặc hóa già nhân tạoở 120-1400C trong thời gian dài khoảng 24- 48h. Đối với các dụng cụ đo cấp chính xác thấp có thểdùng các thép.
Thép thấm cacbon C15, C20, 15Cr, 20Cr, 12CrNi3A… sau khi thấm cacbon qua tôi và ram thấp.
Thép hóa tốt C50, C55 sau nhiệt luyện hóa tốt đem tôi bề mặt phần làm việc bằng dòngđiện cảmứng cao tần.
Thép 38CrMoAlA qua thấm nitơ, áp dụng cho các dụng cụ đo có kích thước lớn và hình dạng phức tạp.
2.6. Thép và hợp kim đặc biệt
2.6.1. Thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao
Sau một thời gian làm việc, các chi tiết máy bị mònđi do sự ma sát lẫn nhau giữa chúng, do tác dụng của môi trường làm việc nhưdòng nước, khí, do sựmài sát của các hạt cứng trên bềmặt chi tiết,… Cơ chếmài mòn trong các trường hợp đó là khác nhau.
Các thép và hợp kim có tính chống mài mòn cao dùng trong kỹthuật có bốn dạng chính. Thép có độ cứng cao và không có điểm mềm sau khi tôi như thép ổ bi, thép khuôn dập nguội loại 210Cr12,… Hoặc có thể dùng các thép khác nâng cao độ cứng
bềmặt bằng cách tôi bềmặt, hóa nhiệt luyện,…
Thép có độ cứng không cao nhưng có thể tựbiến cứng lớp bề mặt khi làm việc nên có tính chống mài mòn rất cao như thép Hatfind.
Thép có độ cứng thấp nhưng có khả năng tự bôi trơn như thép graphit. Hợp kim trên cơ sở cacbit đúc hoặc thiêu kết
2.6.1.1. Thépổ lăn
Ổ lăn (ổ bi hayổ đũa) là chi tiết thường gặp trong máy móc các loại, chúng được làm từ loại thép hợp kim chuyên dùng- thép ổ lăn, và được chế tạo ở các nhà máy chuyên môn hóa- nhà máyổbi.
Các bề mặt làm việc củaổ lăn bao gồm vòng ổ, bi, đũa. Khi làm việc chúng chịu ứng suất tiếp xúc cao với số lượng chu kỳ ứng suất lớn, do trượt lăn với nhau, ở từng thời điểm, chúng bịmài mònđiểm,… Đểthỏa mãn các yêu cầu làm việc đó, thép ổ lăn phải có độ bền mỏi tiếp xúc và chống mài mòn cao, do đó phải có độ cứng cao và đồng nhất.
a.Đặc điểm vềthành phần hóa học
Để đảm bảo sau khi tôi có độcứng cao và tính chống mài mòn tốt, lượng cacbon của thép phải cao (khoảng 1%C). Để đảm bảo không có điểm mềm lượng tạp chất phi kim loại phải thấp ít hơn 0,02%S, ít hơn 0,027%P và không có rỗ xốp. Ngoài ra tổ chức của thép phải đồng nhất, không có thiên tích cacbit, cacbit dư phải nhỏ mịn và phân bố đều. Tóm lại là loại thép có chất lượng cao.
Để tăng độ thấm tôi bảo đảm cơ tính đồng đều từ ngoài vào trong lõi thépđược hợp kim hóa bằng 0,6-1,5%Cr, đôi khi có cảMn, Si, Mo.
b. Các mác và ví dụ ứng dụng
Theo TCVN 4805-90, thépổ lăn được ký hiệu bằng chữOL với con sốchỉ lượng cacbon tính theo phần vạn và lượng nguyên tố hợp kim tính theo phần trăm. Hiện chúng ta sửdụng phổbiến hai loạiổ lăn OL100Cr2, OL100Cr2SiMn.
Thép ổ lăn nêu trên là loại thép tốt, vềthành phần tương đương thép dụng cụdo vậyở các nhà máy cơ khí người ta còn dùng làm trục cán nguội, tarô, bàn ren, dụng cụ đo, các chi tiết vòi phun cao áp,… Với loại ổ lăn nhỏ có chiều dày hoặc đường kính bi nhỏ hơn 20mm có thểdùng loại thép có lượng crôm thấp hơn (chỉkhoảng 0,5%Cr).
Với cácổ đũa rất lớn đường kínhổtừ 0,5m đến trên 2m người ta dùng thép thấm cacbon loại tốt như20Cr2Ni4A
Các ổ lăn làm việc trong môi trường ăn mòn (nước biển, dung dịch axit sunfuric 5-15%, dung dịch kiềm) phải dùng thép không gỉ crôm cao loại 18%Cr và cacbon cao 0,9%C là mác 90Cr18.
Các ổ lăn chịu nóng đến 400-5000C (trong động cơ tuốc bin của máy bay) phải dùng thép gió loại 90W9Cr4V2Mo, hoặc 85W6Mo5Cr4V2,…
2.6.1.2. Thép Hatfind (thép mangan cao)
Thép Hatfind được áp dụng trong công nghiệp từ cuối thế kỷ trước, đến nay nó vẫn có thành phần như lúc ban đầu 1,3%C và 13%Mn (tỷ lệ %Mn/%C=10), với ký hiệu là 130Mn13Đ (chữ Đ có nghĩa là đúc). Đây là lo ại thép đúc, có tổ chức austenite do chứa nhiều mangan là nguyên tố mở rộng vùng γvới độ cứng thấp khoảng 200HB và độdẻo dai cao. Khi làm việc bị ma sát dưới áp lực lớn và chịu tải trọng va đập, lớp