Thuật ngữ thép dụng cụ nhắc đến một nhóm thép thường dùng làm dụng cụ cắt gọt, các loại chày, khuôn, lưỡi cắt, đột, và các ứng dụng tương tự. Các loại thép dụng cụ rất đa dạng, được phân thành 7 loại chính như trong bảng 2-5. Trong khi hầu hết các ứng dụng của thép dụng cụ liên quan đến lĩnh vực kĩ thuật chế tạo, chúng cũng được dùng trong thiết kế máy, lĩnh vực đòi hỏi phải bảo dưỡng các lưỡi cắt chịu mài mòn (loại H và F). Một số loại thép dụng cụ có khả năng chống va đập cao hơn, rất cần thiết trong các chi tiết máy như bộ li hợp cơ khí, con cóc, gàu xúc, bộ dẫn hướng chuyển động, và các bàn kẹp (loại S, L, F, và W). (xem tham khảo 6 để biết chi tiết hơn).
2-10 Gang
Các bánh răng lớn, khung máy, chân đế, bộ phận liên kết, và nhiều chi tiết máy quan trọng khác nữa được làm từ gang. Một vài loại gang có các giá trị độ bền, độ dẻo, khả năng gia công, khả năng chống mòn, và giá thành thay đổi trong phạm vi rộng. Do đó gang được ứng dụng rất rộng rãi. Có ba loại gang thông dụng là gang xám, gang dẻo, và gang cầu. Phụ lục 8 đưa ra các đặc trưng của một vài loại gang (xem thêm tham khảo 9).
Gang xám là loại có giới hạn bền kéo trong khoảng 20 000 đến 60 000 psi (138-414 Mpa).
Giới hạn bền nén của nó thì cao hơn nhiều, từ 3 đến 5 lần giới hạn bền kéo. Nhược điểm của gang xám là giòn nên không sử dụng được trong những ứng dụng chịu tải trọng va đập. Nhưng nó có khả năng chống mòn tuyệt vời, tương đối dễ gia công, có khả năng giảm dao động tốt, và có thể tôi mặt ngoài. Các chi tiết được làm từ gang xám bao gồm block động cơ, bánh răng, các bộ phận hãm, và các bệ máy. Gang xám được đánh số theo tiêu chuẩn ASTM A48-94a theo các loại 20, 25, 30, 40, 50, và 60 trong đó chữ số thể hiện giới hạn bền kéo nhỏ nhất theo kips/in2 (ksi). Ví dụ, loại gang xám 40 có giới hạn bền kéo nhỏ nhất là 40 ksi hoặc 40 000 psi (276 Mpa). Vì gang xám giòn nên không đưa ra giới hạn chảy.
Gang dẻo là nhóm gang có thể nhiệt luyện để đạt độ bền cao, môđun đàn hồi cao (độ
cứng), khả năng gia công và chống mòn tốt. Kí hiệu 5 chữ số thể hiện giới hạn chảy và độ giãn dài tỉ đối mong muốn của gang. Ví dụ loại 40010 có giới hạn chảy là 40 ksi (276 Mpa) và độ giãn dài tỉ đối 10%. Các đặc trưng liệt kê trong phụ lục 8 ở chế độ chưa xử lí nhiệt. Sau khi nhiệt luyện sẽ nhận được độ bền cao hơn. Xem tiêu chuẩn ASTM A 47-99 và A 220-99.
Bảng 2-5 Một số loại thép dụng cụ Loại Kí hiệu Loại điển hình Ví dụ Ứng dụng (và một số hợp kim thông dụng khác) Thành phần hợp kim chính Số AISI Số UNS Thép M Môlipđen M2 T11302 Dùng làm dụng cụ cắt và khuôn rèn, ép,
gió
uốn, kéo, và đột (M1, M3, M4-M7, M30, M34, M36, M41-M47)
M10 T11310
M42 T11342
T Wonfam T1 T12001 Sử dụng tương tự như loại M (T2, T4, T5, T6, T8) T15 T12015 Gia công nóng H Crôm H10 T20810
Khuôn tán nguội mũ đinh, dao cắt, các bộ phận máy bay, khuôn ép đùn ở nhiệt độ thấp, và khuôn đúc áp lực (H1-H19) Wonfam H21 T20821 Khuôn dập nóng, dao cắt ở nhiệt độ cao
(H20-H39)
Môlipđen H42 T20842 Ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu mòn cao Gia công nguội D Cácbon cao, crôm cao D2 T30402 Khuôn dập, đột, dụng cụ đo (D3-D5, D7) A Hợp kim trung bình, tôi trong không khí
A2 T30102 Đột, bàn cán ren, khuôn đúc áp lực (A3- A10)
O Tôi trong dầu O1 T3150I
Tarô, mũi khoét, doa, dao chuốt, dụng cụ đo, đồ gá và dụng cụ kẹp, bạc lót, trục tâm của máy công cụ, thân dao (O2, O6, O7)
Chịu
va đập S S1 T4190I
Đục, dụng cụ khí nén, đột tải trọng lớn, các chi tiết máy chịu va đập (S2, S4-S7) Thép
làm khuôn
P P2 T51602 Khuôn ép chất dẻo, khuôn đúc áp lực
kẽm (P3-P6, P20, P21) Mục đích đặc biệt L Các loại hợp kim thấp L2 T61202
Các bộ phận máy và dụng cụ yêu cầu độ dai lớn (L3, L6)
F Loại cácbon
-wonfam F1 T6060I
Tương tự loại L, nhưng có khả năng chống mòn cao hơn Tôi nước W W1 T72301 Mục đích chính là dùng cho khuôn và dụng cụ, êtô và mâm cặp, dụng cụ cầm tay, đồ gá và dụng cụ kẹp, đột (W2, W5)
Hình 2-14 Chu trình nhiệt luyện cho gang hợp kim (ADI)
Gang cầu có độ bền cao hơn gang xám và tên của nó đã cho thấy nó dẻo hơn. Tuy nhiên, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
độ dẻo của nó vẫn thấp hơn nhiều so với các loại thép thông dụng. Loại kí hiệu 3 số được sử dụng cho gang cầu theo tiêu chuẩn ASTM A536-84. Số đầu tiên thể hiện giới hạn bền kéo theo ksi, số thứ hai thể hiện giới hạn chảy theo ksi, và số thứ ba thể hiện độ giãn dài tỉ đối. Ví dụ loại 80-55- 06 có gới hạn bền kéo là 80 ksi (552Mpa), giới hạn chảy là 55 ksi (379 Mpa) và độ giãn dài tỉ đối là 6% đo trong 2 in. Những vật đúc có độ bền cao như trục khuỷu và bánh răng được làm từ gang cầu.
Gang cầu austempered (ADI) là một loại gang cầu hợp kim hoá được xử lí nhiệt. (xem
tham khảo 9.) Nó có những đặc trưng rất hấp dẫn nên được dùng trong các thiết bị vận tải, máy công nghiệp, và một số ứng dụng khác có giá thành thấp, khả năng gia công tốt, giảm chấn cao, chống mòn tốt, và dễ đúc. Ví dụ các bánh răng truyền động, các bộ phận của khớp nối đồng tốc, và các bộ phận treo. Tiêu chuẩn ASTM A897-90 đưa ra 5 loại ADI với giới hạn bền kéo từ 80 ksi (550 Mpa) đến 185 ksi (1300 Mpa). Độ dẻo giảm khi tăng độ bền và độ cứng, với độ giãn dài tỉ đối từ xấp xỉ 10% xuống nhỏ hơn 1%. Lúc mới xuất hiện ADI là một loại gang cầu thông thường với sự điều chỉnh cẩn thận thành phần và phương pháp đúc để tạo ra chất lượng tốt, vật đúc đặc. Thêm vào một lượng nhỏ đồng, niken, và môlipđen để nâng cao khả năng đáp ứng chu trình nhiệt luyện đặc biệt như trong hình 2-14. Nung nóng đến nhiệt độ austenit hoá (15500 đến 17500F, hoặc 8430 đến 9540C) tuỳ thuộc vào thành phần. Giữ ở nhiệt độ đó trong 1 đến 3 giờ để vật liệu hoàn toàn là austenit. Sau đó tôi nhanh ở nhiệt độ 4600 đến 7500F (2380 đến 4000C), và giữ ở nhiệt độ này trong 1/2 đến 4 giờ. Đây là phần austempering của chu trình mà ở đó vật liệu được chuyển thành hỗn hợp của hầu hết là austenit và ferit, đôi khi được gọi là ausferrite. Một vấn đề rất quan trọng là trong chu trình này không có peclít và banit . Vật đúc sau đó được làm nguội xuống nhiệt độ phòng.