Phần 2: Vật Liệu kim loại - Chương 5 Thép và Gang

Chia sẻ: Nguyen Hoang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

188
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thép cacbon hay thép thường : chiếm tỉ trọng rất lớn (tới 80 - 90%) trong tổng sản lượng thép

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phần 2: Vật Liệu kim loại - Chương 5 Thép và Gang

68 PhÇn III vËt liÖu kim lo¹i Ch−¬ng 5 thÐp vµ gang ThÐp cã c¬ tÝ nh tæng hîp cao, cã tÝ nh c«ng nghÖ tèt (t¹o h× nh, gia c«ng c¬ kh , Ý biÕn d¹ng , hµn, nhiÖt luyÖn) lµ vËt liÖu chÕ t¹o m¸y th«ng dông, chñ yÕu vµ quan träng nhÊt. Theo thµnh phÇn hãa häc cã hai lo¹i thÐp: cacbon vµ hîp kim: 5.1. Kh¸i niÖm vÒ thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim 5.1.1. ThÐp cacbon ThÐp cacbon hay thÐp th−êng: chiÕm tû träng rÊt lín (tíi 80 ÷ 90%) trong tæng s¶n l−îng thÐp. a. Thµnh phÇn hãa häc: %C < 2,14%, khi nung lªn ®ñ cao → γ - m¹ng A1, rÊt dÎo → biÕn d¹ng. Ngoµi Fe & C cßn cã: Mn, Si, P &S T¹p chÊt cã lîi: Mn, Si, do: quÆng s¾t, do khö «xy T¹p chÊt cã h¹i: P & S, do quÆng s¾t vµ than ®−a vµo < 0,05% cho mçi nguyªn tè. VËy thÐp nµo ngoµi s¾t ra còng ®Òu cã chøa: C ≤ 2,14%, Mn ≤ 0,80%, Si ≤ 0,40%, P ≤ 0,050%, S ≤ 0,050%. Ngoµi P vµ S cßn cã c¸c t/c cã h¹i: H, N, O,.. hßa tan vµo thÐp láng, lµ t¹p chÊt Èn n¸u. C¸c nguyªn tè cã lîi (nguyªn tè hîp kim): do håi liÖu ®−a vµo: Cr, Ni, Mo, Cu, Ti,… b. ¶nh h−ëng cña C ®Õn tæ chøc, tÝ nh chÊt vµ c«ng dông cña thÐp th−êng Lµ nguyªn tè quan träng nhÊt, quyÕt ®Þnh chñ yÕu ®Õn tæ chøc, tÝ nh chÊt (c¬ tÝ nh), c«ng dông cña thÐp (c¶ thÐp cacbon lÉn thÐp hîp kim thÊp). Tæ chøc tÕ vi: G§P Fe-C, %C t¨ng lªn th× %Xª lµ pha gißn còng t¨ng lªn t−¬ng øng (thªm 1%C th× Xª t¨ng thªm 15% (100/6,67= 15%)) do ®ã lµm thay ®æi tæ chøc vµ tÝ nh chÊt thÐp. - C ≤ 0,006% - thÐp cã tæ chøc thuÇn F (h× nh 3.19a), coi nh− s¾t nguyªn chÊt. - C = 0,10 ÷ 0,70% - thÐp cã tæ chøc F+P, khi %C t¨ng lªn %P t¨ng lªn (h× nh 3.22a,b,c), ®ã lµ c¸c thÐp tr−íc cïng tÝ ch. - C = 0,80% - thÐp cã tæ chøc P (h× nh 3.20a,b), ®ã lµ thÐp cïng tÝ ch. - C ≥ 0,90% - thÐp cã tæ chøc P+XªII (h× nh 3.23), khi %C t¨ng lªn l−îng XªII t¨ng C¬ tÝ nh: H× nh 5.1 σb, ψ, HB, aK HB σb ψ H× nh 5.1. ¶nh h−ëng cña cacbon ®Õn c¬ tÝ nh cña thÐp th−êng (ë tr¹ng δ th¸i ñ) aK 0,8 %C
69 T¨ng %C: lµm gi¶m ®é dÎo (δ, ψ) vµ ®é dai va ®Ëp (aK) v× %Xª t¨ng T¨ng %C th× σb t¨ng vµ ®¹t cùc ®¹i trong kho¶ng 0,80 ÷ 1,00%C, sau ®ã gi¶m ®i v× ban ®Çu %C t¨ng th× %Xª t¨ng lµm t¨ng bÒn, sau khi v−ît qu¸ 0,80 ÷ 1,00%C ngoµi peclit (tÊm) cßn XªII Theo %C cã 4 nhãm víi c¬ tÝ nh vµ c«ng dông rÊt kh¸c nhau nh− sau: - ThÐp cã cacbon thÊp (≤ 0,25%): dÎo, dai cao nh−ng ®é bÒn, ®é cøng l¹i thÊp, X©y dùng - ThÐp cã cacbon trung b× nh (0,30 ÷ 0,50%): chi tiÕt m¸y chÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp cao. - ThÐp cã cacbon t−¬ng ®èi cao (0,55 ÷ 0,65%): chi tiÕt ®µn håi. - ThÐp cã cacbon cao (≥ 0,70%): dông cô nh− dao c¾t, khu«n dËp, dông cô ®o. TÝ nh c«ng nghÖ: %C cµng thÊp cµng dÔ hµn vµ dËp. %C cµng cao th× thÐp cµng cøng cµng khã c¾t, nh−ng %C qu¸ thÊp → dÎo qu¸ khã gia c«ng c¾t c. ¶nh h−ëng cña c¸c t¹p chÊt th−êng cã Mn: Mn ®Ó khö «xy thÐp: Mn + FeO → Fe + MnO → xØ Ngoµi ra, Mn lo¹i trõ ®−îc t¸c h¹i cña S. Mn ¶nh h−ëng tèt ®Õn c¬ tÝ nh, khi hßa tan vµo F nã n©ng cao ®é bÒn vµ ®é cøng cña pha nµy (h× nh 5.2a), trong thÐp C, %Mn= (0,50 ÷ 0,80)%. Si: ®Ó khö «xy triÖt ®Ó: Si + FeO → Fe + SiO2 → xØ Gièng nh− Mn, Si hßa tan vµo F còng n©ng cao ®é bÒn vµ ®é cøng cña pha nµy (h× nh 5.2a) nªn lµm t¨ng c¬ tÝ nh cña thÐp, %Si = (0,20 ÷ 0,40)%. P: hßa tan vµo F lµm x« lÖch rÊt m¹nh m¹ng tinh thÓ pha nµy lµm t¨ng m¹nh tÝ nh gißn nguéi S: kh«ng hßa tan trong Fe (c¶ Feα lÉn Feγ) mµ t¹o nªn hîp chÊt FeS. Cïng tinh (Fe+FeS) t¹o thµnh ë nhiÖt ®é thÊp (988oC), g©y bë nãng. Mn do t¹o nªn MnS, kÕt tinh ë nhiÖt ®é cao, 1620oC, lµm gi¶m t¸c h¹i cña S. d. Ph©n lo¹i thÐp cacbon Theo ®é s¹ch t¹p chÊt cã h¹i vµ ph−¬ng ph¸p luyÖn Trªn thÕ giíi hiÖn cßn ba ph−¬ng ph¸p luyÖn thÐp chÝ nh lµ lß mactanh, lß ®iÖn hå quang vµ lß thæi «xy tõ ®Ø nh (lß L-D) (n−íc ta chØ b»ng lß ®iÖn hå quang). Theo møc ®é s¹ch t¹p chÊt tõ thÊp ®Õn cao cã c¸c møc chÊt l−îng sau. - ChÊt l−îng th−êng: P, S ≤ 0,050% (hay cao h¬n mét chót). ThÐp ®−îc luyÖn tõ lß L-D, n¨ng suÊt rÊt cao vµ gi¸ thµnh thÐp rÎ. - ChÊt l−îng tèt: P, S ≤ 0,040% ë lß mactanh vµ lß ®iÖn hå quang. - ChÊt l−îng cao: P, S ≤ 0,030% cho mçi nguyªn tè. Lß ®iÖn hå quang dïng nguyªn liÖu chÊt l−îng cao. - ChÊt l−îng rÊt cao: P, S ≤ 0,020% cho mçi nguyªn tè. ThÐp sau khi luyÖn ë lß hå quang ®−îc tinh luyÖn tiÕp tôc: b»ng ®iÖn xØ , ®óc ch©n kh«ng. C¸c thÐp cacbon b¸n trªn thÞ tr−êng gåm ba cÊp chÊt l−îng: th−êng, tèt vµ cao (Ý t gÆp). ThÐp hîp kim chØ cã c¸c cÊp: tèt, cao vµ rÊt cao. Trong x©y dùng chØ dïng chÊt l−îng th−êng, ChÕ t¹o m¸y ph¶i dïng chÊt l−îng tõ tèt trë lªn, riªng thÐp lµm æ l¨n ph¶i ®¹t cÊp chÊt l−îng rÊt cao.
70 Theo ph−¬ng ph¸p khö «xy: ThÐp s«i: chØ ®−îc khö «xy kh«ng triÖt ®Ó b»ng FeMn, do cßn FeO nªn: FeO + C → Fe + CO↑, khÝ CO lµm thÐp s«i §Æc ®iÓm cña thÐp s«i: - %Si thÊp (≤ 0,05 ÷ 0,07%), thÐp rÊt mÒm vµ dÎo, rÊt dÔ dËp nguéi, - kh«ng dïng thÐp s«i ®Ó ®óc ®Þnh h× nh, cho kÕt cÊu hµn,.. sinh bät khÝ lµm gi¶m chÊt l−îng. - kh«ng dïng thÐp s«i ®Ó lµm chi tiÕt thÊm cacbon v× lµ thÐp b¶n chÊt h¹t lín. ThÐp lÆng: lµ lo¹i ®−îc khö «xy triÖt ®Ó b»ng c¶ FeMn vµ FeSi vµ Al, nªn mÆt thÐp lÆng. §Æc ®iÓm cña thÐp lÆng: - %Si kh¸ cao (0,15 ÷ 0,35%), v× thÕ F cña thÐp cøng vµ bÒn h¬n, khã dËp nguéi h¬n - kh«ng bÞ rç khÝ khi ®óc, tuy nhiªn lâm co lín kh«ng kinh tÕ - Dïng ®−îc cho c¸c kÕt cÊu hµn, thÊm C ThÐp nöa lÆng: chØ ®−îc khö «xy b»ng FeMn, Al. TÝ nh chÊt trung gian gi÷a thÐp s«i vµ lÆng. Dïng thay thÕ cho thÐp s«i. ThÐp hîp kim chØ cã lo¹i thÐp lÆng, thÐp cacbon cã c¶ ba lo¹i. Theo c«ng dông ThÐp kÕt cÊu: khèi l−îng lín nhÊt, gåm 2 nhãm: thÐp x©y dùng vµ thÐp chÕ t¹o m¸y. - ThÐp x©y dùng: c¬ tÝ nh tæng kh«ng cao l¾m, ph¶i dÎo vµ cã tÝ nh hµn tèt, kh«ng nhiÖt luyÖn. - ThÐp chÕ t¹o m¸y: ®ßi hái c¬ tÝ nh tæng hîp ë møc ®é cao h¬n, ph¶i qua nhiÖt luyÖn. ThÐp dông cô: cøng vµ chèng mµi mßn. e. Tiªu chuÈn thÐp cacbon Tiªu chuÈn ViÖt Nam: TCVN 1765 - 75: ThÐp ®−îc ký hiÖu b»ng CT : gåm 3 ph©n nhãm A, B vµ C, A lµ chñ yÕu. Ph©n nhãm A: CTxx, bá c÷ A. VÝ dô CT38, CT38n, CT38s lµ ba m¸c cïng cã ¬b ≥ 38kG/mm2 hay 380MPa song víi ba møc khö «xy kh¸c nhau: lÆng, nöa lÆng vµ s«i Ph©n nhãm B: quy ®Þnh thµnh phÇn (tra sæ tay): BCT38:(0,14-0,22)C-(0,3- 0,65)Mn Ph©n nhãm C: quy ®Þnh c¶ hai: c¬ tÝ nh lÉn thµnh phÇn hãa häc, vÝ dô: m¸c CCT38 cã c¬ tÝ nh cña CT38 cßn thµnh phÇn cña BCT38. TCVN 1766-75: quy ®Þnh c¸c m¸c thÐp kÕt cÊu cacbon chÊt l−îng tèt ®Ó chÕ t¹o m¸y:- Cxx. VÝ dô: C40 lµ m¸c cã kho¶ng 0,40%C (0,38 ÷ 0,45%), chÊt l−îng tèt nªn l−îng P vµ S ≤ 0,040%, C40A, lµ m¸c cã chÊt l−îng cao P, S ≤ 0,030%. TCVN 1822-76: thÐp dông cô cacbon b»ng CD (C lµ cacbon, D lµ dông cô) víi sè tiÕp theo chØ l−îng cacbon trung b× nh tÝ nh theo phÇn v¹n - CDxx hoÆc CDxxx. V Ý dô, CD80 vµ CD80A lµ hai m¸c cïng cã kho¶ng 0,80%C (0,75 ÷ 0,84%) song víi chÊt l−îng tèt vµ cao.
71 Tiªu chuÈn c¸c n−íc: Nga : ΓOCT ThÐp kÕt cacbon chÊt l−îng th−êng dïng trong x©y dùng: CTx víi c¸c sè tõ 0, 1 ®Õn 6 chØ cÊp ®é bÒn (sè cµng to ®é bÒn cµng cao). Còng cã c¸c ph©n nhãm theo thø tù A, Б, B lÇn l−ît t−¬ng øng víi c¸c ph©n nhãm A, B, C cña TCVN. ThÐp kÕt cÊu cacbon chÊt l−îng tèt: xx, c¸c sè chØ phÇn v¹n C, m¸c 40 cã kho¶ng 0,40%C ThÐp cacbon dông cô: Уxx,c¸c sè chØ l−îng C phÇn ngh× n: У12 cã kho¶ng 1,20%C. Hoa Kú: sö dông nhiÒu tiªu chuÈn cho thÐp cacbon. ASTM ®−îc dïng cho thÐp x©y dùng. AISI vµ SAE cho c¸c thÐp chÕ t¹o m¸y vµ dông cô: AISI/SAE: thÐp C ký hiÖu 10xx, thÐp C cã Mn cao lµ 15xx, trong ®ã xx chØ C phÇn v¹n NhËt b¶n: JIS quy ®Þnh: ThÐp kÕt cÊu chÊt l−îng th−êng: ký hiÖu SSxxx hay SMxxx, xxx lµ c¸c sè ch Ø giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu tÝ nh b»ng MPa ThÐp kÕt cÊu cacbon chÊt l−îng tèt: ký hiÖu SxxC, xx lµ sè chØ l−îng cacbon phÇn v¹n ThÐp cacbon dông cô: ký hiÖu SKx víi x lµ c¸c sè thø tù tõ 1 ®Õn 7. f. −u nh−îc ®iÓm cña thÐp cacbon −u ®iÓm: dïng rÊt réng r·i v× ba −u ®iÓm sau: 1) RÎ, dÔ kiÕm kh«ng ph¶i dïng c¸c nguyªn tè hîp kim ®¾t tiÒn 2) C¬ tÝ nh tæng hîp nhÊt ®Þnh phï hîp víi c¸c ®iÒu kiÖn th«ng dông 3) TÝ nh c«ng nghÖ tèt: dÔ ®óc, c¸n, rÌn, kÐo sîi, hµn, gia c«ng c¾t (so víi thÐp hîp kim). Nh−îc ®iÓm: ®iÓn h× nh lµ: 1) §é thÊm t«i thÊp nªn hiÖu qu¶ hãa bÒn b»ng nhiÖt luyÖn t«i + ram kh«ng cao 2) TÝ nh chÞu nhiÖt ®é cao kÐm: khi nung nãng ®é bÒn cao cña tr¹ng th¸i t«i gi¶m nhanh ë trªn 200oC, ë trªn 570oC bÞ «xy hãa m¹nh. 3) Kh«ng cã c¸c tÝ nh chÊt vËt lý hãa häc ®Æc biÖt nh−: cøng nãng, chèng ¨n mßn. ThÐp cacbon ®−îc dïng lµm c¸c chi tiÕt nhá, h× nh d¹ng ®¬n gi¶n, chÞu t¶i träng nhÑ vµ võa, lµm viÖc ë nhiÖt ®é th−êng. 5.1.2. ThÐp hîp kim Trong kü thuËt dïng ngµy cµng nhiÒu thÐp hîp kim vµo c¸c môc ®Ý ch quan träng. a. Thµnh phÇn hãa häc ThÐp cacbon: C ≤ 2,14%, Mn ≤ 0,80%, Si ≤ 0,40%, P ≤ 0,050%, S ≤ 0,050% cßn l¹i lµ thÐp hîp kim. ThÐp hîp kim lµ lo¹i cã chÊt l−îng tõ tèt trë lªn: P vµ S ≤ 0,040%. b. C¸c ®Æc tÝ nh cña thÐp hîp kim C¬ tÝ nh: ®é bÒn cao h¬n h¼n so víi thÐp cacbon, nhÊt lµ sau khi t«i + ram, hÖ qu¶: - ë tr¹ng th¸i kh«ng t«i + ram, ®é bÒn cña thÐp hîp kim kh«ng cao h¬n thÐp cacbon bao nhiªu.
72 - −u viÖt vÒ ®é bÒn cao cña thÐp hîp kim cµng râ khi tiÕt diÖn > 20mm → dïng cho chi tiÕt lín - Cã thÓ t«i dÇu nªn Ý t biÕn d¹ng vµ nøt, rÊt −u viÖt cho cho chi tiÕt phøc t¹p. - T¨ng % hîp kim th× hiÖu qu¶ ho¸ bÒn b»ng nhiÖt luyÖn t¨ng song ®é dÎo, ®é dai vµ tÝ nh c«ng nghÖ xÊu ®i, trõ nhiÖt luyÖn. TÝ nh chÊt vËt lý, hãa häc ®Æc biÖt: chèng ¨n mßn, tÝ nh chÊt tõ, gi·n në nhiÖt, chÞu nhiÖt... h¬n c. T¸c dông cña nguyªn tè hîp kim ®Õn tæ chøc cña thÐp Hßa tan vµo s¾t thµnh dung dÞch r¾n: Mn, Si, Cr, Ni. l−îng dïng 1 vµi %, t¨ng ®é cøng, ®é bÒn vµ gi¶m ®é dÎo, ®é dai (h× nh 5.2) do ®ã Mn vµ Si 1 ÷ 2%. Ni vµ Cr (cho tíi hµm l−îng 4%): võa lµm t¨ng cøng cßn lµm t¨ng chót Ý t ®é dai, t¨ng ®é thÊm t«i lµ c¸c nguyªn tè quan träng. Víi l−îng nhiÒu (>10%) Cr, Ni, Mn: H× nh 5.3 cho thÊy Mn, Ni më réng vïng γ (thu hÑp khu vùc α), 10 ÷ 20% tæ chøc γ tån t¹i c¶ ë nhiÖt ®é th−êng. Cr thu hÑp khu vùc γ, > 20% tæ chøc F tån t¹i c¶ ë nhiÖt ®é cao cho tíi khi ch¶y láng. ThÐp nµy còng kh«ng cã chuyÓn biÕn pha, kh«ng thÓ hãa bÒn b»ng t«i vµ ®−îc gäi lµ thÐp F. HB Mn aK Si Ni 180 3000 Ni Cr 140 2000 Cr Mn 100 1000 Si 2 4 6 2 4 6 % ng/tè hk % ng/tè hk H× nh 5.2. ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn ®é cøng (a) vµ ®é dai va ®Ëp (b) T¹o thµnh cacbit C¸c nguyªn tè Si, Ni, Al, Cu, Co kh«ng t¹o cacbit C¸c nguyªn tè t¹o cacbit gåm: Mn, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb cã 2 t¸c dông: hßa tan vµ t¹o cacbit. Kh¶ n¨ng t¹o cacbit phô thuéc vµo sè ®iÖn tö cña ph©n líp nd (3d, 4d, 5d), cµng Ý t th× kh¶ n¨ng t¹o cacbit cµng m¹nh: Fe (3d6), Mn (3d5), Cr (3d5), Mo (4d5), W (5d4), V (3d3), Ti (3d2), Zr (4d2), (Nb (4d4)) Mn vµ Cr: t¹o thµnh cacbit trung b× nh, Mo vµ W: t¹o thµnh kh¸ m¹nh, V: t¹o thµnh cacbit m¹nh, vµ Ti, Zr, Nb: t¹o thµnh cacbit rÊt m¹nh, (Nd ngo¹i lÖ t¹o cacbit m¹nh h¬n). Khi ®−a vµo thÐp c¸c nguyªn tè nµy, cacbon sÏ −u tiªn kÕt hîp víi c¸c nguyªn tè m¹nh tr−íc. - Xªmentit hîp kim (Fe, Me)3C: Mn, Mo, W (1 ÷ 2%) t¹o (Fe, Me)3C. Xªmentit hîp kim cã tÝ nh æn ®Þnh cao h¬n xªmentit chót Ý t, nhiÖt ®é t«i cã t¨ng ®«i chót. - Cacbit víi kiÓu m¹ng phøc t¹p: Khi hîp kim chØ víi mét nguyªn tè hîp kim song víi l−îng lín > 10% Cr hoÆc Mn (cã dC / dMe > 0,59) t¹o: Cr7C3, C23C6, Mn3C, ®Æc tÝ nh:
73 + cã ®é cøng cao (h¬n xªmentit mét chót), + cã nhiÖt ®é ch¶y kh«ng cao l¾m, trong kho¶ng 1550 ÷ 1850oC (cao h¬n xªmentit), nªn cã tÝ nh æn ®Þnh cao h¬n. NhiÖt ®é t«i cña thÐp ph¶i cao h¬n 1000oC. T, oC T, oC 1200 0%Mn 1200 γ γ 4%Mn 10%Cr 1000 1000 8%Mn 15%Cr 800 800 0%Cr 600 600 0,4 0,8 1,2 %C 0,4 0,8 1,2 %C a) b) H× nh 5.3. ¶nh h−ëng cña Mn (a) vµ Cr (b) ®Õn c¸c vïng α vµ γ trªn gi¶n ®å Fe-C. - Cacbit kiÓu Me6C: Nguyªn tè: Cr, W, Mo, cacbit lo¹i Me6C. Lo¹i cacbit nµy cßn khã hßa tan vµo austenit h¬n vµ æn ®Þnh h¬n lo¹i trªn. NhiÖt ®é t«i cña thÐp trong kho¶ng 1200 ÷ 1300o - Cacbit víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n MeC (Me2C): V, Ti, Zr, Nb l−îng Ý t (0,1%), t¹o cacbit nh− VC, TiC, ZrC, NbC, chóng chÝ nh lµ pha xen kÏ rÊt cøng nh−ng Ý t gißn, t¨ng m¹nh tÝ nh chÞu mµi mßn. Mçi nhãm thÐp th−êng chØ gÆp 1 ÷ 2 lo¹i cacbit kÓ trªn, cô thÓ lµ: + xªmentit hîp kim trong thÐp kÕt cÊu, + cacbit víi kiÓu m¹ng phøc t¹p trong thÐp kh«ng gØ vµ bÒn nãng (nhãm thÐp ®Æc biÖt), + cacbit kiÓu Me6C trong thÐp giã (thuéc thÐp dông cô), MeC, trong c¸c nhãm thÐp kh¸c nhau. Vai trß cña cacbit hîp kim - T¨ng ®é cøng, tÝ nh chèng mµi mßn cña thÐp m¹nh h¬n c¶ Xª. Nh− sau nµy sÏ thÊy thÐp lµm dông cô tèt nhÊt ph¶i lµ lo¹i thÐp cã cacbon cao vµ hîp kim cao - N©ng cao nhiÖt ®é t«i, gi÷ ®−îc h¹t nhá khi nung, do ®ã n©ng cao ®é dai vµ c¬ tÝ nh nãi chung - T¨ng tÝ nh cøng hay bÒn nãng ®«i khi tíi 500 ÷ 600oC. d. ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn qu¸ tr× nh nhiÖt luyÖn ChËm chuyÓn biÕn khi nung nãng ®Ó t«i - cacbit hîp kim khã khã hßa tan h¬n Xª, ®ßi hái nhiÖt ®é t«i cao h¬n vµ thêi gian gi÷ nhiÖt dµi h¬n so víi thÐp cacbon. H·y so s¸nh c¸c thÐp cïng cã 1,00%C nh−ng víi l−îng hîp kim cao thÊp kh¸c nhau:+ thÐp cacbon 1,00%C (m¸c CD100), Fe3C, nhiÖt ®é t«i kho¶ng 780oC + thÐp æ l¨n (OL100Cr1,5 (ШX15) 1,00%C + 1,50%Cr, (Fe,Cr)3C, nhiÖt ®é t«i kho¶ng 830oC, + thÐp lµm khu«n dËp (hîp kim cao) 1,00%C + 12,0%Cr, Cr23C6, nhiÖt ®é t«i > 1000oC.
74 - TiC, ZrC, NbC,… gi÷ h¹t nhá. WC, MoC yÕu h¬n. Riªng Mn lµm to h¹t austenit. C¸c nguyªn tè: Cr, Ni, Si, Al ®−îc coi lµ trung tÝ nh. T¨ng ®é æn ®Þnh cña austenit qu¸ nguéi vµ t¨ng ®é thÊm t«i: TÊt c¶ c¸c nguyªn tè hîp kim (trõ Co) lµm t¨ng ®é æn ®Þnh γ qu¸ nguéi tøc lµ gi¶m tèc ®é t«i tíi h¹n Vt.h (h× nh 5.4a). §Æc biÖt Mo (khi riªng rÏ) vµ Cr - Ni (khi kÕt hîp) vµ Cr, Mn, B. Do ®ã lµm t¨ng ®é thÊm t«i cña thÐp (h× nh 5.4). thÐ p hîp kim thÐ p cacbon φ nhiÖ t ®é Vnguéi Vth1 δ1 Vth2 M®1 δ2 M®2 δ2 Vth1 Vth2 thêi gian H× nh 5.4. So s¸nh gi¶n ®å T - T - T, Vth (a) vµ ®é thÊm t«i (b) gi÷a thÐp cacbon vµ thÐp hîp kim T¨ng austenit d−: Cø 1% nguyªn tè hîp kim lµm thay ®æi M® nh− sau: (“-” gi¶m, “+” t¨ng): Nguyªn tè Mn Cr Ni Mo Co Al Si ∆T, ®é -45 -35 -26 -25 +12 +18 0 Do γ d− t¨ng lµm ®é cøng sau khi t«i gi¶m 1 ÷ 10 ®¬n vÞ HRC, → gia c«ng l¹nh hay ram nhiÒu lÇn ë nhiÖt ®é thÝ ch hîp ®Ó γ d− → M e. ChËm chuyÓn biÕn khi ram §Æc biÖt W, Mo, Cr cã ¸i lùc m¹nh nªn gi÷ C l¹i trong M, do ®ã duy tr× ®é cøng cao ë nhiÖt ®é cao h¬n: - xªmentit Fe3C ë 200oC, - xªmentit hîp kim (Fe,Me)3C ë 250 ÷ 300oC, - cacbit cr«m Cr7C3, Cr23C6 ë 400 ÷ 450oC, - cacbit Fe3W3C lo¹i Me6C ë 550 ÷ 600oC, VC, TiC, ZrC, NbC kh«ng hßa tan khi nung nãng nªn kh«ng tiÕt ra do ®ã dÉn ®Õn c¸c hiÖu øng sau. - N©ng cao tÝ nh chÞu nhiÖt ®é cao, tÝ nh bÒn nãng, tÝ nh cøng nãng. - T¨ng ®é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn, ®−îc gäi lµ hãa cøng ph©n t¸n. - So víi thÐp C, thÐp hîp kim ph¶i ram ë nhiÖt ®é cao h¬n nªn khö bá ®−îc øng suÊt bªn trong nhiÒu h¬n v× thÕ thÐp cã thÓ b¶o ®¶m ®é dai tèt. Tãm t¾t c¸c t¸c dông tèt cña nguyªn tè hîp kim lµ: + khi hßa tan vµo dung dÞch r¾n: lµm hãa bÒn vµ t¨ng tÝ nh æn ®Þnh cña γ qu¸ nguéi + khi t¹o thµnh cacbit hîp kim: • t¨ng cøng vµ chèng mµi mßn, khã hßa tan khi nung gi÷ cho h¹t nhá, • khã tiÕt ra khái M h¬n nªn g©y nªn bÒn nãng vµ cøng nãng, • khi ram ®−îc tiÕt ra d−íi d¹ng phÇn tö nhá mÞn, ph©n t¸n g©y hãa bÒn.
75 f. C¸c khuyÕt tËt cña thÐp hîp kim Tuy cã nhiÒu −u viÖt, thÐp hîp kim ®«i khi còng thÓ hiÖn mét sè khuyÕt tËt cÇn biÕt ®Ó phßng tr¸nh. Thiªn tÝ ch: Nguyªn tè hîp kim dÔ bÞ thiªn tÝ ch §èm tr¾ng: C¸c vÕt nøt nhá mµu tr¾ng trªn ph«i thÐp sau c¸n do H2 hßa tan khi nÊu luyÖn, khi lµm nguéi nhanh xuèng d−íi 200oC, hy®r« tho¸t ra m¹nh, g©y ra nøt g©y phÕ phÈm kh«ng ch÷a ®−îc, thÐp hîp kim Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-W khi c¸n nãng (sau ®óc c¸c rç co ph©n t¸n lµ tói chøa hy®r«). Ng¨n ngõa hoµ tan H2 khi nÊu luyÖn vµ lµm nguéi thËt chËm sau khi c¸n ®Ó hy®r« kÞp tho¸t ra. Gißn ram: 2 cùc tiÓu vÒ ®é dai ë hai kho¶ng nhiÖt ®é ram (h× nh 5.5), ta gäi ®ã lµ gißn ram. Nguyªn nh©n gißn ram vÉn ch−a ®−îc x¸c ®Þnh râ rµng. Gißn ram lo¹i I: (kh«ng thuËn nghÞch, kh«ng ch÷a ®−îc), khi ram 280 ÷ 350oC thÐp cacbon nguéi nhanh aK (mçi m¸c cã mét kho¶ng hÑp h¬n trong ph¹m vi nµy), tr¸nh ram ë kho¶ng nhiÖt ®é nµy. nguéi chËm Gißn ram lo¹i II: (thuËn nghÞch hay cã thÓ ch÷a ®−îc). ThÐp hîp kim Cr, Mn, thÐp Cr - Ni, Cr - Mn, ram ë 500 ÷ 600 C, råi o hîp kim lµm nguéi trong kh«ng khÝ . NÕu sau khi ram lµm nguéi nhanh trong dÇu hay n−íc th× kh«ng bÞ gißn ram, c¸c chi tiÕt 300 600 T, oC lín (v× nguéi chËm) ph¶i hîp kim hãa H× nh 5.5. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ram 0,20 ÷ 0,50%Mo hay 0,50 ÷ 1,00%W ®Õn ®é dai va ®Ëp míi hÕt gißn ram. g. Ph©n lo¹i thÐp hîp kim Theo tæ chøc c©n b»ng tæ chøc ë tr¹ng th¸i ñ: - thÐp tr−íc cïng tÝ ch: P+F, - thÐp cïng tÝ ch: P, - thÐp sau cïng tÝ ch: P + XªII, - thÐp lª®ªburit (cacbit): P+XªII+ Lª ThÐp hîp kim cao (Cr, Mn hay Cr - Ni) sÏ cã: - thÐp ferit: (Cr> 17%, rÊt Ý t cacbon),- thÐp γ: Mn>13%, cacbon cao vµ lo¹i Cr>18%+Ni> 8%). Theo tæ chøc th−êng hãa : mÉu nhá φ25, tuú theo l−îng nguyªn tè hîp kim (h× nh 5.6): nhiÖ t ®é nhiÖ t ®é nhiÖ t ®é M® M® 0oC 0oC 0oC thêi gian M® a) b) thêi gian c) thêi gian H× nh 5.6. Tæ chøc sau khi th−êng hãa cña c¸c thÐp víi l−îng hîp kim t¨ng dÇn: a. peclit, b. mactenxit, c. austenit.
76 - ThÐp peclit: lo¹i hîp kim thÊp, hoÆc thÐp, xoocbit, tr«xtit; phÇn lín thÐp thuéc lo¹i nµy, Theo nguyªn tè hîp kim: Dùa vµo tªn nguyªn tè hîp kim chÝ nh: - ThÐp Cr, Mn, lµ c¸c thÐp hîp kim (hãa) ®¬n gi¶n. - ThÐp cã hai hay nhiÒu nguyªn tè hîp kim nh− Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, lµ c¸c thÐp hîp kim (hãa) phøc t¹p. Theo tæng l−îng nguyªn tè hîp kim: - ThÐp hîp kim thÊp: lo¹i cã tæng l−îng < 2,5% (th−êng lµ thÐp peclit). - ThÐp hîp kim trung b× nh: tõ 2,5 ®Õn 10% (th−êng lµ thÐp hä tõ peclit ®Õn mactenxit). - ThÐp hîp kim cao: lo¹i cã tæng l−îng >10% (th−êng lµ hä mactenxit hay austenit) Γ C¸ch ph©n lo¹i nµy cã nguån gèc cña Nga (ΓOCT). Trung Quèc: < 5% hîp kim thÊp, 5-10% lµ HK ho¸ trung b× nh, > 10% hîp kim cao. C¸c n−íc T©y ¢u chØ cã hai lo¹i: ≤5% lµ HK ho¸ thÊp, >5 lµ HK ho¸ cao Theo c«ng dông: 3 lo¹i: - thÐp hîp kim kÕt cÊu,- thÐp hîp kim dông cô vµ- thÐp hîp kim ®Æc biÖt, h. Tiªu chuÈn thÐp hîp kim Tiªu chuÈn ViÖt Nam: TCVN 1759 - 75 quy ®Þnh: xx(NTHK)% quy trßn thµnh sè nguyªn), riªng kho¶ng 1% th× kh«ng cÇn biÓu thÞ (b»ng sè). VÝ dô: thÐp 40Cr: cã 0,36 ÷ 0,44%C, 0,80 ÷ 1,00%Cr thÐp 12CrNi3: cã 0,09 ÷ 0,16%C, 0,60 ÷ 0,90%Cr, 2,75 ÷ 3,75%Ni Tiªu chuÈn Nga : ΓOCT: (t−¬ng tù víi c¸ch ký hiÖu cña ViÖt nam), ký hiÖu c¸c nguyªn tè: X =Cr, H =Ni, B =W, M=Mo, T=Ti, K=Co, Γ=Mn, C=Si, Φ=V, Д=Cu, Ю=Al, P=B, 40Cr lµ 40X, 12CrNi3 lµ 12XH3, 140CrW5 hay CrW5 lµ XB5, nh−ng 90CrSi lµ 9XC. Tiªu chuÈn Hoa Kú: AISI vµ SAE §èi víi thÐp dông cô: AISI ký hiÖu gåm mét ch÷ c¸i chØ nhãm thÐp vµ sè thø tù. Sau ®©y c¸c ch÷ c¸i (th−êng lÊy theo ch÷ c¸i ®Çu tiªn chØ nhãm thÐp) ®ã: W- cho thÐp t«i n−íc (water), S- cho thÐp dông cô chÞu va ®Ëp (shock), T- cho thÐp giã vonfram (tungsten), H- cho thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nãng (hot), D- thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nguéi (cold), M- cho thÐp giã m«lip®en - vonfram, O- cho thÐp t«i dÇu (oil), A- cho thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nguéi, tù t«i, trong kh«ng khÝ (air), §èi víi thÐp hîp kim kÕt cÊu:gåm 4 sè xxxx nªn ®−îc viÕt lµ AISI/SAE xxxx, trong ®ã, 2 sè ®Çu chØ nguyªn tè hîp kim chÝ nh, 2 sè cuèi chØ l−îng cacbon theo phÇn v¹n, víi quy −íc:
77 thÐp cacbon: 10xx thÐp niken-cr«m-m«lip®en (11 lo¹i): thÐp cacbon cã Mn n©ng cao: 5xx 43xx, 43BVxx, 47xx, 81xx, 86xx, 87xx, thÐp dÔ c¾t (2 lo¹i): 11xx,12xx 88xx 93xx, 94xx, 97xx, 98xx thÐp mangan: 13xx thÐp niken-m«lip®en (2 lo¹i): 46xx, 48xx thÐp niken (2 lo¹i): 23xx, 25xx thÐp cr«m (2 lo¹i): 50xx, 51xx thÐp niken-cr«m (4) : 31xx, 32xx, thÐp cr«m víi 0,50 ÷ 1,50%C (3lo¹i): 33xx, 34xx 501xx, 511xx, 521xx thÐp m«lip®en (2 lo¹i): 40xx, 44xx thÐp vonfram-cr«m: 72xx thÐp cr«m-m«lip®en: 41xx thÐp silic-mangan: 92xx thÐp cr«m-vana®i: 61xx thÐp bo: xxBxx §èi víi thÐp kh«ng gØ vµ bÒn nãng: AISI ký hiÖu gåm ba sè xxx, trong ®ã: 2xx vµ 3xx lµ thÐp austenit, 4xx lµ thÐp ferit, 4xx vµ 5xx lµ thÐp mactenxit. Tiªu chuÈn NhËt B¶n: JIS ký hiÖu thÐp hîp kim më ®Çu b»ng ch÷ S, tiÕp theo lµ c¸c ch÷ c¸i biÓu thÞ lo¹i thÐp hîp kim vµ cuèi cïng lµ ba sè xxx (trong ®ã hai sè cuèi chØ phÇn v¹n cacbon trung b× nh) hay mét hoÆc hai sè theo thø tù: SCrxxx - thÐp kÕt cÊu cr«m, SNCxxx - thÐp kÕt cÊu niken - cr«m, SMnxxx - thÐp mangan, SCMxxx - thÐp kÕt cÊu cr«m - m«lip®en, SACMxxx - thÐp nh«m - cr«m - m«lip®en, SNCMxxx - thÐp kÕt cÊu niken - cr«m - m«lip®en, SUJx - thÐp æ l¨n, SUMx - thÐp dÔ c¾t, SUPx - thÐp ®µn håi, SUSxxx - thÐp kh«ng gØ (xxx lÊy theo AISI), SUHx - thÐp bÒn nãng, SKx - thÐp dông cô cacbon, SKHx - thÐp giã, SKSx, SKDx, SKTx - thÐp dông cô hîp kim. 5.2. ThÐp x©y dùng 5.2.1. §Æc ®iÓm chung - ph©n lo¹i a. §Æc ®iÓm chung yªu cÇu kü thuËt sau: VÒ c¬ tÝ nh: ®ñ ®é bÒn, ®é dÎo (δ ~ 15 ÷ 35%), ®é dai (aK ~ 500 kJ/m2), VÒ tÝ nh c«ng nghÖ: tÝ nh hµn tèt, dÔ uèn, dÔ c¾t VÒ thµnh phÇn hãa häc: ®Ó b¶o ®¶m ®é dÎo, ®é dai vµ tÝ nh hµn tèt th× hµm l−îng cacbon kh«ng ®−îc cao qu¸: C ≤ 0,22%. C¸c nguyªn tè kh¸c chuyÓn thµnh cacbon ®−¬ng l−îng C®.l tÝ nh theo c«ng thøc: Mn Cr + Mo + V Ni + Cu C dl = C + + + 6 5 15 ®Ó dÔ hµn, C®l kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 0,55%. b. Ph©n lo¹i Theo thµnh phÇn hãa häc hay ®é bÒn: cacbon th«ng dông vµ thÐp hîp kim thÊp ®é bÒn cao. Theo c«ng dông cã thÓ chia ra c¸c ph©n nhãm: thÐp c«ng dông chung vµ thÐp c«ng dông riªng (cèt bªt«ng, chuyªn ®ãng tµu, lµm cÇu,…). 5.2.2. ThÐp th«ng dông a. §Æc ®iÓm chung (thÐp cacbon) §Æc ®iÓm: ®é bÒn b× nh th−êng (σ0,2 < 300 ÷ 320MPa), rÎ, ®a d¹ng c¸c b¸n thµnh phÈm c¸n nãng (èng, thanh, gãc, h× nh, l¸, tÊm, b¨ng cho ®Õn d©y, sîi...). b. ph©n lo¹i theo TCVN
78 Tiªu chuÈn ViÖt nam TCVN 1765-75, chia thÐp x©y dùng thµnh 3 nhãm ACT (CT), BCT vµ CCT. Nhãm A quy ®Þnh vÒ c¬ tÝ nh: phæ biÕn nhÊt M¸c thÐp CT31 CT33(s,n) CT34(s,n) CT38(n,s) CT42(s,n) CT51(n) CT52(n) CT61(n) σb,kG/mm 2 >31 31-42 33-44 37-49 41-54 51-64 46-60 > 61 Tõ tr¸i sang ph¶i ®é bÒn t¨ng. Hai m¸c ®−îc dïng nhiÒu h¬n c¶ lµ CT38 vµ CT51. CT38 ®−îc dïng rÊt phæ biÕn cho kÕt cÊu kh«ng ®ßi hái ®é bÒn cao, cã tÝ nh hµn tèt: cét, th¸p, xµ ngang, èng, d©y, l¸ ®Ó lîp, tÊm ®Ó che, ®ì... CT51 ®−îc dïng cho c¸c kÕt cÊu chÞu lùc cao h¬n, tÝ nh hµn kÐm h¬n: l−ìi cµy, b¸nh lång, dông cô b»ng tay ®Ó gia c«ng gç,…. M¸c thÐp s«i (s) c¬ tÝ nh thÊp h¬n thÐp nöa lÆng (n) vµ thÐp lÆng Nhãm B quy ®Þnh vÒ thµnh phÇn: M¸c thÐp BCT31 BCT33(s,n) BCT34(s,n) BCT38(n,s) BCT42(s,n) BCT51(n) BCT61(n) BCT61(n) %C 300 ÷ 320MPa) Hîp kim: Ý t lµm h¹i tÝ nh hµn nh− Mn, Si,Cr,Cu (Ni,B,N), V,Nb t¹o h¹t nhá, 0,20 ÷ 0,30%Cu bÒn ¨n mßn khÝ quyÓn. Tæng l−îng nguyªn tè hîp kim ≤ 2,0÷2,5%, tæng l−îng Cu+Ni+V+Mo ~ 1,00% (Mn cã thÓ tíi 1,00% v× rÎ). Sö dông thÐp HSLA thay thÕ cho thÐp th«ng dông mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Nh−îc ®iÓm cña HSLA: tÝ nh hµn kÐm h¬n, dÔ bÞ ph¸ hñy gißn ë nhiÖt ®é thÊp. b. Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCVN 3104-79: ®· nªu trªn 14Mn, 09Mn2,.. c. Tiªu chuÈn c¸c n−íc Nga: ΓOCT : 14Mn lµ 14Γ, 15CrSiNiCu lµ 15XCHД. ®· nªu trªn Nga ®· dïng nhiÒu thÐp HSLA lµm ®−êng èng, cÇu. NhËt b¶n, theo JIS G3129: quy ®Þnh lo¹t m¸c SH 590P (d¹ng tÊm), SP 590S (gãc) . JIS G3114 quy ®Þnh hai m¸c SPA - H (tÊm c¸n nãng) vµ SPA - C (tÊm c¸n nguéi) cho thÐp cã tÝ nh chèng ¨n mßn tèt trong khÝ quyÓn, cã σ0,2 ≥ 315 vµ 345MPa.
79 5.2.4. ThÐp lµm cèt bªt«ng ThÐp lµm cèt bªt«ng lµ lo¹i chuyªn dïng lµm cèt cho bªt«ng lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu kÐo, uèn vµ t¶i träng ®éng cho cÊu kiÖn, rÊt th−êng gÆp hµng ngµy. TCVN 1651-85: thÐp lµm cèt bªt«ng gåm 4 cÊp: C I, C II, C III vµ C IV: CÊp C I lµ cÊp chÞu lùc thÊp nhÊt dïng thÐp trßn tr¬n víi m¸c CT38, CÊp C II dïng thÐp cã ®èt víi m¸c CT51, C¸c cÊp C III, C IV, gåm c¸c m¸c HSLA: 35MnSi, 18Mn2Si, 25Mn2Si, 20CrMn2Zr Hoa Kú theo ASTM: HSLA Lo¹i trßn tr¬n: σb ≥ 485MPa, σ0,2 ≥ 385MPa. Lo¹i cã ®èt : σb ≥ 550MPa, σ0,2 ≥ 485MPa. cao h¬n cÊp CI vµ CII cña TCVN. NhËt b¶n theo JIS 3112: cã hai m¸c thÐp trßn tr¬n: SR235 vµ SR295, bèn m¸c thÐp cã ®èt: SD295, SD345, SD390, SD490; trong ®ã sè chØ σ0,2 tèi thiÓu theo MPa. 5.2.5. C¸c thÐp kh¸c D©y thÐp: thÐp nhiÒu cacbon (0,8-1%C) hoÆc thÐp C kh«ng cao l¾m nh−ng biÕn d¹ng lín. §−êng ray cho xe löa: 60Mn 5.3. ThÐp chÕ t¹o m¸y 5.3.1. C¸c yªu cÇu chung a. C¬ tÝ nh : §é bÒn cao (giíi h¹n ch¶y), ®é dai va ®Ëp lín, chÞu mµi mßn, giíi h¹n mái cao. b. TÝ nh c«ng nghÖ: DÔ biÕn d¹ng nãng (rÌn), dÔ c¾t gät, cã thÓ nhiÖt luyÖn ®Ó t¨ng bÒn. c. TÝ nh kinh tÕ d. Thµnh phÇn hãa häc : C vµ nguyªn tè hîp kim Thµnh phÇn hîp kim vµ thÐp hîp kim Nguyªn tè hîp kim chÝ nh: Cr, Mn, Si vµ Ni (B), HK phô: Ti,Zr,V,Nb,Mo. Hîp kim hãa phøc t¹p tèt h¬n hîp kim hãa ®¬n gi¶n. 5.3.2. ThÐp thÊm cacbon a. §Æc ®iÓm c¸c lo¹i thÐp thÊm cacbon vµ t¸c dông cña c¸c nguyªn tè %C thÊp: 0,10 ÷ 0,25% (0,30%) ®Ó chÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp cao + bÒ mÆt bÞ mµi mßn m¹nh nh− b¸nh r¨ng, cam, chèt... ThÐp cacbon: chØ dïng thÐp lÆng: C10, C15, C20, C25. ¸p dông cho ct d < 10÷20, h× nh d¹ng ®¬n gi¶n, chØ chÞu mµi mßn thÊp. NhiÖt ®é thÊm thÊp < 900-920, thêi gian thÊm dµi, sau khi thÊm th−êng ho¸ vµ t«i+ram thÊp. kh«ng t«i trùc tiÕp ThÐp hîp kim: d > 30÷50, h× nh d¹ng phøc t¹p vµ chÞu mµi mßn cao. Hîp kim: Cr riªng hoÆc kÕt hîp víi Ni, Mn, Ti cã 2 t¸c dông: t¨ng c¬ tÝ nh (thÊm t«i, h¹t nhá), kh«ng c¶n trë qu¸ tr× nh thÊm cacbon. Kh«ng dïng Si v× c¶n trë thÊm cacbon, kh«ng dïng riªng Mn lµm h¹t th«. C¸c m¸c thÐp th−êng dïng: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV −u viÖt cña thÐp hîp kim so víi thÐp cacbon: - ®é bÒn cao do ®é thÊm t«i cao, tiÕt diÖn chi tiÕt lín h¬n
80 - chèng mµi mßn cao nhê sau khi thÊm cacbon t¹o nªn c¸c cacbit hîp kim, cøng nãng >200oC - t«i trong dÇu nªn Ý t diÕn d¹ng, dïng ®−îc cho c¸c chi tiÕt cã h× nh d¹ng phøc t¹p - nhiÖt ®é thÊm cao h¬n, do ®ã rót ng¾n ®−îc thêi gian thÊm. c. ThÐp hîp kim Cr: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV Dïng cho chi tiÕt nhá (d=20-40), nhiÖt ®é thÊm 900-920, do t¹o cacbit Cr dÔ qu¸ b·o hoµ C d. ThÐp Cr-Ni vµ Cr-Ni-Mo: - ®é thÊm t«i lín , bÒn vµ dai cao - ¸p dông: cho c¸c chi tiÕt quan träng, cÇn ®é tin cËy cao nh− trong «t«, m¸y bay...Gåm 2 lo¹i: ThÐp Cr-Ni thÊp: ®é thÊm t«i kh¸ cao, t«i trong dÇu, kh«ng kinh tÕ nªn c¸c n−íc ph−¬ng T©y kh«ng dïng. 20CrNi (20XH), cho c¸c chi tiÕt h× nh d¹ng phøc t¹p víi d ~ (50 ÷ 75mm), chÞu t¶i träng va ®Ëp cao nh− c¸c b¸nh r¨ng «t« t¶i nhÑ vµ du lÞch ThÐp Cr-Ni cao: %Ni= 2% ®Õn 4%, %Cr~ 1%, tû lÖ Ni / Cr = 3 hay 4. §é thÊm t«i rÊt cao, t«i thÊu ®−îc tiÕt diÖn bÊt kú (≥100). T«i trong dÇu, víi tiÕt diÖn nhá cã thÓ ¸p dông t«i ph©n cÊp, nhê ®ã gi¶m m¹nh ®é biÕn d¹ng. ¸p dông cho chi tiÕt quan träng: chÞu t¶i träng nÆng, chÞu mµi mßn m¹nh, h× nh d¹ng lín vµ phøc t¹p, yªu cÇu ®é tin cËy cao nh− c¸c chi tiÕt trong m¸y bay, «t« mµ c¸c h− háng cã thÓ g©y tai häa cho ng−êi. C¸c m¸c thÐp Cr-Ni dïng ®Ó thÊm cacbon lµ: VN: 12CrNi3A, 20Cr2Ni4A, Nga : 12XH3A vµ 20X2H4A, JIS: SNC415 vµ SNC815. c¬ tÝ nh tæng hîp cao tíi σb = 1000 ÷ 1200MPa, aK = 900 ÷ 1000kJ/m2. - rÊt ®¾t (theo sè liÖu cña Nga ®¾t gÊp ba thÐp cacbon), - tÝ nh gia c«ng c¾t kÐm do thÐp qu¸ dÎo (do cacbon thÊp, niken cao), phoi kh«ng g·y vôn, - ph¶i ¸p dông quy tr× nh c«ng nghÖ kh¸ phøc t¹p: Tr−íc khi gia c«ng c¾t thÐp ph¶i qua th−êng hãa (t«i ) Sau khi thÊm C, bÒ mÆt cã %C cao vµ Ni kh¸ cao lµm h¹ thÊp ®iÓm M® lóc ®ã ®em t«i l−îng γ d− (50 ÷ 60%) cao, ®é cøng thÊp (45 ÷ 55HRC), kh«ng ®ñ chèng mµi mßn. Sau khi thÊm ph¶i th−êng hãa trùc tiÕp (t«i) råi ram cao ë 600 ÷ 650oC- 2 ®Õn 6h, ®Ó t¹o xoocbit vµ tiÕt cacbit lµm d/dÞch r¾n nghÌo bít hîp kim ®i. Sau ®ã nung t«i l¹i: víi γ nghÌo hîp kim (n©ng cao ®iÓm M®) vµ cacbit ph©n t¸n nªn t«i+ram thÊp sÏ nhËn ®−îc M+cacbit ph©n t¸n vµ Ý t γ d− nªn ®é cøng cao (HRC>60) vµ chÞu mµi mßn tèt. ThÐp Cr-Ni-Mo: cã thªm 0,10 ÷ 0,40%Mo ®é thÊm t«i t¨ng (kh«ng cã t¸c dông chèng gißn ram v× chØ ph¶i ram thÊp), chóng ®−îc coi lµ thÐp thÊm cacbon tèt nhÊt, ®−îc dïng vµo c¸c môc ®Ý ch quan träng nhÊt vµ cho tiÕt diÖn lín nhÊt. C¸c m¸c thÐp Cr-Ni-Mo ®Ó thÊm cacbon th−êng dïng: Γ TCVN: 20CrNi2Mo, 20Cr2Ni4MoA (ΓOCT: 20XH2M, 18X2H4MA) Hoa kú SAE/AISI: 4320, 8615, NhËt JIS: SNCM415, SNCM815 C¸c m¸c thÐp nµy cã ®Æc tÝ nh gièng nh− c¸c m¸c Cr-Ni cïng lo¹i song cã tÝ nh thÊm t«i cao h¬n (vÝ dô 20Cr2Ni4MoA cã tÝ nh thÊm t«i cao h¬n 20Cr2Ni4A, quy tr× nh nhiÖt luyÖn gièng nhau) e. ThÐp Cr-Mn-Ti:
81 - C¸c chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt: ®Òu kh¸ cao, ®−îc dïng rÊt réng r·i ë ta vµ Nga ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng «t« t¶i nhÑ vµ trung b× nh, rÎ v× c¸c nguyªn tè Cr, Mn rÎ. - §é bÒn: ®èi víi c¸c chi tiÕt trung b× nh (< 50mm) t«i thÊu ®−îc nªn cã ®é bÒn t−¬ng ®−¬ng nh− thÐp Cr-Ni, (σb = 1100 ÷ 1150MPa), ®é dÎo, ®é dai kÐm h¬n ®«i chót (aK = 600 ÷ 900kJ/m2). TÝ nh c«ng nghÖ: dÔ c¾t gät h¬n thÐp Cr-Ni, khi thÊm cacbon cã nhiÒu −u viÖt: cã Mn nªn líp thÊm kh«ng bÞ qu¸ b·o hßa C,cã Ti (dï víi l−îng nhá) nªn gi÷ ®−îc h¹t nhá do ®ã cã thÓ thÊm ë nhiÖt ®é cao h¬n (930 ÷ 950oC), thêi gian thÊm ng¾n h¬n, sau thÊm cã thÓ t«i trùc tiÕp → biÕn d¹ng rÊt thÊp. C¸c m¸c thÐp ®iÓn h× nh: ViÖt nam: 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi vµ 25CrMnMo Nga: : 18XΓT,25XΓT, 30XΓT vµ 25XΓM. Trong ®ã m¸c 18CrMnTi dïng ®Ó thÊm cacbon, c¸c m¸c sau dïng cho tr−êng hîp thÊm C-N Quy tr× nh chÕ t¹o b¸nh r¨ng hép sè «t« b»ng thÐp 25CrMnTi hoÆc 25CrMnMo: RÌn ph«i- th−êng ho¸- gia c«ng c¬- thÊm C+N thÓ khÝ ë 850 ÷ 8600C, t«i trùc tiÕp ph©n cÊp trong dÇu nãng MC20 ë nhiÖt ®é 180oC cho ®é cøng cao, tÝ nh chèng mµi mßn tèt, biÕn d¹ng rÊt thÊp (chØ 0,08 ÷ 0,12mm, cho phÐp lµ 0,12mm) nhê ®ã tuæi thä t¨ng gÇn gÊp ®«i. 5.3.3. ThÐp hãa tèt §/n: lµ thÐp cã thµnh phÇn cacbon trung b× nh (0,30 ÷ 0,50%C), ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y chÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp t−¬ng ®èi cao mµ bÒ mÆt cã thÓ bÞ mµi mßn nh− trôc, b¸nh r¨ng, chèt..., ®Ó ®¹t ®−îc c¬ tÝ nh tæng hîp cao nhÊt thÐp ph¶i qua nhiÖt luyÖn hãa tèt (t«i + ram cao). a. §Æc ®iÓm vÒ thµnh phÇn hãa häc Cacbon: 0,30 ÷ 0,50%, th−êng dïng h¬n 0,35 ÷ 0,45%. 2 lo¹i nguyªn tè hîp kim: Nguyªn tè hîp kim chÝ nh: Cr,Mn víi l−îng chøa 1÷2%, Ni = 1÷4% nh− nhãm thÐp thÊm cacbon, ngoµi ra cßn cho phÐp dïng c¶ Si víi l−îng chøa kh«ng qu¸ 1% (v× kh«ng cÇn thÊm C). GÇn ®©y dïng bo (B) l−îng rÊt nhá 0,0005 ÷ 0,003% (thÊp qu¸ kh«ng t¸c dông, cao qu¸ gißn do FeB), t−¬ng ®−¬ng 1%Ni hay 0,5%Cr. T¸c dông cña B chØ cã khi dïng kÕt hîp víi Cr, Ni, Mn. Nguyªn tè hîp kim phô: Mo vµ W, cã t¸c dông t¨ng ®é thÊm t«i, song chñ yÕu lµ ®Ó kh¾c phôc gißn ram lo¹i II. b. §Æc ®iÓm vÒ nhiÖt luyÖn: S¬ bé: ®Ó c¶i thiÖn tÝ nh c¾t gät, sau khi rÌn, dËp nãng ®Ó t¹o ph«i, thÐp ®−îc qua ñ hoµn toµn (trõ thÐp Cr-Ni) ®¹t ®é cøng HB 180 ÷ 220 dÔ gia c«ng c¾t th«. NhiÖt luyÖn kÕt thóc: gåm 2 b−íc: B−íc 1: t«i + ram cao →X ram cã c¬ tÝ nh tæng hîp cao, chÞu ®−îc t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp tèt, HB 240 ÷ 280 (HRC 25 ÷ 30). Gia c«ng tinh ®¹t h× nh d¹ng, kÝ ch th−íc ®é bãng yªu cÇu vµ gióp chuyÓn biÕn nhanh vµ t¹o M kim nhá khi t«i bÒ mÆt. Ph¶i chó ý tr¸nh gißn ram lo¹i II nhÊt lµ lo¹i thÐp kh«ng chøa Mo vµ W. Víi c¸c tiÕt diÖn nhá cã thÓ thay t«i + ram cao b»ng th−êng hãa còng ®¹t hiÖu qu¶ t−¬ng tù mµ c«ng nghÖ thùc hiÖn ®¬n gi¶n vµ rÎ h¬n.
82 B−íc thø 2: sau khi gia c«ng tinh, t«i bÒ mÆt vµ ram thÊp cho ®é cøng HRC 52 ÷ 58, cïng víi ®é cøng lâi HRC 25 ÷ 30 ®¹t ®−îc yªu cÇu ®Ò ra. Riªng c¸c thÐp víi %C=0,30 ÷ 0,35%, sau t«i bÒ mÆt ®é cøng kh«ng cao (≤ HRC50) nªn ph¶i thÊm C-N nhiÖt ®é thÊp (550 ÷ 560oC ®Ó kh«ng lµm háng tæ chøc X ram cña lâi) vµ bÒ mÆt ®ñ cøng chÞu ®−îc mµi mßn. c. ThÐp cacbon: c¸c m¸c th−êng dïng: TCVN: C30, C35, C40, C45, C50 vµ C40Mn, Nga ΓOCT 30, 35, 40, 45, 50, 40Γ C¬ tÝ nh: tèi thiÓu σb = 750 ÷ 850MPa. C¶i tiÕn: dïng thÐp cacbon víi % Mn vµ Si rÊt thÊp (Mn ≤ 0,20%, Si ≤ 0,15%), cã ®é thÊm t«i thÊp, vÝ dô thÐp 58s hay 55KΠ -Nga. §é thÊm t«i δ=2mm cøng 60HRC, lâi vÉn dÎo, dai nh− lµ thÐp sau thÊm cacbon. §−îc dïng ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng bÞ ®éng (quay chËm vµ Ý t mßn h¬n). d. ThÐp Cr: %Cr= 0,50 hay 1,00% chñ yÕu ®Ó c¶i thiÖn tÝ nh t«i (t«i ®−îc trong dÇu, t¨ng ®é thÊm t«i). Dïng lµm c¸c chi tiÕt nhá (φ 20 ÷ 40), t−¬ng ®èi phøc t¹p. C¸c m¸c th−êng dïng: TCVN: 40Cr, 40CrVA, ΓOCT 40X, 40XΦA, SAE/AISI: 50B40, 5140, JIS: SCr440 e. ThÐp Cr-Mo: thÐp Cr + kho¶ng 0,25%Mo ®Ó chèng ®−îc gißn ram lo¹i II vµ t¨ng ®é thÊm t«i. ThÐp Cr-Mo ®−îc dïng lµm c¸c chi tiÕt m¸y trung b× nh (φ > 50mm) h× nh d¹ng t−¬ng ®èi phøc t¹p nh− b¸nh r¨ng. Th−êng dïng c¸c m¸c: VN: 38CrMoA, Nga 38XMA , AISI / SAE : 4140 , JIS: SCM440. f. ThÐp Cr-Mn vµ Cr-Mn-Si: 1%Cr + 1%Mn hay 1%Cr + 1%Mn + 1%Si lµ lo¹i hîp kim hãa phøc t¹p nªn cã ®é thÊm t«i cao, dïng lµm chi tiÕt kh¸ lín (φ 50 ÷ 60mm). Tuy nhiªn cã Mn, Si nªn cøng vµ gißn h¬n, Ý t phæ biÕn h¬n. Nga dïng: 40XΓ, 30XΓC, Hoa Kú, NhËt kh«ng dïng. g. ThÐp Cr-Ni vµ Cr-Ni-Mo: cã c¶ Cr, Ni nªn ®é thÊm t«i cao mµ vÉn gi÷ ®−îc ®é dÎo, ®é dai tèt, nhÊt lµ trong tr−êng hîp niken cao tíi ≥ 3% vµ cã chøa Mo (gièng thÐp thÊm cacbon). ThÐp Cr-Ni thÊp: 1%Cr + 1%Ni, chi tiÕt d= 50 ÷ 60mm víi σb ~700MPa vµ aK~700kJ/m2, h× nh d¹ng kh¸ phøc t¹p. V× bÞ gißn ram lo¹i II, tÝ nh gia c«ng c¾t h¬i kÐm ngµy cµng Ý t dïng. ThÐp Cr-Ni cao: 1 ÷ 2%Cr + 3 ÷ 4%Ni (Ni/Cr ~ 3÷4), t«i thÊu víi tiÕt diÖn trªn 100mm, coi lµ t«i thÊu víi tiÕt diÖn bÊt kú (nã thuéc lo¹i mactenxit). Nhê vËy thÐp cã c¬ tÝ nh tæng hîp rÊt cao: σb = 1100MPa, σ0,2 = 1000MPa, aK = 800kJ/m2. C¸c m¸c th−êng dïng: VN: 38CrNi3, Nga: 30XH3A, JIS: SNC631 vµ SNC836, Hoa Kú kh«ng cã thÐp nµy. Tuy nhiªn thÐp nµy dÔ bÞ gißn ram II vµ tÝ nh gia c«ng c¾t kÐm. ThÐp Cr-Ni cao víi Mo: lµ thÐp chÕ t¹o m¸y tèt nhÊt v cã (0,15 ÷ 0,40%) Mo: × t¨ng ®é thÊm t«i, lµm c¸c chi tiÕt víi h× nh d¹ng phøc t¹p, tiÕt diÖn lín (≥ 100mm), kh«ng bÞ gißn ram lo¹i II, thuéc nhãm thÐp mactenxit, t«i thÊu víi tiÕt diÖn bÊt kú, c¬ tÝ nh tæng hîp cao nhÊt: σb = 1200MPa, σ0,2 = 1100MPa, aK = 800kJ/m2. C¸c m¸c thÐp Cr-N-Mo th−êng dïng: VN: 38Cr2Ni2MoA, 38CrNi3MVA, ΓOCT: 38X2H2MA, 38XH3MΦA, SAE/AISI: 4340, JIS: SNCM439
83 h. ThÐp chuyªn dïng ®Ó thÊm nit¬: hîp kim Cr (~1,6%), Mo (~ 0,30%), Al (~1,00%). T¸c dông cña nguyªn tè HK: t¹o nitrit cøng, ph©n t¸n, %C~0,40%, nhiÖt luyÖn hãa tèt → c¬ tÝ nh tæng hîp cao. NhiÖt ®é thÊm nit¬ bao giê còng ph¶i thÊp h¬n nhiÖt ®é ram cao khi hãa tèt. M¸c th−êng dïng: VN: 38CrMoAlA, Nga : 38X2MЮA, SAE: 7140, JIS: SACM645 NhiÖt luyÖn: t«i ë 930 ÷ 950oC trong dÇu, ram 640 ÷ 680oC c¬ tÝ nh ®¹t σb = 1030MPa, σ0,2 = 880MPa, aK = 600kJ/m2. ThÊm nit¬ ë 520 ÷ 540oC ®¹t ®é cøng HV850 ÷ 1050 (~HRC 63 ÷ 72). 5.3.4. C¸c chi tiÕt m¸y ®iÓn h× nh b»ng thÐp a. C¸c lo¹i trôc Trôc khuûu: «t« vËn t¶i d−íi 4 tÊn vµ xe con: C45, sau nhiÖt luyÖn ho¸ tèt, gia c«ng tinh, t«i bÒ mÆt c¸c cæ, mµi rµ vµ ®ãng gãi. Trôc l¸p «t«: thÐp dung cho «t« t¶i ГАЗ: 35CrMnSi (35XΓC), xe МАЗ - 38CrMnSi (38XΓC) hoÆc 40CrNiMoA (40XHMA), xe ЗИЛ - 40CrMnTiB (40XΓTP). Quy tr× nh c«ng nghÖ: rÌn, th−êng hãa hoÆc ñ, gia c«ng th«, nhiÖt luyÖn hãa tèt ®¹t ®é cøng HRC 45 ÷ 40 (riªng mÆt bÝ ch gi¶m ®é cøng xuèng thÊp h¬n, kho¶ng HRC 25 ÷ 30 b»ng c¸ch nung c¶m øng), gia c«ng tinh (tiÖn th©n trôc vµ mÆt bÝ ch, c¾t then hoa, khoan lç trªn mÆt bÝ ch...). Quy tr× nh rót gän: trôc l¸p «t« ГАЗ dïng thÐp C40 (%C 0,38 ÷ 0,43%), xe ЗИЛ dïng thÐp 45Bn (45PΠ- Nga). Sau khi th−êng hãa (HB 169 ÷ 217), gia c«ng c¾t, råi t«i c¶m øng cho bÒ mÆt trôc víi chiÒu dµy δ = 0,20 ÷ 0,25d (d - ®−êng kÝ nh th©n trôc l¸p). Trôc m¸y c¾t: dïng thÐp cacbon m¸c C40, C45 hoÆc thÐp cr«m 40X. Sau khi nhiÖt luyÖn hãa tèt, gia c«ng tinh, t«i c¶m øng bÒ mÆt lµm viÖc víi b¹c, then hoÆc mÆt ren (ë trôc vÝ t) råi ram thÊp. b. C¸c lo¹i b¸nh r¨ng B¸nh r¨ng chÞu t¶i th−êng: dïng thÐp: C40, C45, 40X ®«i khi 40XH. Sau khi rÌn ph«i, ñ råi gia c«ng th«, sau ®ã ®em nhiÖt luyÖn hãa tèt, gia c«ng tinh, t«i c¶m øng bÒ mÆt r¨ng. B¸nh r¨ng chÞu t¶i träng cao: ph¶i dïng thÐp thÊm C-N (25CrMnMo) nªu trªn. 5.3.5. ThÐp ®µn håi §/n: lµ thÐp kh¸ cøng, cã tÝ nh ®µn håi cao, cã thµnh phÇn cacbon t−¬ng ®èi cao (0,55÷0,65%), dïng ®Ó chÕ t¹o nhÝ p, lßxo vµ c¸c chi tiÕt ®µn håi kh¸c. NhiÖt luyÖn: giíi h¹n ®µn håi cao nhÊt khi thÐp ®−îc t«i + ram trung b× nh ®Ó ®−îc tr«xtit ram. a. §iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu ®èi víi thÐp ®µn håi: §/K lµm viÖc: ChÞu t¶i träng tÜnh vµ va ®Ëp cao mµ kh«ng cho phÐp bÞ biÕn d¹ng dÎo. Yªu cÇu ®èi víi thÐp: - Giíi h¹n ®µn håi cao: tû lÖ σ®h / σb cµng gÇn tíi 1 cµng tèt, th−êng lµ 0,85 ÷ 0,95.
84 - §é cøng kh¸ cao: thÝ ch hîp HRC 35 ÷ 45 hay HB 350 ÷ 450; ®é dÎo, ®é dai thÊp ®Ó kh«ng bÞ biÕn d¹ng trong qu¸ tr× nh lµm viÖc, song kh«ng qu¸ thÊp ®Ó dÔ bÞ ph¸ hñy gißn. - Giíi h¹n mái cao: ®Ó thÝ ch øng víi ®iÒu kiÖn t¶i träng thay ®æi theo chu kú. b. §Æc ®iÓm vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ nhiÖt luyÖn Thµnh phÇn hãa häc: %C= 0,50 ÷ 0,70% song tèt nhÊt lµ 0,55 ÷ 0,65%, khi l−îng nguyªn tè hîp kim t¨ng lªn thµnh phÇn cacbon cã thÓ gi¶m ®i ®«i chót. Yªu cÇu ®èi víi c¸c nguyªn tè hîp kim: - N©ng cao giíi h¹n ®µn håi vµ ®é cøng: Mn vµ Si lµ tèt nhÊt (xem h× nh 5.2a). - N©ng cao ®é thÊm t«i: Cr-Ni lµ tèt nhÊt, Si vµ Mn còng cã t¸c dông nµy nh−ng yÕu h¬n. Th−êng dïng: 1%Mn, 2%Si, 2% (Cr+Ni), nÕu qu¸ møc ®Æc biÖt lµ Mn, Si thÐp sÏ cøng vµ gißn. Chó ý khi nhiÖt luyÖn: - Chèng tho¸t cacbon: v× khi thµnh phÇn cacbon bÒ mÆt thÊp h¬n giíi h¹n quy ®Þnh cã thÓ tÝ ch riªng nhá h¬n, chÞu øng suÊt kÐo vµ do ®ã dÔ ph¸t sinh vÕt nøt mái. - T¹o nªn øng suÊt nÐn trªn bÒ mÆt: phun bi, l¨n Ðp, thËm chÝ c¸n, kÐo nguéi sau khi nhiÖt luyÖn t«i + ram trung b× nh cã thÓ t¨ng tuæi thä tõ 1,5 ®Õn 2 lÇn. - N©ng cao ®é nh½n bãng bÒ mÆt: lo¹i bá c¸c vÕt x−íc lµ mÇm mèng cña nøt mái, muèn vËy ph¶i qua c¸n, kÐo tinh, thËm chÝ qua mµi. c. C¸c m¸c thÐp vµ ®Æc ®iÓm: ThÐp th−êng vµ thÐp mangan: C65, C70 vµ ngay c¶ CD80, CD100 vµ thÐp Mn víi m¸c 65Mn - Giíi h¹n ®µn håi thÊp σ®h ≤ 800MPa - §é thÊm t«i thÊp, chØ t«i thÊu víi ®−êng kÝ nh tíi 15mm. D¹ng phæ biÕn nhÊt cña chóng lµ d©y (Φ=0,15-8mm) ®−îc cung cÊp ë tr¹ng th¸i t«i ch× råi sau ®ã kÐo nguéi víi ®é biÕn d¹ng >70%. (vÝ dô σ®h > 2000MPa), cã tÝ nh ®µn håi cao, nªn ®Ó lµm lßxo chØ cÇn qua quÊn nguéi t¹o h× nh råi ñ thÊp (200 ÷ 300oC) ®Ó khö bá øng suÊt. ThÐp silic vµ c¸c thÐp hîp kim kh¸c: 60Si2, víi 2%Si (Nga 60C2) - Giíi h¹n ®µn håi cao, σ®h ≥ 1000MPa víi gi¸ thµnh t−¬ng ®èi rÎ. - §é thÊm t«i tèt h¬n (t«i thÊu trong dÇu dµy 20 ÷ 30mm). - DÔ tho¸t C khi nung nãng ®Ó t«i, v× vËy ph¶i chó ý b¶o vÖ bÒ mÆt khi nhiÖt luyÖn §Ó kh¾c gi¶m tho¸t C vµ n©ng cao ®é thÊm t«i: hîp kim hãa: Cr,Mn,Ni vµ V. 60Si2: lßxo trong toa xe, nhÝ p «t«, trôc mÒm. 50CrMn ®−îc dïng lµm nhÝ p «t« víi tÝ nh c«ng nghÖ tèt h¬n. 60Si2CrVA vµ 60Si2Ni2A, σE=1500MPa lµm nhÝ p, lßxo lín, chÞu t¶i träng nÆng, riªng lo¹i chÞu va ®Ëp m¹nh nªn dïng 60Si2Ni2A. SAE/AISI: 1065, 1070, 1566, 9260, 4161, 50B60, 5160 vµ 51B60, 8655 JIS: SUP3 (thÐp cacbon), SUP6 vµ SUP7 (thÐp silic), SUP9 vµ SUP9A (thÐp Cr- Mn), SUP10, SUP11A, SUP12 vµ SUP13 thÐp kh¸c 5.3.6. C¸c thÐp kÕt cÊu cã c«ng dông riªng a. ThÐp l¸ ®Ó dËp nguéi s©u:
85 C¬ tÝ nh: tÝ nh dÎo cao, ®Æc biÖt khi dËp s©u Thµnh phÇn vµ cÊp h¹t: %C ≤ 0,20%: th−êng ≤ 0,10%, %Si ≤ 0,05 ÷ 0,07% víi tæ chøc chñ yÕu lµ ferit, nh− vËy ph¶i b»ng thÐp s«i. H¹t nhá vµ ®Òu: cÊp 6 ÷ 8 C¸c m¸c thÐp ®Ó dËp s©u th−êng dïng: VN: C5s, C8s, C10s, C15s, phæ biÕn nhÊt lµ C8s ThÐp l¸ máng tr¸ng thiÕc (gäi lµ s¾t t©y) dïng trong c«ng nghiÖp thùc phÈm lµm ®å hép, hoÆc tr¸ng kÏm hay kÏm - nh«m (gäi lµ t«n hoa) ®Ó lµm t¨ng tÝ nh chèng ¨n mßn trong khÝ quyÓn. b. ThÐp dÔ c¾t Kh¸i niÖm vÒ tÝ nh dÔ c¾t: lµ thÐp cã thÓ c¾t tù ®éng, phoi dÔ g·y vôn Yªu cÇu: cøng HB 150 ÷ 200, kh«ng qu¸ dÎo. Thµnh phÇn hãa häc vµ tæ chøc tÕ vi cña thÐp dÔ c¾t: C= 0,10 ÷ 0,40%, P = 0,08 ÷ 0,15%, cßn S = 0,15 ÷ 0,35%, Mn= 0,80 ÷ 1,00%. Mn sÏ kÕt hîp víi S thµnh pha MnS, gi¶m t¸c h¹i cña S, phoi dÔ g·y. Pb: 0,15 ÷ 0,30%Pb (ch× ): lµm cho phoi rÊt dÔ g·y vôn, gi¶m lùc ma s¸t. Lo¹i thÐp dÔ c¾t cã Pb lµ lo¹i thÐp dÔ c¾t tèt nhÊt vµ cã thÓ ®−îc hîp kim hãa ®Ó t¨ng ®é bÒn. C¸c m¸c thÐp vµ c«ng dông: TCVN: xxS, trong ®ã xx lµ phÇn v¹n C, S chØ lµ thÐp chøa S vµ P cao (v dô 12S). Ý ΓOCT: - lo¹i th−êng chøa P, S: A12, A20, A30 vµ A40Γ,(A chØ c¾t tù ®éng) - lo¹i ®Æc biÖt chøa P, S vµ Pb : AC11, AC12HX, AC40, AC20XΓHM. AISI / SAE: - thÐp dÔ c¾t chøa P, S b»ng :1110, 1118, 1140, 1151, 1212, 1214; - thÐp cã chøa thªm Pb: 12L14 (0,15 ÷ 0,30%Pb). JIS : SUMxx, (xx=11, 12, 21, 22, 23, 25, 31, 32, 41, 42, 43), cã Pb lµ SUM24L. c. ThÐp æ l¨n §iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu ®èi víi thÐp æ l¨n: chÞu mµi mßn ®iÓm, do ®ã thÐp æ l¨n ph¶i ®¹t ®−îc c¸c yªu cÇu sau: - §é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn cao (HRC ≥ 64, cao h¬n c¶ bÒ mÆt thÊm cacbon...). - C¬ tÝ nh ph¶i thËt ®ång nhÊt, tøc tuyÖt ®èi kh«ng cã ®iÓm mÒm, ®Ó tr¸nh mµi mßn ®iÓm, g©y nªn rç vµ ph¶i t«i thÊu - §é bÒn mái tiÕp xóc cao. §Æc ®iÓm vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ nhiÖt luyÖn: VÒ thµnh phÇn hãa häc: %C tíi 1% vµ qua t«i + ram thÊp. - §Ó t«i thÊu cho ®ång ®Òu: Cr= 0,50 ÷ 1,50%, ®«i khi cã Mn vµ Si (mçi nguyªn tè 1%). - §Ó tr¸nh ®iÓm mÒm vµ n©ng cao ®é bÒn mái tiÕp xóc: Ý t t¹p chÊt phi kim lo¹i nh− P, S, khÝ ...thÐp chÊt l−îng tèt - C¸c cacbit nhá mÞn vµ ph©n bè ®Òu. VÒ nhiÖt luyÖn ph¶i qua c¸c b−íc sau ®©y: - ñ cÇu ho¸ thÐp æ l¨n ph¶i cã tæ chøc peclit h¹t vµ cacbit d− nhá mÞn víi ®é cøng HB 187 ÷ 205 ®Ó b¶o ®¶m tÝ nh gia c«ng c¾t tèt. - T«i + ram thÊp (t«i trong dÇu ë 850 ÷ 860oC, ram 150 ÷ 180oC). Cã thÓ gia c«ng l¹nh ®Ó khö austenit d− mét c¸ch triÖt ®Ó sau khi t«i, lóc ®ã cã thÓ ®¹t tíi HRC ≥
86 65 víi tÝ nh chèng mµi mßn cao nhÊt. Còng cã thÓ dïng thÐp thÊm cacbon cho c¸c æ l¨n, bi kh«ng thËt quan träng. C¸c m¸c thÐp vµ c«ng dông: TCVN: OL100Cr1,5 lµ lo¹i cã 1,00%C, 1,5%Cr. ΓOCT: ШXxx, xx chØ l−îng Cr phÇn ngh× n: ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15CΓ AISI / SAE: 5195, 50100, 51100, 52100 (P, S cùc thÊp). JIS: SUJx, trong ®ã x lµ sè thø tù (tõ 1 ®Õn 5). Ngoµi ra ®Ó lµm c¸c æ l¨n kh«ng gØ ng−êi ta dïng thÐp kh«ng gØ (> 13%Cr) nh−ng víi l−îng cacbon cao (~ 1,00%), nh− ΓOCT dïng m¸c 95X18, ASTM dïng 440C vµ 440MOD. C«ng dông: æ l¨n, trôc c¸n nguéi, bµn ren, tar«, dông cô ®o. 5.4. ThÐp dông cô 5.4.1. C¸c yªu cÇu chung §/n: Dông cô lµ c¸c c«ng cô gia c«ng, chÕ biÕn, t¹o h× nh c¸c vËt liÖu (thµnh c¸c s¶n phÈm, chi tiÕt m¸y, kÕt cÊu). Chóng cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh ®Õn n¨ng suÊt, chÊt l−îng vµ gi¸ thµnh cña s¶n phÈm c¬ khÝ . a. Ph©n lo¹i : theo b¶n chÊt cña qu¸ tr× nh gia c«ng, ta chia c¸c dông cô thµnh 3 nhãm lín: - Dông cô c¾t (dao): lµ dông cô t¹o h× nh cã sinh phoi, nh− dao tiÖn, phay, bµo, tuèt... - Dông cô biÕn d¹ng: t¹o h× nh b»ng biÕn d¹ng dÎo kh«ng sinh phoi: trôc c¸n, khu«n dËp, khu«n Ðp ch¶y... ë c¶ tr¹ng th¸i nguéi lÉn tr¹ng th¸i nãng. - Dông cô ®o: nh− palme, th−íc cÆp, d−ìng... tuy kh«ng lµm thay ®æi h× nh d¹ng, kÝ ch th−íc s¶n phÈm, nh−ng còng kh«ng thÓ thiÕu trong s¶n xuÊt c¬ khÝ . b. C¬ tÝ nh & chÞu nhiÖt: cøng ®Ó kh«ng hay Ý t bÞ mßn, dai va ®Ëp lín ®Ó kh«ng g·y vì, chÞu nhiÖt tèt ®Ó kh«ng gi¶m tÝ nh chÊt ë tr¹ng th¸i nãng. c. TÝ nh c«ng nghÖ vµ tÝ nh kinh tÕ: cã thÓ rÌn, c¾t gät ®−îc, ®¾t h¬n ph¶i tèt h¬n. d. Thµnh phÇn hãa häc: Cacbon: %C= 0,70 ÷ 1,00%, song nãi chung lµ ≥ 1,00%, c¸ biÖt lªn tíi 2%. Cßn ®èi víi c¸c dông cô gia c«ng ph«i mÒm hay ë tr¹ng th¸i nãng cã thÓ thÊp h¬n, kho¶ng 0,30 ÷ 0,50%. Hîp kim: t¨ng tÝ nh thÊm t«i (Cr) do vËy lµm ®−îc c¸c dông cô nhá víi h× nh d¹ng t−¬ng ®èi phøc t¹p, cÇn tÝ nh cøng nãng cao: W, Mo 5.4.2. ThÐp lµm dông cô c¾t a. Yªu cÇu ®èi víi vËt liÖu lµm dông cô c¾t: ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu c¬ tÝ nh: 1 3 2 H× nh 5.12. S¬ ®å tiÖn (a) vµ s¬ ®å mÆt c¾t khi tiÖn (b): 5 1. ph«i, 2. phoi, 3. r·nh lâm, 4. 4 dao, 5. mÆt tr−íc, 6. mÆt sau 4 a) b) 6
87 C¸c lo¹i dao lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn tiÖn, phay, bµo, doa... tuy cã nh÷ng nÐt kh¸c biÖt song vÒ c¬ b¶n lµ gièng nhau vµ cã thÓ coi tiÖn lµ nguyªn c«ng ®iÓn h× nh (h× nh 5.12). 1) §é cøng cao: cao HRC ≥ 60, b»ng thÐp th× %C > 0,70% vµ qua t«i cøng + ram thÊp. 2) ChÞu mµi s¸t: mÆt tr−íc víi phoi, mÆt sau víi ph«i, ®Æc biÖt lµ trªn mÆt tr−íc. Dao ph¶i cã tÝ nh chèng mµi mßn cao: ®é cøng cao, nhiÒu cacbit d− th× chèng mµi mßn tèt, 3) ChÞu nhiÖt cao: nhiÖt ®é l−ìi c¾t > 200 ÷ 300oC, do ®ã dao c¾t cÇn ph¶i cã tÝ nh cøng nãng cao ThÐp lµm dông cô c¾t còng ph¶i cã tÝ nh c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh: thÊm t«i tèt, Cã kh¶ n¨ng chÞu gia c«ng ¸p lùc ë tr¹ng th¸i nãng, cã kh¶ n¨ng chÞu gia c«ng c¾t ë tr¹ng th¸i ñ (HB ≤ 265). b. ThÐp lµm dao cã n¨ng suÊt thÊp §ã lµ lo¹i thÐp lµm dao chØ c¾t ®−îc víi tèc ®é 5 ÷ 10m/min. ThÐp cabon: TCVN: CD70, CD80, CD80Mn, CD90, CD100, CD110, CD120 vµ CD130 Chóng cã c¸c ®Æc tÝ nh nh− sau: P ≤ 0,035, S ≤ 0,030 rÊt thÊp - Sau khi t«i + ram thÊp cã thÓ ®¹t HRC ≥ 60 ®ñ ®Ó c¾t. ChÕ ®é t«i cña c¸c thÐp nh− sau: CD70, CD80: t«i hoµn toµn ë 800 ÷ 820oC, 780 ÷ 800oC, CD90 ÷ CD130: t«i kh«ng hoµn toµn ë 760 ÷ 780oC. Cïng cã ®é cøng HRC 60 ÷ 62, CD100 ÷ CD130 cã nhiÒu XeII d− nªn chèng mµi mßn tèt h¬n. - DÔ biÕn d¹ng nãng, dÔ gia c«ng c¾t vµ rÎ. Nh−îc ®iÓm quan träng: + §é thÊm t«i thÊp (chØ t«i thÊu c¸c tiÕt diÖn trªn d−íi 10mm). Víi c¸c dao lín h¬n, líp t«i máng, sau thêi gian lµm viÖc khi mµi l¹i kh«ng cßn ®ñ ®é cøng nªn ph¶i t«i l¹i, do ®ã kh«ng thuËn tiÖn khi sö dông. + TÝ nh cøng nãng thÊp : kh«ng v−ît qu¸ 200 ÷ 250oC, do ®ã tèc ®é c¾t kh«ng qu¸ 5 m/min. C«ng dông: dao nhá, h× nh d¹ng ®¬n gi¶n víi n¨ng suÊt thÊp hay dông cô cÇm tay:giòa (CD120). ThÐp hîp kim: §ã lµ nhãm thÐp cã thµnh phÇn cacbon cao (~ 1% vµ cao h¬n) vµ ®−îc hîp kim hãa thÊp vµ võa ph¶i víi ®Æc tÝ nh cã ®é thÊm t«i tèt h¬n hay tÝ nh chèng mµi mßn cao. Lo¹i cã tÝ nh thÊm t«i tèt: 1%Cr (cã thÓ thªm 1%Si): 90CrSi (Nga 9XC) C«ng dông: lµm dao nhá h× nh d¹ng phøc t¹p nh− mòi khoan, doa, tar«, bµn ren, l−îc ren, phay.. TÝ nh cøng nãng t−¬ng ®èi kh¸: Si cïng víi Cr t¨ng tÝ nh cøng nãng tíi 300oC, tèc ®é 10 m/min T−¬ng ®èi rÎ, ®−îc dïng t−¬ng ®èi phæ biÕn. Nh−îc ®iÓm mµ ®¸ng kÓ nhÊt lµ dÔ tho¸t cacbon khi nung (do Si) nªn ph¶i chó ý b¶o vÖ khi t«i. ThÐp ®−îc t«i ë 840÷860oC trong dÇu, ram 150÷200oC, ®é cøng 62 ÷ 64HRC.