Trong các máy sử dụng rất nhiều ổ lăn (ổ bi, ổ đũa) vì nó có tuổi bền cao. Để chế tạo nó ng!ời ta dùng một loại thép hợp kim thấp và cacbon cao với chất l!ợng rất cao chuyên dùng.
Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với thép ổ lăn
Các bề mặt làm việc của ổ lăn (gồm các vòng, bi, đũa) chịu ứng suất tiếp xúc cao với số l!ợng chu trình rất lớn, do tr!ợt lăn với nhau nên ở từng thời điểm chúng bị mài mòn điểm. Để bảo đảm điều kiện làm việc nh! vậy thép ổ lăn phải đạt đ!ợc các yêu cầu sau.
- Độ cứng và tính chống mài mòn cao (HRC ≥ 64, cao hơn cả bề mặt thấm
cacbon...).
- Cơ tính phải thật đồng nhất, tức tuyệt đối không có điểm mềm, để tránh mài mòn điểm, gây nên rỗ và phải tôi thấu.
- Độ bền mỏi tiếp xúc cao.
Đặc điểm về thành phần hóa học và nhiệt luyện
Về thành phần hóa học, thép ổ lăn có những đặc điểm sau.
- Để bảo đảm độ cứng và tính chống mài mòn cao thép phải có thành phần cacbon cao tới 1% và qua tôi + ram thấp.
- Để đạt đ!ợc cơ tính đồng nhất (tôi thấu) thép phải đ!ợc hợp kim hóa thích hợp để bảo đảm tôi thấu trong dầu. Phụ thuộc vào kích th!ớc của tiết diện
chi tiết (bi, đũa, vòng...) ng!ời ta th!ờng dùng crôm với hàm l!ợng 0,50 ữ 1,50%, đôi khi có thêm cả Mn và Si (mỗi nguyên tố 1%).
- Để tránh điểm mềm và nâng cao độ bền mỏi tiếp xúc, thép phải chứa đến mức ít nhất các tạp chất phi kim loại nh! P, S, khí... vì nh! đ∀ biết chúng tạo ra các pha mềm (FeS, MnS) hoặc các phần tử giòn (P thiên tích, ôxyt, nitrit...) dễ bị phá hủy giòn, gây nên rỗ và là nơi tập trung ứng suất làm giảm độ bền mỏi. Do vậy thép ổ lăn tuy thuộc loại hợp kim hóa thấp nh!ng có chất l!ợng đặc biệt cao: P ≤≤≤≤
0,02%, S ≤≤≤≤ 0,02%, không chứa khí. Muốn đạt đ!ợc yêu cầu này thép phải qua tinh luyện bằng điện xỉ và đúc rót trong chân không.
- Do có nhiều cacbon nên thép có cacbit d!. Để có tính chống mài mòn cao nhất, thép phải đ!ợc biến dạng nóng sao cho các cacbit đó trở nên nhỏ mịn và phân bố đều.
Về nhiệt luyện phải qua các b!ớc sau đây. - ở trạng thái ủ thép ổ lăn phải có tổ chức peclit hạt và cacbit d! nhỏ mịn với độ cứng HB 187 ữ 205 để bảo đảm tính gia công cắt tốt. Muốn vậy phôi thép phải đ!ợc ủ không hoàn toàn (cầu hóa).
- Để đạt đ!ợc độ cứng cao, các chi tiết ổ lăn đều đ!ợc nhiệt luyện tôi + ram thấp (tôi trong dầu ở 850 ữ 860oC, ram 150 ữ 180oC). Ng!ời ta cũng có khuynh h!ớng sử dụng gia công lạnh để khử austenit d! một cách triệt để sau khi tôi, lúc đó có thể đạt tới HRC ≥ 65 với tính chống mài mòn cao nhất.
Cũng có thể dùng thép cacbon thấp qua thấm cacbon cho các ổ lăn, bi không thật quan trọng.
Các mác thép và công dụng
TCVN ch!a quy định các mác thép dễ cắt, song đ∀ quy định cách ký hiệu, bắt đầu bằng hai chữ OL và tiếp theo nh! bình th!ờng, ví dụ OL100Cr1,5 là loại có 1,00%C, 1,5%Cr.
ΓOCT ký hiệu thép ổ lăn bắt đầu bằng hai chữ ,− và số tiếp theo chỉ l!ợng crôm trung bình theo phần nghìn, th!ờng dùng các mác: ,−6, ,−9, ,−15, ,−15CΓ với các cấp tôi thấu từ thấp đến cao, lần l!ợt là < 10, 10 ữ 20, 20 ữ 30, > 30mm.
AISI / SAE quy định các mác thép ổ lăn là 5195, 50100, 51100, 52100 (tuy có trùng với các mác thép crôm chế tạo máy nh!ng có thành phần P, S cực thấp).
JIS ký hiệu các mác thép ổ lăn bằng SUJx, trong đó x là số thứ tự (từ 1 đến
5). Ngoài ra để làm các ổ lăn không gỉ ng!ời ta dùng thép không gỉ crôm (> 13%Cr) nh!ng với l!ợng cacbon cao (~ 1,00%), nh!ΓOCT dùng mác 95X18,
ASTM dùng 440C và 440MOD. Hiện cũng có xu h!ớng chế tạo ổ lăn bằng ph!ơng pháp thấm cacbon. Song để làm ổ lăn quan trọng, thép cacbon thấp đem thấm ở đây tuy cũng là các mác đ∀
khảo sát ở mục 5.3.2 nh!ng phải có chất l!ợng rất cao (P, S ≤ 0,02%). Công dụng
Công dụng chủ yếu của nhóm thép này là làm ổ lăn ở các nhà máy chuyên môn hóa. Ngoài ra thép ổ lăn còn đ!ợc sử dụng ở các nhà máy cơ khí để làm bộ đôi bơm cao áp trong động cơ điêzen và với tính cách nh! là thép dụng cụ để làm trục cán nguội, bàn ren, tarô, dụng cụ đo.
5.4.Thép dụng cụ
5.4.1.Các yêu cầu chung
hình các vật liệu (thành các sản phẩm, chi tiết máy, kết cấu) có ý nghĩa quyết định đến năng suất, chất l!ợng và giá thành của sản phẩm cơ khí. Nói chung việc chuẩn bị dụng cụ luôn luôn phải đi tr!ớc một b!ớc và đ!ợc hoàn thiện triệt để tr!ớc khi sản xuất hàng loạt. Việc sử dụng vật lệu có tính năng làm việc ngày càng cao có ý nghĩa rất quan trọng đối với các nhà máy chế tạo cơ khí.
a.Phân loại
Theo bản chất của quá trình gia công, có thể chia các dụng cụ thành ba nhóm lớn sau đây.
- Dụng cụ cắt (gọi tắt là dao) với đặc tr!ng tạo hình là tạo ra phoi, nh! dao tiện, phay, bào, tuốt...
- Dụng cụ biến dạng với đặc tr!ng tạo hình bằng biến dạng dẻo nh! trục cán, khuôn dập, khuôn ép chảy... ở cả trạng thái nguội lẫn trạng thái nóng.
- Dụng cụ đo nh! palme, th!ớc cặp, d!ỡng... tuy không làm thay đổi hình dạng, kích th!ớc sản phẩm, nh!ng cũng không thể thiếu trong sản xuất cơ khí.
b. Cơ tính
Tính chất cơ bản của dụng cụ là tác động lực vào phôi, sản phẩm mà không hay ít bị mòn, do vậy yêu cầu cơ bản là có độ cứng cao và tính chống mài mòn cao. Độ cứng cao và phải cao hơn hẳn độ cứng của phôi, sản phẩm; do vậy tùy từng loại dụng cụ cần độ cứng yêu cầu tối thiểu khác nhau. Tính chống mài mòn cao để bảo đảm cho dụng cụ làm việc đ!ợc lâu dài, gia công đ!ợc khối l!ợng lớn sản phẩm mà không bị giảm hay mất cấp chính xác. Tuy nhiên trong khi quan tâm chủ yếu đến hai yêu cầu cơ bản này cũng phải chú ý đến độ dai va đập, không cho phép thấp quá giá trị quy định để tránh g∀y vỡ. Ngoài ra còn quan tâm đến tính chịu nhiệt khi dụng cụ làm việc với năng suất cao và ở trạng thái nóng.