Là thép có chứa hàm lựơng các nguyên tố hợp kim thích hợp (Cr, Mn,Si..) nhằm:
- Cải thiện cơ tính của thép: tăng độ bền, độ cứng, độ đàn hồi sau khi nhiệt luyện.
- Tạo ra những tính chất lý hóa đặc biệt: tính chống ăn mịn, chịu nhiệt...
4.3.1 Ánh hưởng của một số nguyên tố hợp kim đến tính chất của thép
a. Crơm (Cr): Tăng độ cứng, độ bền, tính chống ăn mịn nhưng giảm độ
dẻo.
b. Niken (Ni): Tăng độ bền, độ dẻo, tính chống ăn mịn và chịu va đập. c. Vonfram(W): Tăng độ cứng và khả năng chịu nhiệt.
d. Coban (Co): Tăng tính chịu nhiệt và tính chịu va đập.
e. Molipden (Mo): Tăng tính chịu nhiệt, đàn hồi và chống ăn mòn. f. Mangan (Mn): Tăng độ cứng, độ chịu mài mịn và tính chịu va đập
nhưng khơng giảm độ dẻo.
g. Silic(Si): Tăng độ bền, độ đàn hồi và tính chống ơxy hố. 4.3.2 Ký hiệu
Theo TCVN quy ước ký hiệu như sau:
- Các chữ số ở đầu chỉ hàm lượng các bon tính theo phần vạn.
- Ký hiệu các nguyên tố hợp kim tiếp sau bằng chính ký hiệu hóahọc của nó.
- Theo sau mỗi nguyên tố hợp kim là chữ số chỉ hàm lượng % của nguyên tố đó. Neu gần bằng 1% thì khơng biểu thị.
- Có chữ A cuối là thép loại tốt.
Ví dự: + 90Cr2Si là thép hợp kim có: 0,9%C, 2%Cr, 1% Si
+ 30CrMn2Si là thép hợp kim có: 0,3%C, 1% Cr, 2%Mn và 1%SĨ.
4.3.3 Tính chất và công dụng4.3.3.1 Thép hợp kim kết cấu 4.3.3.1 Thép hợp kim kết cấu
Có hàm lượng cacbon từ 0,1 4- 0,7% và hàm lượng hợp kim cao, thường phải qua thấm c rồi nhiệt luyện để nâng cao cơ tính (để mặt ngồi cứng chịu mài mịn nhưng bên trong vẫn dẻo để chịu va đập).
Thép thấm cacbon là loại thép dùng để chế tạo các chi tiết yêu cầu trong lõi có độ dẻo, độ dai cao cịn bề mặt có độ cứng cao, chịu mài, chịu va đập (bánh răng, chốt, xích, đĩa ma sát...) có hàm luợng c = 0,1% đến 0,3%. Thuờng sử dụng:
a. Nhóm thép crơm: bao gồm các mác 15Cr, 20Cr, 15CrV. Chúng đuợc
làm các chi tiết nhỏ (đuờng kính < 30mm) có tính chống mài mịn ở bề mặt cao, chịu tải trọng trung bình nhu chốt piston, trục cam ôtô, trục giữa xe đạp, trục pêđan, bánh răng.
b. Nhóm thép crơm - niken; bao gồm các mác 20CrNi, 12CrNi3A,
18Cr2Ni4MoA, 18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4MoA, 18Cr2Ni4WA đuợc dùng làm các chi tiết quan trọng nhu: bánh răng bị động, trục động cơ máy bay, tàu biển....
c. Nhóm thép crơm - mangan - titan (hoặc Molybden): bao gồm các
mác 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi, 25CrMnMo dùng để sản xuất các chi tiết của ôtô máy kéo nhu: bánh răng hộp số, bánh răng cầu sau, các trục quan trọng.
Bảng 4.3 Thành phần hóa học của một số mác thép thẩm cacbon
Mác thép Thành phần các nguyên tố % c Cr Ni Mn Nguyên tố khác 15Cr 0.17- 0.7-1.0 - 0.4-0.7 20Cr 024 0 7-10 - 0 5-0 8 15CrV 0 12- 0 8-11 - 04-0 7 0.06-0.12 V 20CrNi 0 18 045-0.75 1.0-1.4 04-0 7 12CrNi3A 0 17- 0 6-0.9 2.75-3.15 0 3-0 6 12Cr2Ni4A 023 1 25-1.65 3 25-3 65 0 3-0 6 18Cr2Ni4MoA 0 12- 1 35-1 65 4 0-4.4 025-0.55 0.3-0.4 Mo 18CrMnTi 0 18 1 0-1.3 - 0 8-1.1 0 03-0.09 Ti 25CrMnTi 0 17- 10-13 - 0 8-11 0 03-0 09 Ti 30CrMnTi 023 10-13 - 0 8-11 0 03-0 09 Ti 25CrMnMo 0 09- 0 9-12 - 0 9-12 0 2-0.3 Mo 4.3.3.1.2 Thép hóa tốt
Thép hóa tốt là loại thép có hàm luợng cacbon trung bình, dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng trung bình và chịu va đập cao, yêu cầu về độ bền và độ dai va đập cao.
Thuờng dùng các loại sau:
a. Nhóm thép crơm: bao gồm các mác 35Cr, 40CrB, 45Cr, 50Cr đuợc
dùng làm các chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ, áp lục riêng, tải trọng trung bình nhu: trục, bánh răng hộp số các máy cắt kim loại...
b. Nhóm thép crơm-mangan, crơm-mangan-silic: gồm các mác
40CrMn, 40CrMnB, 30CrMnSi, 35CrMnSi đuợc dùng nhiều trong chế tạo ôtô: các trục, các kết cấu chịu lục...
c. Nhóm thép crơm - niken hợp kim hóa thấp: gồm các mác 40CrNi,
45CrNi, 50CrNi, 40CrNiMo dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng động lớn nhu: trục vít, hệ thống lái ơtơ, bánh răng, trục truyền chịu tải cao...
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
d. Nhóm thép crơm - niken hợp kim hóa trung bình: gồm các mác
38CrNi3MoA, 38CrNi3MoVA, 18Cr2Ni4MoA, 18Cr2Ni4WA. Đây là nhóm thép hóa tốt tốt nhất được dùng làm các chi tiết lớn, quan trọng như: trục rôto tuabin, các chi tiết chịu tải của máy khí nén, các chi tiết chịu áp lực cao...
Bảng 4.4 Thành phần hóa học của một số mác thép hóa tốt
Mác thép Thành phần các nguyên tố % c Cr Mn Si Ni Nguyên tố khác 40Cr 0.42-0.49 0.8-1.1 <0.8 <0.4 <0.3 40CrB 0 36-0 44 0 8-11 <0 8 <0 4 <0 3 40CrMnB 0 37-045 0 8-11 0.7-1.0 <0 4 <0 3 30CrMnSi 0 37-045 0 8-11 0 8-11 0.9-1.2 <0 3 0.15-0.25 Mo 40CrNi 045- <0.8 <0.4 1.0-1.4 0 03-0 09 Ti 40CrNiMo 0 75 <0 8 <0 4 12-16 0 002-0.005 B 40CrMnTiB 0 6-0.9 0.7-1.0 <0 4 <0.3 0 35-0.45 Mo 38CrNi3MoV 0 8-11 <0.8 <0 4 3.0-3.4 0 1-0.2 V 4.3.3.1.3 Thép đàn hồi
Thép đàn hồi là loại thép có lượng cacbon tương đối cao, sau khi tơi và ram có giới hạn đàn hồi cao, được dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi như lò xo, nhíp...
Bảng 4.5 Thành phần hóa học của các mác thép đàn hồi
Mác thép Thành phần các nguyên tố % c Mn Si Cr Nguyên tố khác C70 0.67-0.75 0.5-0.8 0.17-0.37 <0.25 65Mn 0 62-0 70 0 8-12 0 17-0 37 - 60SĨ2 0 57-0 65 0 6-0 9 1 5-2.0 - 60SiMn 0 55-0 65 0 8-10 13-18 - 50CrV 046-0 54 0 5-0 8 0 17-0.37 0.8-1.1 0.1-0.2 V 60Si2CrA 0 56-0 64 0 5-0 8 1 4-1.8 0 7-10 60SĨ2NĨ2A 0 56-0 64 0 5-0 8 14-18 - 1.4-1.7 Ni Thường dùng các loại sau:
- Nhóm thép C65, C70, 60Mn, 70Mn là loại thép đàn hồi dùng làm các loại lị xo có kích thước bé. Đối với loại thép này thì nhà sản xuất đã cán, kéo có
4<5mm hoặc có chiều dày <(l^-1.5)m, sau đó tơi+ram trung bình Troxtit. Người sử dụng mua về chỉ cần uốn (cuốn) tạo thành lò xo đem dùng.
- Nhóm thép 55SĨ2, 60SĨ2, 60MnSi có giới hạn đàn hồi cao, độ thấm tôi tốt, dùng để chế tạo lị xo, nhíp trong ơtơ, máy kéo, xe lửa, tàu biển, dây cót đồng hồ...
- Nhóm thép 60SĨ2NĨ2A, 60Si2CrA có độ thấm tơi lớn, dùng để chế tạo lị xo, nhíp chịu tải nặng và đặc biệt quan trọng
- Nhóm thép 50CrV, 50CrMnV dùng chế tạo các lò xo nhỏ chịu nhiệt tới 300°C như lò xo supap xả.
4.3.3.2 Thép hợp kim dụng cụ
Có hàm lượng cacbon cao (0,7 4- 1,4%) với các nguyên tố hợp kim chủ yếu là Cr, Si, Mn, w. Sau khi nhiệt luyện có thể đạt độ cứng 60 4- 62HRC thường dùng làm dụng cụ cắt gọt kim loại, khuôn dập, dụng cụ đo...
Thường sử dụng các loại sau:
4.3.3.2.1 Thép làm dụng cụ cắt gọt kim loại a. Thép làm dao cắt có năng suất thấp
Dao cắt có năng suất thấp là những loại dao cắt mà tốc độ cắt chỉ khoảng (5 4- 10)m/phút. Thép làm dao cắt có năng suất thấp bao gồm thép cacbon và thép hợp kim thấp.
Bảng 4.6 Thành phần hóa học của một số mác thép dụng cụ cat năng suất thấp
Mác thép Thành phần các nguyên tố % c Cr Mn Si w 13005 1.25-1.40 0.40-0.60 - <0.35 - 10002 0.95-1 10 1 30-1 60 - <0 35 - 90OSĨ 0 85-0 95 0.95-1 25 - 1.20-1.60 - 90Mn2 0 85-0 95 - 1.5-1.7 - - 140OW5 1 25-1 50 0.40-0.70 - <0.30 4.5-5.5 Thường dùng các loại sau:
- Mác 130Cr5 có độ cứng và tính chống mài mịn rất cao được dùng làm các loại dao cạo như: dao cạo nhẵn bề mặt kim loại, dao cạo râu...
- Mác 100Cr2 loại thép này có độ cứng khá cao (614-64) HRC, được dùng làm dao tiện gỗ, đục ...
- Mác 90CrSi được dùng khá phổ biến vì tương đối rẻ, tốc độ cắt có thể đạt tới (10 4- 14)m/phút. Loại thép này được dùng để chế tạo mũi khoan, tarô, bàn ren, dao phay.
- Mác 140CrW5 do chứa lượng cacbon và wonfam cao nên có độ cứng rất cao (có thể đạt tới (67 4- 68)HRC) được dùng để chế tạo dao cắt (thường gọi là dao kim cương để gia công các vật liệu cứng).
b. Thép làm dao cắt có năng suất cao (thép gió)
Là thép hợp kim dụng cụ thường dùng để cắt gọt kim loại với những đặc điểm sau:
- Chịu nhiệt đến 600°C mà không thay đổi độ cứng. - Tốc độ cắt đạt 25m/ph.
- Có thể tơi ngay trong mơi trường khơng khí, độ cứng đạt 60 4- 65 HRC. - Vonfram là nguyên tố chính .
- Hàm lượng Cr như nhau trong mọi thép gió (3,8 4- 4,4%) khơng ghi trong ký hiệu.
- Nếu có thêm nguyên tố Co, có thể chịu nhiệt 650°C đạt vận tốc cắt 35m/ph.
Thường dùng làm dao tiện, phay, lưỡi khoan, khoét, doa, trục cán ren với các loại thép 90W9V2, 75W18V, 140W9V5, 90W18V2, 95W9Co5V2,
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
Bảng 4.7 Thành phần hóa học của một số loại thép gió
Mác thép
Thành phần các nguyên tố %
c Cr w V Mo Co
Nhóm thép gió có năng suất cắt bình thường
80W18Cr4VMo 0.7-0.8 3.8-4.4 17-18.5 1.0-1.4 <1 - 80W9Cr4V2Mo 0 85-0.95 3 8-44 8.5-10 2 0-2 6 <1 - 80W12Cr3V2Mo 0 8-0.88 3 1-3 6 12-13 15-19 <1 - 85W6Mo5Cr4V 0 8-0 88 3 8-44 5.5-6.5 17-2 1 5.0-5.5 - 145W9V5Cr4Mo 14-15 3 8-44 9-10.5 4 3-5 1 <1 -
Nhóm thép gió có năng suất cắt cao
9W18Cr4V2Mo 0.85-0.95 3.8-4.4 17.5-19 1.8-2.4 <1 - 95W9Co5Cr4V2Mo 0 9-1.0 3 8-44 9-10.5 2 0-2 6 <1 5.0-6.0 95W9Co5Cr4V2Mo 0 9-10 3 8-44 9-10.5 2 0-2 6 <1 9 5-10.5 150W10Co5V5Cr4Mo 1 45-1.55 4 0-4 6 10-11.5 4 3-5 1 <1 5 0-6.0 160W12Co5V4Cr4Mo 1 55-1 65 4 0-4 6 12-13 5 4 3-5 1 <1 5 0-6 0 90W18Co5Cr4V2Mo 0 85-0 95 3 8-44 17.5-19 18-24 <1 5 0-6 0 130W14V4Cr4Mo 1 2-1.3 4 0-4 6 13-14.5 3 4-4 1 <1 - 90W6Mo5Co5Cr4V2 0 85-0.95 3 8-44 5.5-6.5 17-2 1 5.0-5.5 5.0-6.0 4.3.3.2.2 Thép ổ lăn
Đe đảm bảo được điều kiện làm việc tốt thì thép ổ lăn phải đạt các yêu cầu sau:
- Độ cứng và tính chống mài mịn cao.
- Cơ tính phải thật đồng nhất, tuyệt đối khơng được có điểm mềm để khi tiếp xúc không tạo ra các vết rỗ làm giảm khả năng làm việc của 0 lăn.
- Độ bền mỏi tiếp xúc cao.
Bảng 4.8 Thành phần hóa học của một số loại thép 0 lăn thông dụng
Mác thép c, % Cr, % Mn, % Si, %
OL100C1-2 0.95-1.05 1.3-1.65 0.2-0.4 0.17-0.37 OL100Cr2SiMn 0.95-1 05 1 3-1 65 0 9-12 04-0.65
Thường dùng các loại sau:
a. Thép 0 lăn làm việc ở nhiệt độ thường, mơi trường khơng khí
Gồm có hai mác thép: thép OL100Cr2 được dùng để chế tạo vòng 0, bi trịn, bi đũa có chiều dày hoặc đường kính < 20mm, cịn thép OL100Cr2SiMn cũng dùng để chế tạo các chi tiết như trên nhưng có kích thước lớn hơn, đến 30mm. Chúng còn được dùng để làm trục cán nguội, tarơ, bàn ren, các chi tiết vịi phun cao áp, dụng cụ đo...
b. Thép 0 lăn làm việc ở nhiệt độ cao
Trường hợp này dùng thép gió loại 90W9Cr4V2Mo hoặc 85W6Mo5Cr4V2... để chế tạo các ổ lăn chịu nóng đến (400 -f500)°C dùng trong động cơ tuabin, máy kéo.
c. Thép làm 0 lăn làm việc trong mơi trường ăn mịn
Đối với mơi trường làm việc ăn mịn thì dùng thép khơng rỉ loại 90Cr25 để chế tạo các 0 lăn làm việc trong nước biển, dung dịch H2SO4 (5 +15)%, dung dịch kiềm...
4.3.3.2.3 Thép làm khn dập nguội
Bảng 4.9 Thành phần hóa học của một số thép hợp kim làm khuôn dập nguội
Mác thép Thành phần các nguyên tố, % c Cr w Mn Si Nguyên tố khác lOOCrWMn 0.9-1.05 0.9-1.2 1.2-1.6 0.8-1.1 < 0.40 - lOOCrWSiMn 0.9-1 05 0 6-11 0 5-0 8 0 6-0 9 0.65-1.0 0.05-0.15V 210GT2 2 0-22 11.5-13 - < 0.35 < 0.40 - 160GT2MO 1 45-1.65 11-12.5 - < 0 35 < 0 40 0.40-0.6MO 130GT2V 1 25-1 45 11-12.5 - < 0 35 < 0 40 0 7-0.9V 110Cr6WV 1 05-1 15 5.5-6.5 1.1-1.5 < 0 35 < 0 35 0 5-0 8V 40CrSi 0 35-045 13-16 - < 0 40 1.2-1.6 - 40CrW2Si 0 35-0 44 10-13 2.0-2.5 < 0 40 0 6-0 9 -
Là thép hợp kim dụng cụ có các đặc điểm sau: - Độ cứng cao phải >(56^-62) HRC.
- Tính chống mài mịn cao để đảm bảo làm việc được lâu dài, gia cơng chính xác về kích thước của sản phẩm.
- Độ bền và độ dai va đập cao để chịu được tải trọng va đập lớn.
- Be mặt làm việc của khuôn được tôi cứng một lớp tương đối dày để tránh bị lún dẹp trong quá trình làm việc.
Thường dùng các loại sau:
- Thép cacbon: thường dùng thép cacbon dụng cụ gồm các mác CD 100,
CD 110, CD 120 để làm khuôn dập chịu tải trọng nhỏ, hình dáng đơn giản, kích thước bé.
- Thép hợp kim thấp: thường dùng các mác thép 100CrWSiMn, lOOCrMn,
lOOCr, để làm khn dập có kích thước trung bình, có bề dày (70^-100) mm, chịu tải trọng trung bình có hình dáng phức tạp.
- Thép Crơm cao (loại 12%Cr): gồm các mác thép 210GT2, 160Crl2Mo,
130Crl2V để chế tạo các khn dập có kích thước lớn, chịu tải trọng nặng, chống mài mịn cao.
- Thép crơm trung bình (5 -FĨ%Cr): thường dùng nhất là mác 110CT6WV
để chế tạo các khuôn lỗ kéo dây, bàn lăn ren...
- Thép hợp kim thấp có lượng cacbon trung bình: gồm các mác thép
40CrSi, óOCrSi, 40CrWSi để chế tạo các khuôn dập và dụng cụ chịu va đập trung bình như đục, búa hơi, khn dập cắt thép...
4.3.3.2.4 Thép làm khn dập nóng
Có đặc điểm:
- Độ bền và độ dai cao, độ cứng vừa phải (40^-45) HRC để đảm bảo chịu được tải trọng lớn và va đập (không bị biến dạng hoặc gãy vỡ khi làm việc).
- Tính chống mài mịn cao để đảm bảo tuổi thọ của khn có thể dập được hàng chục ngàn sản phẩm.
- Tính chịu nhiệt cao (> 1000°C), chống mỏi nhiệt tốt để chịu được nhiệt độ thay đổi tuần hoàn.
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
Bảng 4.10 Thành phần hóa học của một số mác thép làm khn dập nóng
Mác thép Thành phần các nguyên tố, % c Mn Cr w (Mo) Ni (Si) V 50CrNiMo 0.5-0.6 0.5-0.8 0.5-0.8 0.15-0.3 1.4-1.8 - 50CrNiW 0 5-0 6 0 5-0 8 0 5-0 8 04-0.7 14-18 - 50CrMnMo 0 5-0 6 12-16 0 6-0 9 0 5-0 3 - - 30Cr2W8V 0 3-04 0 15-0.4 2.2-27 7.5-85 - 0.2-0.5 40Cr2W5MoV 0 35-0.45 0 15-0 4 22-3 0 4 5-5 5 - 0 6-0 9 40Cr5W2VSi 0 35-045 0 15-0 4 4 5-5 5 4 6-22 0.8-1.2 0 6-0 9
Thường dùng các loại sau:
- Các mác 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrMnMo được dùng làm khn rèn có kích thước lớn, chịu va đập mạnh, hình dạng lịng khn phức tạp, làm việc lâu dài ở nhiệt (500-f550)°C.
- Các mác 30Cr2W8V, 40Cr2W5MoV, 40Cr5W2VSi... được dùng làm khn chồn, ép có kích thước bé hon khn rèn, chịu được nhiệt độ 700°C, chịu áp lực cao, tải trọng va đập nhỏ.
Hiện nay có xu hướng dùng họp kim cứng để chế tạo khuôn dập và khuôn kéo thay cho thép họp kim vì khn làm bằng họp kim cứng có thể dập được năm trăm ngàn tới một triệu sản phẩm.