Thĩp hóa tốt lă loại thĩp có hăm ỉượng cacbon trung bình (0,30 -T 0,50%) dùng đề' chế tạo câc chi tiết chịu tải trọng tĩnh vă va đập cao, yíu cầu về độ bền vă độ dai cao. Cơ tính tổng hợp cao n h ất của thĩp đạt được bằng câch rihiệt luyện hóa tốt (tơi vă ram cao), nín được gọi ỉă
thĩp hóa tốt.
+ Đặc điểm về thănh phần hóa học:
- T hănh phần cacbon, để bảo đảm có sự kết hợp cao n h ấ t về độ bền vă độ dai, thĩp hóa tốt phải có lượng cacbon trung bình 0,30 T 0,50%, trong một số trường hợp đặc biệt có thể dùng tới 0,55%.
- Câc nguyín tố hợp kim; thường dùng câc nguyín tố hợp kim để tăng độ thấm tôi: Cr, Ni, Mn, Si với lượng mỗi nguyín tố trí n dưới 19c.
Để lăm h ạ t nhỏ .vă trâ n h giòn ram, dùng Ti (< 0,1^), Mo {< 0,3^). Thời gian sau năy cịn có khuynh hướng dùng B (< 0,005%) k ết hợp với Cr, Ni, Mn để tăng độ thấm tơi.
Câc mâc thĩp hóa tốt vă cơng dụng:
Bảng 6.9 trìn h băy thănh phần hóa học của một số mâc thĩp hó.a tốt.
B ả n g 6.9. Thănh ph ầ n hóa học của m ột số thĩp hóa tốt
Mâc thĩp
Thănh phẩn câc nguyẻn tố %
c Cr Mn SI Ni Câc nguyín tố khâc C40 0,37 - 0.44 < 0,25 <0,8 < 0,37 < 0,25 C45 0 42 - 0,49 < 0.25 < 0.8 < 0.37 < 0,25 0 .0 0 2 - 0,0Q5B 40Cr 0 ,3 6 -0 ,4 4 0 ,8 0 - 1,10 < 0.8 < 0,4 < 0.3 40CrB 0.37-0,45 0,80-1,10 < 0,8 < 0,4 <0,3 40CrMnB 0,37 - 0,45 0,80-1.10 0 .7 - 1.0 < 0.4 < 0,3 30CrMnSi 0,28 - 0.35 0,80“ 1,10 0 ,8 - 1,1 0.9- 1.2 . < 0,3 0.15 - 0,25Mo 40CrNí 0 .3 6 -0 ,4 4 0 ,4 5 -0 ,7 5 < 0.8 ■< 0,4 VŨ - 1.4 0,03 - 0.09TÌ 40CrNiMo 0 .3 7 -0 ,4 4 0 .6 0 -0 ,9 0 < 0,8 <0,4. 1.2 - 1,6 0.002 - 0.005B 40CrMnTiB 0 ,3 8 - 0 ,4 5 0,80-1,10 0.7 - 1,0 < 0,4 < 0 ,3 0,35 - 0.45Mo 38CrNi3MoV 0.33 - 0,42 1,20- 1,50 < 0,8 < 0,4 3 ,0'- 3.4 0,1 - 0,2V
- Nhóm th ĩ p caebon: gồm câc mâc C35, C40, C45, C50, trong đó thường dùng n h ất lă C45. Đặc điểm nổi b ật cua chúng lă rẻ tiền, tính cơng nghệ tốt, song độ thấm tôi thấp, môi trường tơi lă nước nín dễ biến dạng, nứt, cơ tính khơng cao.
Sau khi nh iệt ỉuyện hóa tốt với phơi cố đường kính 60 mm, thĩp
C45 có cơ tính: ơb = 850MPa, Ơ0 2 = 580MPa, 3 = 11%, 3k = 450kJ/m2. - Thĩp cacbon hóa tốt được dùng lăm câc chi tiết chịu tải trọng không cao: trục khuỷu cho động cơ ô tô nhỏ vă trung bình, trục truyền, thanh truyền, bânh răng tốc độ chậm ...
- Nhóm thĩp crơm: gồm câc mâc 35Cr, '4ỌCrB, 40CrB, 45Cr, 50Cr, trong đó mâc 40Cr được dùng phổ biến hơn câ vì nó có cơ tính tổng hợp tốt nhất, đặc biệt ở trạng th âi hóa tốt.
So với nhóm thĩp cacbon, nhóm thĩp crơm có độ bền, dộ thấm tôi vă giâ th ăn h cao chút ít, mơi trường tơi lă nước hoặc dầu.
Sau khi n h iệt luyện hóa tốt, với phơi có dường kính dưới 50 mm, thĩp 40Cr có cơ tính:
ơb = 800 + 950MPa, c 0 2 = 650 -í- 750MPa, ơ = 10%, atí = 600kJ/m2.
Nhóm thĩp năy được dùng lăm câc chi tiết lăm việc trong điều kiện tốc cỊộ, âp lực riíng vă tải trọng trung bình như trục, bânh răng, hộp số câc mây cắt gọt.
- Nhóm thĩp crơm-mangan, crôm-mangan-silic: gồm câc mâc 40CrMn, 40CrMnB, 30CrMnSi, 35CrMnSi, trong đó thường gặp lă 30CrMnSi vì nó có cơ tính vă tính cơng nghệ tốt. Tuy hợp kim hóa phức
tạp nhưng nhóm thĩp năy tương đôi rẻ, lại có cơ tính khâ cao nín được dùng nhiều trong chế tạo mây.
Nhóm thĩp năy được dùng nhiều trong chế tạo ô tô: câc trục, câc kết cấu chịu lực, c â c chi tiết bộ phận lâi ...
- Nhóm thĩp crơm-niken hợp kim hóa thấp, gồm câc mâc 40CrNi, 45CrNí, 50CrNi, 40CrNiMo (cho thím Mo đí trâ n h giịn ram). Do'CĨ Ni, thĩp có độ dẻo, độ dai cao hơn câc nhóm thĩp trín, đồng thời có độ thấm
tơi Gao ...
Ớ trạn g th âi hóa tốt với phơi có tiết diện 25 mm, cơ tính thĩp 40CrNi đ ạt được như sau: ob = 1000 Mpa; ơ02 = 800 MPa;
5 = 11%; V = 45%; ảt = 700 kj/m 2.
Nhóm thĩp năy dùng để chế tạo câc chi tiế t chịu tải trọng động lớn, yíu cầu độ tin cậy cao như trục vít, hệ thống lâi ố tô, bânh răng, trục truyền chịu tải cao ...
- Nhóm thĩp crơm niken, hợp kim hóa trung bình: bao gồm câc mâc 38CrNi3MoA, 38CrNi3MoVA, 18Cr2Ni4MoA, 18Cr2Ni4WA. Đđy lă nhóm thĩp hóa tốt tốt nhất. Chúng có độ thấm tơi lớn đến mức có thể đạt được cơ tín h đồng n h ấ t ở tiết diện trín 100mm. Có thể lăm việc ở nhiệt độ đm, tính chơng ram tốt (lăm việc lđu dăi ở 300 - 400°C).
Nhóm thĩp năy được dùng lăm câc chi tiết ỉớn, quan trọng như trục
r ô t o tuabin, c â c chi tiế t chịu tải của mây n ĩ n k h í . . .
+ N hiệt luyện thĩp hóa tốt:
- N hiệt luyện sơ bộ: n h iệt luyện sơ bộ để nđng cao tín h cắt gọt (cho gia công thô). Với thĩp cacbon vă crôm, sau khi biến dạng nóng được đem ủ hoăn toăn. Với thĩp crơm-niken thấp có thể dùng câch thường hóa thay cho ủ, còn với thĩp crôm-niken cao (lă loại thĩp mactenxit) phải thường hỗa (thực chất lă tôi) rồi ram cao. Gia cơng tinh có thế tiến hănh sau n h iệt luyện hóa tốt.
- N hiệt luyện kết thúc. Đó lă tơi vă ram để nhận được tổ chức xoocbit ram, có độ dai va đập lón nhất. Với những chi tiế t vừa chịu va đập, vừa chịu măi mòn, sau khi nhiệt luyện hóa tốt cịn phải qua tơi bề m ặt, th ấm cacbon-nitơ hoặc thấm nitơ để nđng cao độ cứng vă tính chống m ăi mịn.
H iện nay cũng có khuynh hướng nđng cao cơ tính tổng hợp bằng câch cơ nh iệt luyện. Thĩp qua cơ nhiệt luyện thường dùng lăm câc chi tiết yíu cầu tải trọng nặng nhưng tải trọng va đập lại không cao lắm.
e. Thĩp đ ă n hồi
Thĩp đăn hồi lă loại thĩp có lượng cacbon tương đối cao (0,5-0,7%), sau tịi vă ram trung bình nhận được tổ chức trô stit ram có giới hạn đăn hồi cao, được dùng để chế tạo câc chi tiế t đăn hồi như lị xo, nhíp ...
+ Đặc điểm về thănh phần hóa học:
- Hăm lượng cacbon: Câc chi tiết đăn hồi lăm việc dưới tâc dụng của tải trọng tĩn h vă va đập u cầu khơng được biến dạng dẻo. Muôn vậy cacbon không được quâ thấp vă quâ cao (để trâ n h phâ hủy giòn khi lăm việc). Lượng cacbon thích hợp lă 0,50 - 0,70%, thường dùng trong phạm
vi 0,55 - 0,65%. .
- Câc nguyín tố hợp kim: Ngun tơ" hợp kim chủ yếu trong thĩp đăn hồi lă Mn vă Sí với lượng chứa 1 - 2%, vì chúng nđng cao tính đăn hồi cho thĩp. Ngoăi ra, cịn cho thím câc nguyín tố Cr, Ni, V để nđng cao độ thấm tôi vă ổn định tính đăn hồi.
+ Nhiệt luyện thĩp đăíi hồi.
Để đ ạt giới hạn đăn hồi cao nhất, thĩp phải được nhiệt luyện để có tổ chức trô stit ram bằng câch tôi vă ram trung bình. Với tổ chức, năy, tỷ lệ n02/ c b tăng lín gần tới 1. Ngoăi ra, để tăng khả năng chịu mỏi, người ta cịn tạo nín một lớp ứng suất nĩn dư trí n bề m ặt bằng câch cân, phun bi, lăn ĩp ...
+ Câc mâc thĩp đăn hồi vă công dụng.
Câc mâc thĩp đăn hồi thường dùng được trìn h băy ở bảng 6.10.
B ảng 6.10. Thănh phần hóa học của thĩp đăn hồi
Mâc thĩp Thănh phần câc nguyín ttí %
c Mn Si Cr Nguyín tổ khâc C70 0,67 - 0.75 0,5 - 0 ,8 0 ,1 7 - 0 ,3 7 < 0,25 65Mn 0,62 - 0,70 0 , 8 - 1,2 0,17 - 0,37 • 60SÍ2 0 ,5 7 - 0 ,6 5 0,6 - 0,9 1 .5 0 - 2 ,0 0 - 60SiMn 0 ,5 5 - 0 ,6 5 0 , 8 - 1,0 1,30 - 1,80 50CrV 0 ,4 6 - 0 ,5 4 0,5 - 0,8 0 ,1 7 - 0 ,3 7 0 ,8 - 1,1 0,1 - 0 .2 V 60Si2CrA 0 ,5 6 - 0 ,6 4 0,5 - 0 ,8 1,40 - 1,80 0,7 - 1.0 60SÍ2NÍ2A 0 ,5 6 - 0 ,6 4 0 ,5 - 0 ,8 1 ,4 0 - 1,80 - 1,4 - 1,7NÍ Dạng cung cấp của thĩp đăn hồi lă tđm, lâ, dđy.
Nhóm thĩp C65, C70, 60Mn, 70Mn, lă câc loại thĩp dăn hồi dùng lăm câc lò xo thường. Chúng được cân, kĩo thănh câc bân th ăn h phẩm tiết diện nhỏ vă dược cung cấp ở trạng th âi đê qua nhiệt luyện (tôi + ram trung bình). Khi sử dụng chỉ cuốn nguội th ăn h lị xo, sau đó ủ thấp (250 - 350°C) đí khử ứng suất.
Nhóm thĩp 55SÍ2, 60SĨ2, 60MnSi có giới hạn đăn hồi cao, độ thấm tôi tốt, dùng để chế tạo lị xo, nhíp trong ô tô, mây kĩo, xe lửa, tău biển, dđy cót dồng hồ ...jdo nhiều Si nín khi nung phải bảo vệ để trâ n h thôt cacbon.
Nhóm thĩp 60Si2CrA, 60SÌ2NÌ2A có độ thấm tôi lớn, dùng dể chế tạo lị so, nhíp lớn chịu tả i nặng vă đặc biệt quan trọng.
Câc thĩp 50CrV, 50CrM'nV có khả năng chống ram cao, có thể chế tạo câc lò so nhỏ, chịu nh iệt tới 300°c như lò so supap xả.
f. T h ĩp k ế t cấu có cơng d ụ n g riín g
+ Thĩp dễ cắt:
Thĩp dễ cẩt lă loại thĩp chuyín dùng để gia cắt gọt với năng suất cao trí n câc mây tự động. Thĩp có độ cứng vừa phải (159 - 250HB) vă n h ấ t lă phôi thĩp phải dễ gêy, khơng bị bâm dính văo dao, bảo đảm tốc độ cắt cao vă bề m ặt chi tiế t nhẵn bóng. Chúng được dùng để chế tạo ra câc bulơng, ốc, vít, bạc, bânh răng vồ câc chi tiế t tương tự khâc với sản lượng lớn, yíu cầu độ chính xâc về kích thước vă độ bóng bề m ặt cao, song khơng địi hỏi chịu tảí cao.
- Đặc điểm về th ă n h phần hóa học:
Để đảm bảo độ cứng vừa phải, lượng cacbon của thĩp không quâ 0,50%. Để phôi dễ gêy, thĩp phải chứa s vă p cao hơn giới hạn bình thường: S: 0,1 - 0,3%; P: 0,05 - 0,15%. Đồng thời lượng Mn cũng phải đủ cao để giảm tâc h ại của s.
Cũng do có nhiều p, s nín cơ tính của thĩp bị xấu đi: độ dẻo, dai giảm, đồng thời độ bền mỏi vă tính chống ăn mịn xấu di.
- Câc mâc thĩp vă cồng dụng:
Bảng 6.11 trìn h băy câc thănh phần hóa học vă cơ tín h của một số mâc thĩp dễ cắt.
Bảng 6.11. Thănh phần hóa học vă cờ tinh của thĩp dễ cắt
Thănh phẩn hóa học,% Cci tính
Mâc c Mn s p ơ b. ô , V . HB th ĩp MPa % % 12S 0,08-0,16 0,60-0,90 0,08-0,20 o.oa -0,15 420-570 22 36 , 160 20S 0,15-0,25 0,60-0,90 0,08-0,12 0,06 460-510 20 20 168 30S 0,25-0,35 0,70-1,00 0,08-0,12 0,06 520-670 15 15 185 40MnS 0,35-0,45 1,20-1,55 0,18-ữ,30 0,05 60-570 14 20 207
Mâc Ĩ2S chuyín, dùng chế tạo vít, bulịng, đại ốc vă câc chi tiế t nhỏ có h ìn h dâng phức tạp trí n câc mây cắt tự động. Câc mâc còn lại dùng dể lăm cầc chi tiết chịu ứng suất cao hơn.
Để chế tạo th ĩp dễ cắt, ngoăi p vă s , người ta cịn sử dụng câc ngun tố như Pb, Se, Te ... cho văo th ĩ p 'với lượng chứa khoảng 0,1 - 0,3% mỗi nguyín tố. Câc ngun tố năy khơng hịa ta n văo trong thĩp
mă nằm xen kẽ giữa câc h ạ t ferit như tạp chất vă do có nh iệt độ nóng chảy thấp, chúng bị chảy mềm ra trong quâ trìn h cắt, lăm .vụn phoi thĩp, cải thiện tính cắt gợt cho thĩp.
+ Thĩp ổ lên:
Câc chi tiết của ổ lăn bao gồm: vòng ổ, bi (hoặc đũa). Khi lăm việc, bề mặt chịu ứng suất tiếp xúc cao với số lượng chu kỳ ứng suất lớn, do trượt lăn với nhau, ở từng thời điểm chúng bị măi mòn điểm .... Để thỏa mên câc u cầu lăm việc đó, thĩp ổ lăn phải có độ bền mỏi tiếp xúc vă chống măi mịn cao, đo đó phải có độ cứng cao vă đồng nhất.
- Đặc đ i ể m về thănh phần hóa học vă tổ chức tế vi:
Để bảo đảm sau khi tơi có độ cứng cao vă tính chống măi mòn tốt, lượng cacbon phải cao (khoảng 1%). Để tăng độ thấm tôi, bảo đảm cơ tính đồng đều từ ngoăi văo trong lõi, thĩp được hợp kim hóa bằng 0,6 - l,5%Cr, đôi khi cả Mn, Si, Mo. Để bảo đảm khơng có điểm mềm,
lượng p vă s phải thấp (< 0,020%S; < 0,027%P) vă khơng có rỗ xốp.
Tổ chức của thĩp phải đồng'nhất, khơng có thiín tích cacbit, cacbit dư phải nhỏ mịn vă phđn bố đều. Đđỵ ỉă loại thĩp chất lượng cao.
- Câc mâc thĩp vă công dụng:
Theo TCVN, thĩp ổ lăn được ký hiệu bằng chữ OL với con số chỉ lượng cacbon trung bình theo phần vạn, vă lượng nguyín tố hợp kim trung bình theo phần trăm. Hiện sử dụng phổ biến hai mâc thĩp ổ lăn (bảng 6.12).
Bảng 6.12. Thănh phẩn hóa học của thĩp ổ lên thơng dụng
Ký hiệu %c %Cr %Mn %Si
OL1DOCr2 0,95-1,05 1.30-1,65 0 ,2 - 0 ,4 0,17-0,37
OHOOCr2SiMn 0,95-1,05 1,30 - 1,65 0 , 9 - 1,2 0 ,4 0 - 0 ,6 5 . Thĩp OLlŨOCr2 được dùng chế tạo vòng, bi, đũa có chiều dăy hoặc đường kính đến 20 ínm, cịn mâc OL10QCr2SiMn đến 30 mm, ngoăi ra chúng có th ể được dùng lăm trục cân nguội, tarô, băn ren, câc chi tiế t vòi phun cao âp, dụng cụ đo ...
Với câc ổ đũa lớn (đưừng kính ổ từ 0,4 - 2,0 m) người ta dùng thĩp thấm cacbon loại tốt.
Câc ổ ĩăn lăm việc trong môi tracing ăn mịn (nước biín, dung dịch H2SO4 5-15%, dung dịch kiềm ...) phải dùng thĩp không gỉ loại 90C rl8 (khoảng 0,9%C; 18%Cr).
Câc ổ lăn chịu nóng đến 400 — 500°c (trong động cơ tua bin mây bay) phải dùng thĩp gió loại 90W9Cr4V2Mo hoặc 85W6Mo5Cr4V2 ... (xem phần thĩp dụng cụ).