Tài liệu chương 5 : thép và gang docx

68
Phần III

vật liệu kim loại
Chơng 5
thép và gang

Thép có cơ tí nh tổng hợp cao, có tí nh công nghệ tốt (tạo hì nh, gia công cơ khí ,
biến dạng , hàn, nhiệt luyện) là vật liệu chế tạo máy thông dụng, chủ yếu và quan
trọng nhất.
Theo thành phần hóa học có hai loại thép: cacbon và hợp kim:
5.1. Khái niệm về thép cacbon và thép hợp kim
5.1.1. Thép cacbon
Thép cacbon hay thép thờng: chiếm tỷ trọng rất lớn (tới 80 ữ 90%) trong tổng sản
lợng thép.
a. Thành phần hóa học:
%C < 2,14%, khi nung lên đủ cao



- mạng A1, rất
dẻo biến dạng. Ngoài Fe & C còn có: Mn, Si, P &S
Tạp chất có lợi: Mn, Si, do: quặng sắt, do khử ôxy
Tạp chất có hại: P & S, do quặng sắt và than đa vào < 0,05% cho mỗi nguyên tố.
Vậy thép nào ngoài sắt ra cũng đều có chứa:
C

2,14%, Mn

0,80%, Si

0,40%, P

0,050%, S

0,050%.
Ngoài P và S còn có các t/c có hại: H, N, O, hòa tan vào thép lỏng, là tạp chất ẩn
náu.
Các nguyên tố có lợi (nguyên tố hợp kim): do hồi liệu đa vào: Cr, Ni, Mo, Cu,
Ti,
b.

ảnh hởng của C đến tổ chức, tí nh chất và công dụng của thép thờng
Là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức, tí nh chất (cơ tí nh),
công dụng của thép (cả thép cacbon lẫn thép hợp kim thấp).
Tổ chức tế vi: GĐP Fe-C, %C tăng lên thì %Xê là pha giòn cũng tăng lên tơng
ứng (thêm 1%C thì Xê tăng thêm 15% (100/6,67= 15%)) do đó làm thay đổi tổ
chức và tí nh chất thép.
- C 0,006% - thép có tổ chức thuần F (hì nh 3.19a), coi nh sắt nguyên chất.
- C = 0,10
ữ
0,70% - thép có tổ chức F+P, khi %C tăng lên %P tăng lên (hì nh
3.22a,b,c), đó là các thép trớc cùng tí ch.
- C = 0,80% - thép có tổ chức P (hì nh 3.20a,b), đó là thép cùng tí ch.
- C

0,90% - thép có tổ chức P+Xê
II
(hì nh 3.23), khi %C tăng lên lợng Xê
II

tăng
Cơ tí nh
: Hì nh 5.1










b
, , HB, a
K
%C
HB

b




a
K
0,8
Hì nh 5.1. ả
nh hởng của cacbon
đến cơ tí nh của thép thờng (ở trạng

thái ủ)


69
Tăng %C: làm giảm độ dẻo (, ) và độ dai va đập (a
K
) vì %Xê tăng
Tăng %C thì
b
tăng và đạt cực đại trong khoảng 0,80 ữ 1,00%C, sau đó giảm đi
vì ban đầu %C tăng thì %Xê tăng làm tăng bền, sau khi vợt quá 0,80 ữ 1,00%C
ngoài peclit (tấm) còn Xê
II
Theo %C có 4 nhóm với cơ tí nh và công dụng rất khác nhau nh sau:
- Thép có cacbon thấp ( 0,25%): dẻo, dai cao nhng độ bền, độ cứng lại thấp,
Xây dựng
- Thép có cacbon trung bì nh (0,30
ữ
0,50%): chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va
đập cao.
- Thép có cacbon tơng đối cao (0,55 ữ 0,65%): chi tiết đàn hồi.
- Thép có cacbon cao ( 0,70%): dụng cụ nh dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo.
Tí nh công nghệ:
%C càng thấp càng dễ hàn và dập.
%C càng cao thì thép càng cứng càng khó cắt, nhng %C quá thấp dẻo quá
khó gia công cắt
c.

ảnh hởng của các tạp chất thờng có
Mn: Mn để khử ôxy thép: Mn + FeO Fe + MnO xỉ

Ngoài ra, Mn loại trừ đợc tác hại của S. Mn ảnh hởng tốt đến cơ tí nh, khi hòa
tan vào F nó nâng cao độ bền và độ cứng của pha này (hì nh 5.2a), trong thép C,
%Mn= (0,50 ữ 0,80)%.
Si: để khử ôxy triệt để: Si + FeO

Fe + SiO
2


xỉ
Giống nh Mn, Si hòa tan vào F cũng nâng cao độ bền và độ cứng của pha này
(hì nh 5.2a) nên làm tăng cơ tí nh của thép, %Si = (0,20 ữ 0,40)%.
P: hòa tan vào F làm xô lệch rất mạnh mạng tinh thể pha này làm tăng mạnh tí nh
giòn nguội
S: không hòa tan trong Fe (cả Fe

lẫn Fe

) mà tạo nên hợp chất FeS. Cùng tinh
(Fe+FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (988
o
C), gây bở nóng. Mn do tạo nên MnS,
kết tinh ở nhiệt độ cao, 1620
o
C, làm giảm tác hại của S.
d. Phân loại thép cacbon
Theo độ sạch tạp chất có hại và phơng pháp luyện

Trên thế giới hiện còn ba phơng pháp luyện thép chí nh là lò mactanh, lò điện hồ
quang và lò thổi ôxy từ đỉ nh (lò L-D) (nớc ta chỉ bằng lò điện hồ quang).

Theo mức độ sạch tạp chất từ thấp đến cao có các mức chất lợng sau.
- Chất lợng thờng: P, S
0,050%
(hay cao hơn một chút). Thép đợc luyện từ
lò L-D, năng suất rất cao và giá thành thép rẻ.
- Chất lợng tốt: P, S 0,040% ở lò mactanh và lò điện hồ quang.
- Chất lợng cao: P, S

0,030% cho mỗi nguyên tố. Lò điện hồ quang dùng
nguyên liệu chất lợng cao.
- Chất lợng rất cao:
P, S

0,020% cho mỗi nguyên tố. Thép sau khi luyện ở lò
hồ quang đợc tinh luyện tiếp tục: bằng điện xỉ , đúc chân không.
Các thép cacbon bán trên thị trờng gồm ba cấp chất lợng: thờng, tốt và cao (í t
gặp). Thép hợp kim chỉ có các cấp: tốt, cao và rất cao. Trong xây dựng chỉ dùng
chất lợng thờng, Chế tạo máy phải dùng chất lợng từ tốt trở lên, riêng thép làm
ổ lăn phải đạt cấp chất lợng rất cao.

70
Theo phơng pháp khử ôxy:
Thép sôi: chỉ đợc khử ôxy không triệt để bằng FeMn, do còn FeO nên:
FeO + C

Fe + CO

, khí CO làm thép sôi
Đặc điểm của thép sôi:

- %Si thấp ( 0,05 ữ 0,07%), thép rất mềm và dẻo, rất dễ dập nguội,
- không dùng thép sôi để đúc định hì nh, cho kết cấu hàn, sinh bọt khí làm giảm
chất lợng.
- không dùng thép sôi để làm chi tiết thấm cacbon vì là thép bản chất hạt lớn.
Thép lặng: là loại đợc khử ôxy triệt để bằng cả FeMn và FeSi và Al, nên mặt thép
lặng.
Đặc điểm của thép lặng:

- %Si khá cao (0,15
ữ
0,35%), vì thế F của thép cứng và bền hơn, khó dập nguội
hơn
- không bị rỗ khí khi đúc, tuy nhiên lõm co lớn không kinh tế
- Dùng đợc cho các kết cấu hàn, thấm C
Thép nửa lặng: chỉ đợc khử ôxy bằng FeMn, Al. Tí nh chất trung gian giữa thép
sôi và lặng. Dùng thay thế cho thép sôi. Thép hợp kim chỉ có loại thép lặng, thép
cacbon có cả ba loại.
Theo công dụng

Thép kết cấu: khối lợng lớn nhất, gồm 2 nhóm: thép xây dựng và thép chế tạo
máy.
- Thép xây dựng:
cơ tí nh tổng không cao lắm, phải dẻo và có tí nh hàn tốt, không
nhiệt luyện.
- Thép chế tạo máy: đòi hỏi cơ tí nh tổng hợp ở mức độ cao hơn, phải qua nhiệt
luyện.
Thép dụng cụ: cứng và chống mài mòn.
e. Tiêu chuẩn thép cacbon
Tiêu chuẩn Việt Nam:

TCVN 1765 - 75: Thép đợc ký hiệu bằng CT : gồm 3 phân nhóm A, B và C, A là
chủ yếu.
Phân nhóm A: CTxx, bỏ cữ A. Ví dụ CT38, CT38n, CT38s là ba mác cùng có ơ
b
38kG/mm
2
hay 380MPa song với ba mức khử ôxy khác nhau: lặng, nửa lặng và
sôi
Phân nhóm B:
quy định thành phần (tra sổ tay): BCT38:(0,14-0,22)C-(0,3-
0,65)Mn
Phân nhóm C: quy định cả hai: cơ tí nh lẫn thành phần hóa học, ví dụ: mác
CCT38 có cơ tí nh của CT38 còn thành phần của BCT38.
TCVN 1766-75: quy định các mác thép kết cấu cacbon chất lợng tốt để chế tạo
máy:- Cxx. Ví dụ: C40 là mác có khoảng 0,40%C (0,38
ữ
0,45%), chất lợng tốt
nên lợng P và S 0,040%, C40A, là mác có chất lợng cao P, S 0,030%.
TCVN 1822-76:
thép dụng cụ cacbon bằng CD (C là cacbon, D là dụng cụ) với số
tiếp theo chỉ lợng cacbon trung bì nh tí nh theo phần vạn - CDxx hoặc CDxxx. Ví
dụ, CD80 và CD80A là hai mác cùng có khoảng 0,80%C (0,75
ữ
0,84%) song với
chất lợng tốt và cao.

71
Tiêu chuẩn các nớc:
Nga :

OCT
Thép kết cacbon chất lợng thờng dùng trong xây dựng: CTx với các số từ 0, 1
đến 6 chỉ cấp độ bền (số càng to độ bền càng cao). Cũng có các phân nhóm theo
thứ tự A, , B lần lợt tơng ứng với các phân nhóm A, B, C của TCVN.
Thép kết cấu cacbon chất lợng tốt: xx, các số chỉ phần vạn C, mác 40 có
khoảng 0,40%C
Thép cacbon dụng cụ:
xx,các số chỉ lợng C phần nghì n: 12 có khoảng
1,20%C.
Hoa Kỳ:
sử dụng nhiều tiêu chuẩn cho thép cacbon. ASTM đợc dùng cho thép
xây dựng. AISI và SAE cho các thép chế tạo máy và dụng cụ:
AISI/SAE: thép C ký hiệu 10xx, thép C có Mn cao là 15xx, trong đó xx chỉ C phần
vạn
Nhật bản:
JIS quy định:
Thép kết cấu chất lợng thờng: ký hiệu SSxxx hay SMxxx, xxx là các số chỉ
giới hạn bền kéo tối thiểu tí nh bằng MPa
Thép kết cấu cacbon chất lợng tốt:
ký hiệu SxxC, xx là số chỉ lợng cacbon
phần vạn
Thép cacbon dụng cụ: ký hiệu SKx với x là các số thứ tự từ 1 đến 7.
f.

u nhợc điểm của thép cacbon
u điểm: dùng rất rộng rãi vì ba u điểm sau:
1) Rẻ, dễ kiếm không phải dùng các nguyên tố hợp kim đắt tiền
2) Cơ tí nh tổng hợp nhất định phù hợp với các điều kiện thông dụng
3) Tí nh công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt (so với thép
hợp kim).

Nhợc điểm: điển hì nh là:
1) Độ thấm tôi thấp nên hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện tôi + ram không cao
2) Tí nh chịu nhiệt độ cao kém: khi nung nóng độ bền cao của trạng thái tôi giảm
nhanh ở trên 200
o
C, ở trên 570
o
C bị ôxy hóa mạnh.
3) Không có các tí nh chất vật lý hóa học đặc biệt nh: cứng nóng, chống ăn mòn.
Thép cacbon đợc dùng làm các chi tiết nhỏ, hì nh dạng đơn giản, chịu tải
trọng nhẹ và vừa, làm việc ở nhiệt độ thờng.
5.1.2. Thép hợp kim
Trong kỹ thuật dùng ngày càng nhiều thép hợp kim vào các mục đí ch quan
trọng.
a.

Thành phần hóa học
Thép cacbon: C

2,14%, Mn

0,80%, Si

0,40%, P

0,050%, S

0,050%
còn lại là thép hợp kim. Thép hợp kim là loại có chất lợng từ tốt trở lên: P và S

0,040%.
b. Các đặc tí nh của thép hợp kim
Cơ tí nh: độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon, nhất là sau khi tôi + ram, hệ
quả:
-
ở
trạng thái không tôi + ram, độ bền của thép hợp kim không cao hơn thép
cacbon bao nhiêu.

72
- u việt về độ bền cao của thép hợp kim càng rõ khi tiết diện > 20mm

dùng
cho chi tiết lớn
- Có thể tôi dầu nên í t biến dạng và nứt, rất u việt cho cho chi tiết phức tạp.
- Tăng % hợp kim thì hiệu quả hoá bền bằng nhiệt luyện tăng song độ dẻo, độ dai
và tí nh công nghệ xấu đi, trừ nhiệt luyện.
Tí nh chất vật lý, hóa học đặc biệt:
chống ăn mòn, tí nh chất từ, giãn nở nhiệt, chịu
nhiệt hơn
c. Tác dụng của nguyên tố hợp kim đến tổ chức của thép
Hòa tan vào sắt thành dung dịch rắn:
Mn, Si, Cr, Ni. lợng dùng 1 vài %, tăng độ
cứng, độ bền và giảm độ dẻo, độ dai (hì nh 5.2) do đó Mn và Si 1 ữ 2%.
Ni và Cr (cho tới hàm lợng 4%): vừa làm tăng cứng còn làm tăng chút í t độ dai,
tăng độ thấm tôi là các nguyên tố quan trọng.
Với lợng nhiều (>10%) Cr, Ni, Mn: Hì nh 5.3 cho thấy Mn, Ni mở rộng vùng
(thu hẹp khu vực

), 10
ữ
20% tổ chức

tồn tại cả ở nhiệt độ thờng. Cr thu hẹp
khu vực , > 20% tổ chức F tồn tại cả ở nhiệt độ cao cho tới khi chảy lỏng. Thép
này cũng không có chuyển biến pha, không thể hóa bền bằng tôi và đợc gọi là
thép F.










Hì nh 5.2. ảnh hởng của nguyên tố hợp kim đến độ cứng (a) và độ dai va đập (b)
Tạo thành cacbit

Các nguyên tố Si, Ni, Al, Cu, Co không tạo cacbit
Các nguyên tố tạo cacbit gồm: Mn, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb có 2 tác dụng: hòa tan
và tạo cacbit.
Khả năng tạo cacbit phụ thuộc vào số điện tử của phân lớp nd (3d, 4d, 5d), càng í t
thì khả năng tạo cacbit càng mạnh:
Fe (3d
6
), Mn (3d
5

), Cr (3d
5
), Mo (4d
5
), W (5d
4
), V (3d
3
), Ti (3d
2
), Zr (4d
2
), (Nb (4d
4
))
Mn và Cr: tạo thành cacbit trung bì nh, Mo và W: tạo thành khá mạnh,
V: tạo thành cacbit mạnh, và Ti, Zr, Nb: tạo thành cacbit rất mạnh, (Nd ngoại
lệ tạo cacbit mạnh hơn).
Khi đa vào thép các nguyên tố này, cacbon sẽ u tiên kết hợp với các nguyên tố
mạnh trớc.
- Xêmentit hợp kim (Fe, Me)
3
C:
Mn, Mo, W (1
ữ
2%) tạo (Fe, Me)
3
C. Xêmentit
hợp kim có tí nh ổn định cao hơn xêmentit chút í t, nhiệt độ tôi có tăng đôi chút.
- Cacbit với kiểu mạng phức tạp: Khi hợp kim chỉ với một nguyên tố hợp kim

song với lợng lớn > 10% Cr hoặc Mn (có d
C
/ d
Me
> 0,59) tạo: Cr
7
C
3
, C
23
C
6
, Mn
3
C,
đặc tí nh:
180
HB
140
100
Mn
Si
Ni
Cr
2
4
6
% n
g
/tố hk

3000
a
K
Mn
Si
Ni
Cr
2
4
6
% n
g
/tố hk
2000
1000

73
+ có độ cứng cao (hơn xêmentit một chút),
+ có nhiệt độ chảy không cao lắm, trong khoảng 1550 ữ 1850
o
C (cao hơn
xêmentit), nên có tí nh ổn định cao hơn. Nhiệt độ tôi của thép phải cao hơn
1000
o
C.

a) b)
Hì nh 5.3. ảnh hởng của Mn (a) và Cr (b) đến các vùng

và

trên giản đồ Fe-C.
- Cacbit kiểu Me
6
C: Nguyên tố: Cr, W, Mo, cacbit loại Me
6
C. Loại cacbit này còn
khó hòa tan vào austenit hơn và ổn định hơn loại trên. Nhiệt độ tôi của thép trong
khoảng 1200 ữ 1300
o

- Cacbit với kiểu mạng đơn giản MeC (Me
2
C): V, Ti, Zr, Nb lợng í t (0,1%), tạo
cacbit nh VC, TiC, ZrC, NbC, chúng chí nh là pha xen kẽ rất cứng nhng í t giòn,
tăng mạnh tí nh chịu mài mòn. Mỗi nhóm thép thờng chỉ gặp 1 ữ 2 loại cacbit kể
trên, cụ thể là:
+ xêmentit hợp kim trong thép kết cấu,
+ cacbit với kiểu mạng phức tạp trong thép không gỉ và bền nóng (nhóm thép đặc
biệt),
+ cacbit kiểu Me
6

C trong thép gió (thuộc thép dụng cụ), MeC, trong các nhóm
thép khác nhau.
Vai trò của cacbit hợp kim

- Tăng độ cứng, tí nh chống mài mòn của thép mạnh hơn cả Xê. Nh sau này sẽ
thấy thép làm dụng cụ tốt nhất phải là loại thép có cacbon cao và hợp kim cao
- Nâng cao nhiệt độ tôi, giữ đợc hạt nhỏ khi nung, do đó nâng cao độ dai và cơ
tí nh nói chung
- Tăng tí nh cứng hay bền nóng đôi khi tới 500
ữ
600
o
C.
d. ảnh hởng của nguyên tố hợp kim đến quá trì nh nhiệt luyện
Chậm chuyển biến khi nung nóng để tôi

- cacbit hợp kim khó khó hòa tan hơn Xê, đòi hỏi nhiệt độ tôi cao hơn và thời gian
giữ nhiệt dài hơn so với thép cacbon. Hãy so sánh các thép cùng có 1,00%C
nhng với lợng hợp kim cao thấp khác nhau:+ thép cacbon 1,00%C (mác
CD100), Fe
3
C, nhiệt độ tôi khoảng 780
o
C
+ thép ổ lăn (OL100Cr1,5 (X15) 1,00%C + 1,50%Cr, (Fe,Cr)
3
C, nhiệt độ tôi
khoảng 830
o
C,

+ thép làm khuôn dập (hợp kim cao) 1,00%C + 12,0%Cr, Cr
23
C
6
, nhiệt độ tôi >
1000
o
C.
600
800
1000
1200
T,
o
C
0,4 0,8
1,2
%C
0%Mn
4%Mn
8%Mn
600
800
1000
1200
T,
o
C
0,4 0,8
1,2

%C
0%Cr
10%Cr
15%Cr





74
- TiC, ZrC, NbC, giữ hạt nhỏ. WC, MoC yếu hơn. Riêng Mn làm to hạt
austenit. Các nguyên tố: Cr, Ni, Si, Al đợc coi là trung tí nh.
Tăng độ ổn định của austenit quá nguội và tăng độ thấm tôi:

Tất cả các nguyên tố hợp kim (trừ Co) làm tăng độ ổn định quá nguội tức là giảm
tốc độ tôi tới hạn V
t.h
(hì nh 5.4a). Đặc biệt Mo (khi riêng rẽ) và Cr - Ni (khi kết hợp)
và Cr, Mn, B. Do đó làm tăng độ thấm tôi của thép (hì nh 5.4).










Hì nh 5.4. So sánh giản đồ T - T - T,

V
th
(a) và độ thấm tôi (b) giữa thép cacbon và thép hợp kim
Tăng austenit d:
Cứ 1% nguyên tố hợp kim làm thay đổi M
đ
nh sau: (- giảm,
+ tăng):
Nguyên tố Mn Cr Ni Mo Co Al Si
T, độ
-45 -35 -26 -25 +12 +18 0
Do d tăng làm độ cứng sau khi tôi giảm 1 ữ 10 đơn vị HRC, gia công lạnh
hay ram nhiều lần ở nhiệt độ thí ch hợp để

d

M
e. Chậm chuyển biến khi ram
Đặc biệt W, Mo, Cr có ái lực mạnh nên giữ C lại trong M, do đó duy trì độ cứng
cao ở nhiệt độ cao hơn:
- xêmentit Fe
3
C ở 200
o
C,
- xêmentit hợp kim (Fe,Me)
3
C ở 250 ữ 300
o
C,

- cacbit crôm Cr
7
C
3
, Cr
23
C
6
ở 400 ữ 450
o
C,
- cacbit Fe
3
W
3
C loại Me
6
C ở 550 ữ 600
o
C,
VC, TiC, ZrC, NbC không hòa tan khi nung nóng nên không tiết ra do đó dẫn
đến các hiệu ứng sau.
- Nâng cao tí nh chịu nhiệt độ cao, tí nh bền nóng, tí nh cứng nóng.
- Tăng độ cứng và tí nh chống mài mòn, đợc gọi là hóa cứng phân tán.
- So với thép C, thép hợp kim phải ram ở nhiệt độ cao hơn nên khử bỏ đợc
ứng suất bên trong nhiều hơn vì thế thép có thể bảo đảm độ dai tốt.
Tóm tắt các tác dụng tốt của nguyên tố hợp kim là:
+ khi hòa tan vào dung dịch rắn: làm hóa bền và tăng tí nh ổn định của quá
nguội
+ khi tạo thành cacbit hợp kim:

tăng cứng và chống mài mòn, khó hòa tan khi nung giữ cho hạt nhỏ,

khó tiết ra khỏi M hơn nên gây nên bền nóng và cứng nóng,
khi ram đợc tiết ra dới dạng phần tử nhỏ mịn, phân tán gây hóa bền.
Vnguội



1

2
V
th2
V
th1

2
thép cacbon
thé
p
h
ợp
kim
M
đ1
M
đ2
V
th1
V

th2
nhiệt độ

thời gian

75
f. Các khuyết tật của thép hợp kim
Tuy có nhiều u việt, thép hợp kim đôi khi cũng thể hiện một số khuyết tật
cần biết để phòng tránh.
Thiên tí ch
: Nguyên tố hợp kim dễ bị thiên tí ch
Đốm trắng
: Các vết nứt nhỏ màu trắng trên phôi thép sau cán do H
2
hòa tan khi
nấu luyện, khi làm nguội nhanh xuống dới 200
o
C, hyđrô thoát ra mạnh, gây ra
nứt gây phế phẩm không chữa đợc, thép hợp kim Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-W khi
cán nóng (sau đúc các rỗ co phân tán là túi chứa hyđrô). Ngăn ngừa hoà tan H
2

khi nấu luyện và làm nguội thật chậm sau khi cán để hyđrô kịp thoát ra.
Giòn ram:

2 cực tiểu về độ dai ở hai khoảng nhiệt độ ram (hì nh 5.5), ta gọi đó là giòn
ram. Nguyên nhân giòn ram vẫn cha đợc xác định rõ ràng.
Giòn ram loại I:
(không thuận nghịch,
không chữa đợc), khi ram 280 ữ 350

o
C
(mỗi mác có một khoảng hẹp hơn trong
phạm vi này), tránh ram ở khoảng nhiệt
độ này.
Giòn ram loại II:
(thuận nghịch hay có
thể chữa đợc). Thép hợp kim Cr, Mn,
Cr - Ni, Cr - Mn, ram ở 500
ữ
600
o
C, rồi
làm nguội trong không khí . Nếu sau khi
ram làm nguội nhanh trong dầu hay
nớc thì không bị giòn ram, các chi tiết
lớn (vì nguội chậm) phải hợp kim hóa
0,20 ữ 0,50%Mo hay 0,50 ữ 1,00%W
mới hết giòn ram.

Hì nh 5.5. ảnh hởng của nhiệt độ ram
đến độ dai va đập
g.

Phân loại thép hợp kim
Theo tổ chức cân bằng
tổ chức ở trạng thái ủ:
- thép trớc cùng tí ch: P+F,
- thép cùng tí ch: P,
- thép sau cùng tí ch: P + Xê
II
,
- thép lêđêburit (cacbit): P+Xê
II
+ Lê
Thép hợp kim cao (Cr, Mn hay Cr - Ni) sẽ có:
- thép ferit: (Cr> 17%, rất í t cacbon),- thép : Mn>13%, cacbon cao và loại
Cr>18%+Ni> 8%).
Theo tổ chức thờng hóa
: mẫu nhỏ 25, tuỳ theo lợng nguyên tố hợp kim (hì nh
5.6):





a) b) c)
Hì nh 5.6.
Tổ chức sau khi thờng hóa của các thép với
lợng hợp kim tăng dần: a. peclit, b. mactenxit, c. austenit.

nguội nhanh
a
K
thép cacbon
thép
hợp kim
nguội chậm

300
600
T,
o
C
thời
g
ian
nhiệt độ
M
đ
thời
g
ian
nhiệt độ
M
đ
0
o
C
0
o

C
thời gian
nhiệt độ
M
đ
0
o
C

76
- Thép peclit: loại hợp kim thấp, hoặc thép, xoocbit, trôxtit; phần lớn thép thuộc
loại này,
Theo nguyên tố hợp kim:

Dựa vào tên nguyên tố hợp kim chí nh:
- Thép Cr, Mn, là các thép hợp kim (hóa) đơn giản.
- Thép có hai hay nhiều nguyên tố hợp kim nh Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, là các thép
hợp kim (hóa) phức tạp.
Theo tổng lợng nguyên tố hợp kim:

- Thép hợp kim thấp: loại có tổng lợng < 2,5% (thờng là thép peclit).
- Thép hợp kim trung bì nh: từ 2,5 đến 10% (thờng là thép họ từ peclit đến
mactenxit).
- Thép hợp kim cao: loại có tổng lợng >10% (thờng là họ mactenxit hay
austenit)
Cách phân loại này có nguồn gốc của Nga (

OCT).
Trung Quốc: < 5% hợp kim thấp, 5-10% là HK hoá trung bì nh, > 10% hợp kim cao.
Các nớc Tây Âu chỉ có hai loại:

5% là HK hoá thấp, >5 là HK hoá cao
Theo công dụng:

3 loại: - thép hợp kim kết cấu,- thép hợp kim dụng cụ và- thép hợp kim đặc
biệt,
h. Tiêu chuẩn thép hợp kim
Tiêu chuẩn Việt Nam
: TCVN 1759 - 75 quy định: xx(NTHK)%
quy tròn thành số nguyên), riêng khoảng 1% thì không cần biểu thị (bằng số).
Ví dụ:
thép 40Cr: có 0,36 ữ 0,44%C, 0,80 ữ 1,00%Cr
thép 12CrNi3: có 0,09 ữ 0,16%C, 0,60 ữ 0,90%Cr, 2,75 ữ 3,75%Ni
Tiêu chuẩn Nga
:

OCT: (tơng tự với cách ký hiệu của Việt nam), ký hiệu các
nguyên tố:
X =Cr, H =Ni, B =W, M=Mo, T=Ti, K=Co,

=Mn, C=Si,

=V, =Cu, =Al, P=B,
40Cr là 40X, 12CrNi3 là 12XH3, 140CrW5 hay CrW5 là XB5, nhng 90CrSi là
9XC.
Tiêu chuẩn Hoa Kỳ:
AISI và SAE
Đối với thép dụng cụ: AISI ký hiệu gồm một chữ cái chỉ nhóm thép và số thứ tự.
Sau đây các chữ cái (thờng lấy theo chữ cái đầu tiên chỉ nhóm thép) đó:
W- cho thép tôi nớc (water),

S- cho thép dụng cụ chịu va đập (shock),
T- cho thép gió vonfram (tungsten),
H- cho thép làm dụng cụ biến dạng nóng (hot),
D- thép làm dụng cụ biến dạng nguội (cold),
M- cho thép gió môlipđen - vonfram,
O- cho thép tôi dầu (oil),
A- cho thép làm dụng cụ biến dạng nguội, tự tôi, trong không khí (air),

Đối với thép hợp kim kết cấu:
gồm 4 số xxxx nên đợc viết là AISI/SAE xxxx, trong
đó, 2 số đầu chỉ nguyên tố hợp kim chí nh, 2 số cuối chỉ lợng cacbon theo phần
vạn, với quy ớc:

77
thép cacbon: 10xx
thép cacbon có Mn nâng cao: 5xx
thép dễ cắt (2 loại): 11xx,12xx
thép mangan: 13xx
thép niken (2 loại): 23xx, 25xx
thép niken-crôm (4) : 31xx, 32xx,
33xx, 34xx
thép môlipđen (2 loại): 40xx, 44xx
thép crôm-môlipđen: 41xx
thép crôm-vanađi: 61xx
thép niken-crôm-môlipđen (11 loại):
43xx, 43BVxx, 47xx, 81xx, 86xx, 87xx,
88xx 93xx, 94xx, 97xx, 98xx
thép niken-môlipđen (2 loại): 46xx, 48xx
thép crôm (2 loại): 50xx, 51xx
thép crôm với 0,50 ữ 1,50%C (3loại):

501xx, 511xx, 521xx
thép vonfram-crôm: 72xx
thép silic-mangan: 92xx
thép bo: xxBxx
Đối với thép không gỉ và bền nóng: AISI ký hiệu gồm ba số xxx, trong đó: 2xx
và 3xx là thép austenit, 4xx là thép ferit, 4xx và 5xx là thép mactenxit.
Tiêu chuẩn Nhật Bản
: JIS ký hiệu thép hợp kim mở đầu bằng chữ S, tiếp theo là
các chữ cái biểu thị loại thép hợp kim và cuối cùng là ba số xxx (trong đó hai số
cuối chỉ phần vạn cacbon trung bì nh) hay một hoặc hai số theo thứ tự:
SCrxxx - thép kết cấu crôm, SNCxxx - thép kết cấu niken - crôm,
SMnxxx - thép mangan, SCMxxx - thép kết cấu crôm - môlipđen,
SACMxxx - thép nhôm - crôm - môlipđen,
SNCMxxx - thép kết cấu niken - crôm - môlipđen,
SUJx - thép ổ lăn, SUMx - thép dễ cắt,
SUPx - thép đàn hồi, SUSxxx - thép không gỉ (xxx lấy theo AISI),
SUHx - thép bền nóng, SKx - thép dụng cụ cacbon,
SKHx - thép gió, SKSx, SKDx, SKTx - thép dụng cụ hợp kim.
5.2.

Thép xây dựng

5.2.1. Đặc điểm chung - phân loại
a.

Đặc điểm chung
yêu cầu kỹ thuật sau:
Về cơ tí nh
: đủ độ bền, độ dẻo ( ~ 15 ữ 35%), độ dai (a
K

~ 500

kJ/m
2
),
Về tí nh công nghệ: tí nh hàn tốt, dễ uốn, dễ cắt
Về thành phần hóa học: để bảo đảm độ dẻo, độ dai và tí nh hàn tốt thì hàm
lợng cacbon không đợc cao quá: C 0,22%. Các nguyên tố khác chuyển thành
cacbon đơng lợng C
đ.l
tí nh theo công thức:
15
CuNi
5
VMoCr
6
Mn
CC
dl
+
+
++
++=

để dễ hàn, C
đl
không đợc vợt quá 0,55%.
b. Phân loại
Theo thành phần hóa học hay độ bền: cacbon thông dụng và thép hợp kim thấp
độ bền cao.

Theo công dụng có thể chia ra các phân nhóm: thép công dụng chung và thép
công dụng riêng (cốt bêtông, chuyên đóng tàu, làm cầu,).
5.2.2.

Thép thông dụng
a. Đặc điểm chung (thép cacbon)
Đặc điểm: độ bền bì nh thờng (

0,2
< 300
ữ
320MPa), rẻ, đa dạng các bán
thành phẩm cán nóng (ống, thanh, góc, hì nh, lá, tấm, băng cho đến dây, sợi ).
b. phân loại theo TCVN

78
Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 1765-75, chia thép xây dựng thành 3 nhóm
ACT (CT), BCT và CCT.
Nhóm A quy định về cơ tí nh
: phổ biến nhất
Mác thép CT31 CT33(s,n) CT34(s,n) CT38(n,s) CT42(s,n) CT51(n) CT52(n) CT61(n)

b
,kG/mm
2
>31 31-42 33-44 37-49 41-54 51-64 46-60 > 61
Từ trái sang phải độ bền tăng. Hai mác đợc dùng nhiều hơn cả là CT38 và CT51.
CT38 đợc dùng rất phổ biến cho kết cấu không đòi hỏi độ bền cao, có tí nh
hàn tốt: cột, tháp, xà ngang, ống, dây, lá để lợp, tấm để che, đỡ
CT51 đợc dùng cho các kết cấu chịu lực cao hơn, tí nh hàn kém hơn: lỡi

cày, bánh lồng, dụng cụ bằng tay để gia công gỗ,.
Mác thép sôi (s) cơ tí nh thấp hơn thép nửa lặng (n) và thép lặng
Nhóm B quy định về thành phần:

Mác thép BCT31 BCT33(s,n) BCT34(s,n) BCT38(n,s) BCT42(s,n) BCT51(n) BCT61(n) BCT61(n)
%C <0,23 0,05-0,12 0,09-0,15 0,14-0,22 0,18-0,27 0,28-0,37 0,38-0,49 0,38-0,61
%Mn - 0,25-0,5 0,25-0,5 0,3-0,65 0,4-0,7 0,5-0,8 0,5-0,8 0,5-0,8
Từ trái sang phải hàm lợng C và Mn tăng
Phân nhóm C (thứ ba): quy định cả cơ tí nh và thành phần
Chất lợng cao hơn các nhóm B và C nhng cha đạt đợc chất lợng tốt.
Chúng tuy í t đợc dùng hơn song cần thiết trong những trờng hợp quan trọng hơn
đôi chút nh khi phải bảo đảm tí nh hàn hay qua biến dạng nóng bộ phận (do biết
đợc thành phần).
c. Tiêu chuẩn các nớc
Nhật bản: JIS G3101 : SS330, SS400, SS490 và SS540 số chỉ

b
min MPa.
JIS 3106: SM400, SM490, SM520, SM570 thép chuyên để hàn, số chỉ
b
min,
MPa.
Châu âu: EN : Fe 360B, Fe 430C, Fe 510D1 Fe với số tiếp theo chỉ
b
min, MPa,
5.2.3. Thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA (High Strength Low Alloy steel)
a. Đặc điểm chung
Cơ tí nh: cao hơn (ơ
0,2
> 300

ữ
320MPa)
Hợp kim: í t làm hại tí nh hàn nh Mn, Si,Cr,Cu (Ni,B,N), V,Nb tạo hạt nhỏ, 0,20
ữ 0,30%Cu bền ăn mòn khí quyển. Tổng lợng nguyên tố hợp kim 2,0ữ2,5%,
tổng lợng Cu+Ni+V+Mo ~ 1,00% (Mn có thể tới 1,00% vì rẻ). Sử dụng thép HSLA
thay thế cho thép thông dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Nhợc điểm của HSLA: tí nh hàn kém hơn, dễ bị phá hủy giòn ở nhiệt độ thấp.
b. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3104-79: đã nêu trên 14Mn, 09Mn2,
c. Tiêu chuẩn các nớc Nga:

OCT : 14Mn là 14, 15CrSiNiCu là 15XCH. đã
nêu trên
Nga đã dùng nhiều thép HSLA làm đờng ống, cầu.
Nhật bản, theo JIS G3129: quy định loạt mác SH 590P (dạng tấm), SP 590S
(góc)
. JIS G3114 quy định hai mác SPA - H (tấm cán nóng) và SPA - C (tấm cán
nguội) cho thép có tí nh chống ăn mòn tốt trong khí quyển, có
0,2
315 và
345MPa.

79
5.2.4. Thép làm cốt bêtông
Thép làm cốt bêtông là loại chuyên dùng làm cốt cho bêtông làm tăng khả
năng chịu kéo, uốn và tải trọng động cho cấu kiện, rất thờng gặp hàng ngày.
TCVN 1651-85: thép làm cốt bêtông gồm 4 cấp: C I, C II, C III và C IV:
Cấp C I là cấp chịu lực thấp nhất dùng thép tròn trơn với mác CT38,
Cấp C II dùng thép có đốt với mác CT51,
Các cấp C III, C IV, gồm các mác HSLA: 35MnSi, 18Mn2Si, 25Mn2Si,
20CrMn2Zr

Hoa Kỳ theo ASTM: HSLA
Loại tròn trơn:

b


485MPa,

0,2


385MPa.
Loại có đốt :
b
550MPa,
0,2
485MPa. cao hơn cấp CI và CII của TCVN.
Nhật bản theo JIS 3112: có hai mác thép tròn trơn: SR235 và SR295, bốn mác
thép có đốt: SD295, SD345, SD390, SD490; trong đó số chỉ
0,2
tối thiểu theo
MPa
.
5.2.5.

Các thép khác

Dây thép: thép nhiều cacbon (0,8-1%C) hoặc thép C không cao lắm nhng biến
dạng lớn.
Đờng ray cho xe lửa: 60Mn

5.3.

Thép chế tạo máy
5.3.1. Các yêu cầu chung
a.

Cơ tí nh :
Độ bền cao (giới hạn chảy), độ dai va đập lớn, chịu mài mòn, giới hạn
mỏi cao.
b. Tí nh công nghệ: Dễ biến dạng nóng (rèn), dễ cắt gọt, có thể nhiệt luyện để
tăng bền.
c. Tí nh kinh tế
d.

Thành phần hóa học :
C và nguyên tố hợp kim

Thành phần hợp kim và thép hợp kim

Nguyên tố hợp kim chí nh: Cr, Mn, Si và Ni (B), HK phụ: Ti,Zr,V,Nb,Mo.
Hợp kim hóa phức tạp tốt hơn hợp kim hóa đơn giản.
5.3.2.

Thép thấm cacbon
a. Đặc điểm các loại thép thấm cacbon và tác dụng của các nguyên tố
%C thấp: 0,10
ữ
0,25% (0,30%) để chịu tải trọng tĩnh và va đập cao + bề mặt
bị mài mòn mạnh nh bánh răng, cam, chốt
Thép cacbon: chỉ dùng thép lặng: C10, C15, C20, C25. áp dụng cho ct d < 10

ữ
20,
hì nh dạng đơn giản, chỉ chịu mài mòn thấp. Nhiệt độ thấm thấp < 900-920, thời
gian thấm dài, sau khi thấm thờng hoá và tôi+ram thấp. không tôi trực tiếp
Thép hợp kim: d > 30ữ50, hì nh dạng phức tạp và chịu mài mòn cao. Hợp kim: Cr
riêng hoặc kết hợp với Ni, Mn, Ti có 2 tác dụng: tăng cơ tí nh (thấm tôi, hạt nhỏ),
không cản trở quá trì nh thấm cacbon. Không dùng Si vì cản trở thấm cacbon,
không dùng riêng Mn làm hạt thô.
Các mác thép thờng dùng: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV
u việt của thép hợp kim so với thép cacbon:

- độ bền cao do độ thấm tôi cao, tiết diện chi tiết lớn hơn

80
- chống mài mòn cao nhờ sau khi thấm cacbon tạo nên các cacbit hợp kim, cứng
nóng >200
o
C
- tôi trong dầu nên í t diến dạng, dùng đợc cho các chi tiết có hì nh dạng phức tạp
- nhiệt độ thấm cao hơn, do đó rút ngắn đợc thời gian thấm.
c. Thép hợp kim Cr: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV
Dùng cho chi tiết nhỏ (d=20-40), nhiệt độ thấm 900-920, do tạo cacbit Cr dễ quá
bão hoà C
d. Thép Cr-Ni và Cr-Ni-Mo:
- độ thấm tôi lớn , bền và dai cao
- áp dụng: cho các chi tiết quan trọng, cần độ tin cậy cao nh trong ôtô, máy
bay Gồm 2 loại:
Thép Cr-Ni thấp: độ thấm tôi khá cao, tôi trong dầu, không kinh tế nên các nớc
phơng Tây không dùng. 20CrNi (20XH), cho các chi tiết hì nh dạng phức tạp với d
~ (50 ữ 75

mm
), chịu tải trọng va đập cao nh các bánh răng ôtô tải nhẹ và du lịch
Thép Cr-Ni cao: %Ni= 2% đến 4%, %Cr~ 1%, tỷ lệ Ni / Cr = 3 hay 4. Độ thấm tôi
rất cao, tôi thấu đợc tiết diện bất kỳ (100). Tôi trong dầu, với tiết diện nhỏ có thể
áp dụng tôi phân cấp, nhờ đó giảm mạnh độ biến dạng. áp dụng cho chi tiết quan
trọng: chịu tải trọng nặng, chịu mài mòn mạnh, hì nh dạng lớn và phức tạp, yêu cầu
độ tin cậy cao nh các chi tiết trong máy bay, ôtô mà các h hỏng có thể gây tai
họa cho ngời. Các mác thép Cr-Ni dùng để thấm cacbon là: VN: 12CrNi3A,
20Cr2Ni4A, Nga : 12XH3A và 20X2H4A, JIS: SNC415 và SNC815.
cơ tí nh tổng hợp cao tới

b
= 1000
ữ
1200MPa, a
K
= 900
ữ
1000kJ/m
2
.
- rất đắt (theo số liệu của Nga đắt gấp ba thép cacbon),
- tí nh gia công cắt kém do thép quá dẻo (do cacbon thấp, niken cao), phoi không
gãy vụn,
- phải áp dụng quy trì nh công nghệ khá phức tạp:
Trớc khi gia công cắt thép phải qua thờng hóa (tôi )
Sau khi thấm C, bề mặt có %C cao và Ni khá cao làm hạ thấp điểm M
đ
lúc đó
đem tôi lợng d (50 ữ 60%) cao, độ cứng thấp (45 ữ 55HRC), không đủ chống

mài mòn. Sau khi thấm phải thờng hóa trực tiếp (tôi) rồi ram cao ở 600
ữ
650
o
C-
2 đến 6h, để tạo xoocbit và tiết cacbit làm d/dịch rắn nghèo bớt hợp kim đi. Sau đó
nung tôi lại: với

nghèo hợp kim (nâng cao điểm M
đ
) và cacbit phân tán nên
tôi+ram thấp sẽ nhận đợc M+cacbit phân tán và í t d nên độ cứng cao
(HRC>60) và chịu mài mòn tốt.
Thép Cr-Ni-Mo: có thêm 0,10
ữ
0,40%Mo độ thấm tôi tăng (không có tác dụng
chống giòn ram vì chỉ phải ram thấp), chúng đợc coi là thép thấm cacbon tốt
nhất, đợc dùng vào các mục đí ch quan trọng nhất và cho tiết diện lớn nhất. Các
mác thép Cr-Ni-Mo để thấm cacbon thờng dùng:
TCVN: 20CrNi2Mo, 20Cr2Ni4MoA (

OCT: 20XH2M, 18X2H4MA)
Hoa kỳ SAE/AISI: 4320, 8615, Nhật JIS: SNCM415, SNCM815
Các mác thép này có đặc tí nh giống nh các mác Cr-Ni cùng loại song có tí nh
thấm tôi cao hơn (ví dụ 20Cr2Ni4MoA có tí nh thấm tôi cao hơn 20Cr2Ni4A, quy
trì nh nhiệt luyện giống nhau)
e. Thép Cr-Mn-Ti:

81
- Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: đều khá cao, đợc dùng rất rộng rãi ở ta và Nga

để chế tạo bánh răng ôtô tải nhẹ và trung bì nh, rẻ vì các nguyên tố Cr, Mn rẻ.
- Độ bền: đối với các chi tiết trung bì nh (< 50mm) tôi thấu đợc nên có độ bền
tơng đơng nh thép Cr-Ni, (
b
= 1100 ữ 1150MPa), độ dẻo, độ dai kém hơn đôi
chút (a
K
= 600 ữ 900kJ/m
2
).
Tí nh công nghệ:
dễ cắt gọt hơn thép Cr-Ni, khi thấm cacbon có nhiều u việt: có Mn nên lớp thấm
không bị quá bão hòa C,có Ti (dù với lợng nhỏ) nên giữ đợc hạt nhỏ do đó có
thể thấm ở nhiệt độ cao hơn (930 ữ 950
o
C), thời gian thấm ngắn hơn, sau thấm có
thể tôi trực tiếp

biến dạng rất thấp.
Các mác thép điển hì nh:
Việt nam: 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi và 25CrMnMo
Nga: : 18X

T,25X

T, 30X

T và 25X

M.

Trong đó mác 18CrMnTi dùng để thấm cacbon, các mác sau dùng cho trờng hợp
thấm C-N
Quy trì nh chế tạo bánh răng hộp số ôtô bằng thép 25CrMnTi hoặc 25CrMnMo:
Rèn phôi- thờng hoá- gia công cơ- thấm C+N thể khí ở 850 ữ 860
0
C, tôi trực tiếp
phân cấp trong dầu nóng MC20 ở nhiệt độ 180
o
C cho độ cứng cao, tí nh chống mài
mòn tốt, biến dạng rất thấp (chỉ 0,08
ữ
0,12mm, cho phép là 0,12mm) nhờ đó tuổi
thọ tăng gần gấp đôi.
5.3.3. Thép hóa tốt
Đ/n: là thép có thành phần cacbon trung bì nh (0,30 ữ 0,50%C), để chế tạo các chi
tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập tơng đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn
nh trục, bánh răng, chốt , để đạt đợc cơ tí nh tổng hợp cao nhất thép phải qua
nhiệt luyện hóa tốt (tôi + ram cao).
a. Đặc điểm về thành phần hóa học
Cacbon: 0,30
ữ
0,50%, thờng dùng hơn 0,35
ữ
0,45%. 2 loại nguyên tố hợp kim:
Nguyên tố hợp kim chí nh:
Cr,Mn với lợng chứa 1ữ2%, Ni = 1ữ4% nh nhóm thép
thấm cacbon, ngoài ra còn cho phép dùng cả Si với lợng chứa không quá 1% (vì
không cần thấm C). Gần đây dùng bo (B) lợng rất nhỏ 0,0005 ữ 0,003% (thấp
quá không tác dụng, cao quá giòn do FeB), tơng đơng 1%Ni hay 0,5%Cr. Tác
dụng của B chỉ có khi dùng kết hợp với Cr, Ni, Mn.

Nguyên tố hợp kim phụ:
Mo và W, có tác dụng tăng độ thấm tôi, song chủ yếu là
để khắc phục giòn ram loại II.
b. Đặc điểm về nhiệt luyện:
Sơ bộ:
để cải thiện tí nh cắt gọt, sau khi rèn, dập nóng để tạo phôi, thép đợc qua
ủ hoàn toàn (trừ thép Cr-Ni) đạt độ cứng HB 180 ữ 220 dễ gia công cắt thô.
Nhiệt luyện kết thúc:
gồm 2 bớc:
Bớc 1:
tôi + ram cao X ram có cơ tí nh tổng hợp cao, chịu đợc tải trọng tĩnh và
va đập tốt, HB 240
ữ
280 (HRC 25
ữ
30). Gia công tinh đạt hì nh dạng, kí ch thớc
độ bóng yêu cầu và giúp chuyển biến nhanh và tạo M kim nhỏ khi tôi bề mặt. Phải
chú ý tránh giòn ram loại II nhất là loại thép không chứa Mo và W.
Với các tiết diện nhỏ có thể thay tôi + ram cao bằng thờng hóa cũng đạt hiệu quả
tơng tự mà công nghệ thực hiện đơn giản và rẻ hơn.

82
Bớc thứ 2:
sau khi gia công tinh, tôi bề mặt và ram thấp cho độ cứng HRC 52 ữ
58, cùng với độ cứng lõi HRC 25 ữ 30 đạt đợc yêu cầu đề ra. Riêng các thép với
%C=0,30 ữ 0,35%, sau tôi bề mặt độ cứng không cao ( HRC50) nên phải thấm
C-N nhiệt độ thấp (550
ữ
560
o

C để không làm hỏng tổ chức X ram của lõi) và bề
mặt đủ cứng chịu đợc mài mòn.
c. Thép cacbon: các mác thờng dùng:
TCVN: C30, C35, C40, C45, C50 và C40Mn, Nga

OCT 30, 35, 40, 45, 50, 40


Cơ tí nh: tối thiểu
b
= 750 ữ 850MPa.
Cải tiến:
dùng thép cacbon với % Mn và Si rất thấp (Mn 0,20%, Si 0,15%), có
độ thấm tôi thấp, ví dụ thép 58s hay 55K

-Nga. Độ thấm tôi

=2mm cứng
60HRC, lõi vẫn dẻo, dai nh là thép sau thấm cacbon. Đợc dùng để chế tạo
bánh răng bị động (quay chậm và í t mòn hơn).
d. Thép Cr: %Cr= 0,50 hay 1,00% chủ yếu để cải thiện tí nh tôi (tôi đợc trong
dầu, tăng độ thấm tôi). Dùng làm các chi tiết nhỏ ( 20 ữ 40), tơng đối phức tạp.
Các mác thờng dùng:
TCVN: 40Cr, 40CrVA,



OCT 40X, 40X

A, SAE/AISI: 50B40, 5140, JIS:

SCr440
e. Thép Cr-Mo: thép Cr + khoảng 0,25%Mo để chống đợc giòn ram loại II và
tăng độ thấm tôi. Thép Cr-Mo đợc dùng làm các chi tiết máy trung bì nh ( >
50
mm
) hì nh dạng tơng đối phức tạp nh bánh răng. Thờng dùng các mác:
VN: 38CrMoA, Nga 38XMA , AISI / SAE : 4140 , JIS: SCM440.
f. Thép Cr-Mn và Cr-Mn-Si: 1%Cr + 1%Mn hay 1%Cr + 1%Mn + 1%Si là loại
hợp kim hóa phức tạp nên có độ thấm tôi cao, dùng làm chi tiết khá lớn ( 50 ữ
60mm). Tuy nhiên có Mn, Si nên cứng và giòn hơn, í t phổ biến hơn. Nga dùng:
40X, 30XC, Hoa Kỳ, Nhật không dùng.
g.

Thép Cr-Ni và Cr-Ni-Mo:
có cả Cr, Ni nên độ thấm tôi cao mà vẫn giữ đợc
độ dẻo, độ dai tốt, nhất là trong trờng hợp niken cao tới 3% và có chứa Mo
(giống thép thấm cacbon).
Thép Cr-Ni thấp:
1%Cr + 1%Ni, chi tiết d= 50 ữ 60mm với
b
~700MPa và
a
K
~700kJ/m
2
,

hì nh dạng khá phức tạp. Vì bị giòn ram loại II, tí nh gia công cắt hơi
kém ngày càng í t dùng.
Thép Cr-Ni cao:

1 ữ 2%Cr + 3 ữ 4%Ni (Ni/Cr ~ 3ữ4), tôi thấu với tiết diện trên
100mm, coi là tôi thấu với tiết diện bất kỳ (nó thuộc loại mactenxit). Nhờ vậy thép
có cơ tí nh tổng hợp rất cao:

b
= 1100MPa,

0,2
= 1000MPa, a
K
= 800kJ/m
2
. Các
mác thờng dùng:
VN: 38CrNi3, Nga: 30XH3A, JIS: SNC631 và SNC836, Hoa Kỳ không có thép
này. Tuy nhiên thép này dễ bị giòn ram II và tí nh gia công cắt kém.
Thép Cr-Ni cao với Mo:
là thép chế tạo máy tốt nhất vì c ó ( 0 , 15 ữ 0,40%) Mo:
tăng độ thấm tôi, làm các chi tiết với hì nh dạng phức tạp, tiết diện lớn (

100mm),
không bị giòn ram loại II, thuộc nhóm thép mactenxit, tôi thấu với tiết diện bất kỳ,
cơ tí nh tổng hợp cao nhất:
b
= 1200MPa,
0,2
= 1100MPa, a
K
= 800kJ/m
2

. Các
mác thép Cr-N-Mo thờng dùng:
VN: 38Cr2Ni2MoA, 38CrNi3MVA,

OCT: 38X2H2MA, 38XH3MA,
SAE/AISI: 4340, JIS: SNCM439

83
h. Thép chuyên dùng để thấm nitơ: hợp kim Cr (~1,6%), Mo (~ 0,30%), Al
(~1,00%).
Tác dụng của nguyên tố HK:
tạo nitrit cứng, phân tán, %C~0,40%, nhiệt luyện hóa
tốt

cơ tí nh tổng hợp cao. Nhiệt độ thấm nitơ bao giờ cũng phải thấp hơn nhiệt
độ ram cao khi hóa tốt.
Mác thờng dùng:
VN: 38CrMoAlA, Nga : 38X2MA, SAE: 7140, JIS:
SACM645
Nhiệt luyện:
tôi ở 930
ữ
950
o
C trong dầu, ram 640
ữ
680
o
C cơ tí nh đạt

b
=
1030MPa,
0,2
= 880MPa, a
K
= 600kJ/m
2
. Thấm nitơ ở 520 ữ 540
o
C đạt độ cứng
HV850 ữ 1050 (~HRC 63 ữ 72).
5.3.4. Các chi tiết máy điển hì nh bằng thép
a. Các loại trục
Trục khuỷu:
ôtô vận tải dới 4 tấn và xe con: C45, sau nhiệt luyện hoá tốt, gia
công tinh, tôi bề mặt các cổ, mài rà và đóng gói.
Trục láp ôtô:
thép dung cho ôtô tải : 35CrMnSi (35XC), xe - 38CrMnSi
(38XC) hoặc 40CrNiMoA (40XHMA), xe

- 40CrMnTiB (40XTP). Quy trì nh
công nghệ: rèn, thờng hóa hoặc ủ, gia công thô, nhiệt luyện hóa tốt đạt độ cứng
HRC 45 ữ 40 (riêng mặt bí ch giảm độ cứng xuống thấp hơn, khoảng HRC 25 ữ 30
bằng cách nung cảm ứng), gia công tinh (tiện thân trục và mặt bí ch, cắt then hoa,
khoan lỗ trên mặt bí ch ).
Quy trì nh rút gọn:
trục láp ôtô dùng thép C40 (%C 0,38 ữ 0,43%), xe
dùng thép 45Bn (45P

- Nga). Sau khi thờng hóa (HB 169
ữ
217), gia công cắt,
rồi tôi cảm ứng cho bề mặt trục với chiều dày = 0,20 ữ 0,25d (d - đờng kí nh
thân trục láp).
Trục máy cắt:
dùng thép cacbon mác C40, C45 hoặc thép crôm 40X.
Sau khi nhiệt luyện hóa tốt, gia công tinh, tôi cảm ứng bề mặt làm việc với bạc,
then hoặc mặt ren (ở trục ví t) rồi ram thấp.
b. Các loại bánh răng
Bánh răng chịu tải thờng:
dùng thép: C40, C45, 40X đôi khi 40XH. Sau khi rèn
phôi, ủ rồi gia công thô, sau đó đem nhiệt luyện hóa tốt, gia công tinh, tôi cảm ứng
bề mặt răng.
Bánh răng chịu tải trọng cao:
phải dùng thép thấm C-N (25CrMnMo) nêu trên.
5.3.5.

Thép đàn hồi
Đ/n: là thép khá cứng, có tí nh đàn hồi cao, có thành phần cacbon tơng đối cao
(0,55
ữ
0,65%), dùng để chế tạo nhí p, lòxo và các chi tiết đàn hồi khác.
Nhiệt luyện: giới hạn đàn hồi cao nhất khi thép đợc tôi + ram trung bì nh để đợc
trôxtit ram.
a. Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với thép đàn hồi:
Đ/K làm việc:
Chịu tải trọng tĩnh và va đập cao mà không cho phép bị biến dạng
dẻo.
Yêu cầu đối với thép:

- Giới hạn đàn hồi cao: tỷ lệ
đh
/
b
càng gần tới 1 càng tốt, thờng là 0,85 ữ 0,95.

84
- Độ cứng khá cao: thí ch hợp HRC 35 ữ 45 hay HB 350 ữ 450; độ dẻo, độ dai
thấp để không bị biến dạng trong quá trì nh làm việc, song không quá thấp để dễ
bị phá hủy giòn.
- Giới hạn mỏi cao: để thí ch ứng với điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
b. Đặc điểm về thành phần hóa học và nhiệt luyện
Thành phần hóa học:
%C= 0,50 ữ 0,70% song tốt nhất là 0,55 ữ 0,65%, khi lợng
nguyên tố hợp kim tăng lên thành phần cacbon có thể giảm đi đôi chút.
Yêu cầu đối với các nguyên tố hợp kim:
- Nâng cao giới hạn đàn hồi và độ cứng: Mn và Si là tốt nhất (xem hì nh 5.2a).
- Nâng cao độ thấm tôi: Cr-Ni là tốt nhất, Si và Mn cũng có tác dụng này nhng
yếu hơn.
Thờng dùng: 1%Mn, 2%Si, 2% (Cr+Ni), nếu quá mức đặc biệt là Mn, Si thép sẽ
cứng và giòn.
Chú ý khi nhiệt luyện:

- Chống thoát cacbon: vì khi thành phần cacbon bề mặt thấp hơn giới hạn quy
định có thể tí ch riêng nhỏ hơn, chịu ứng suất kéo và do đó dễ phát sinh vết nứt
mỏi.
- Tạo nên ứng suất nén trên bề mặt: phun bi, lăn ép, thậm chí cán, kéo nguội sau
khi nhiệt luyện tôi + ram trung bì nh có thể tăng tuổi thọ từ 1,5 đến 2 lần.
- Nâng cao độ nhẵn bóng bề mặt: loại bỏ các vết xớc là mầm mống của nứt mỏi,

muốn vậy phải qua cán, kéo tinh, thậm chí qua mài.
c. Các mác thép và đặc điểm:
Thép thờng và thép mangan:
C65, C70 và ngay cả CD80, CD100 và thép Mn
với mác 65Mn
- Giới hạn đàn hồi thấp
đh
800MPa
- Độ thấm tôi thấp, chỉ tôi thấu với đờng kí nh tới 15mm. Dạng phổ biến nhất của
chúng là dây (=0,15-8mm) đợc cung cấp ở trạng thái tôi chì rồi sau đó kéo
nguội với độ biến dạng >70%. (ví dụ

đh
> 2000MPa), có tí nh đàn hồi cao, nên để
làm lòxo chỉ cần qua quấn nguội tạo hì nh rồi ủ thấp (200 ữ 300
o
C) để khử bỏ ứng
suất.
Thép silic và các thép hợp kim khác:
60Si2, với 2%Si (Nga 60C2)
- Giới hạn đàn hồi cao,

đh


1000MPa với giá thành tơng đối rẻ.
- Độ thấm tôi tốt hơn (tôi thấu trong dầu dày 20 ữ 30mm).
- Dễ thoát C khi nung nóng để tôi, vì vậy phải chú ý bảo vệ bề mặt khi nhiệt luyện
Để khắc giảm thoát C và nâng cao độ thấm tôi: hợp kim hóa: Cr,Mn,Ni và V.
60Si2: lòxo trong toa xe, nhí p ôtô, trục mềm.

50CrMn đợc dùng làm nhí p ôtô với tí nh công nghệ tốt hơn.
60Si2CrVA và 60Si2Ni2A,
E
=1500MPa làm nhí p, lòxo lớn, chịu tải trọng nặng,
riêng loại chịu va đập mạnh nên dùng 60Si2Ni2A.
SAE/AISI: 1065, 1070, 1566, 9260, 4161, 50B60, 5160 và 51B60, 8655
JIS: SUP3 (thép cacbon), SUP6 và SUP7 (thép silic), SUP9 và SUP9A (thép Cr-
Mn), SUP10, SUP11A, SUP12 và SUP13 thép khác
5.3.6.

Các thép kết cấu có công dụng riêng
a. Thép lá để dập nguội sâu:

85
Cơ tí nh: tí nh dẻo cao, đặc biệt khi dập sâu
Thành phần và cấp hạt: %C 0,20%: thờng 0,10%, %Si 0,05 ữ 0,07% với tổ
chức chủ yếu là ferit, nh vậy phải bằng thép sôi. Hạt nhỏ và đều: cấp 6
ữ
8
Các mác thép để dập sâu thờng dùng: VN: C5s, C8s, C10s, C15s, phổ biến nhất
là C8s
Thép lá mỏng tráng thiếc (gọi là sắt tây) dùng trong công nghiệp thực phẩm làm
đồ hộp, hoặc tráng kẽm hay kẽm - nhôm (gọi là tôn hoa) để làm tăng tí nh chống
ăn mòn trong khí quyển.
b. Thép dễ cắt
Khái niệm về tí nh dễ cắt:
là thép có thể cắt tự động, phoi dễ gãy vụn
Yêu cầu:
cứng HB 150 ữ 200, không quá dẻo. Thành phần hóa học và tổ chức tế
vi của thép dễ cắt: C= 0,10

ữ
0,40%, P = 0,08
ữ
0,15%, còn S = 0,15
ữ
0,35%,
Mn= 0,80 ữ 1,00%.
Mn sẽ kết hợp với S thành pha MnS, giảm tác hại của S, phoi dễ gãy.
Pb: 0,15
ữ
0,30%Pb (chì ): làm cho phoi rất dễ gãy vụn, giảm lực ma sát.
Loại thép dễ cắt có Pb là loại thép dễ cắt tốt nhất và có thể đợc hợp kim hóa để
tăng độ bền.
Các mác thép và công dụng:

TCVN: xxS, trong đó xx là phần vạn C, S chỉ là thép chứa S và P cao (ví dụ 12S).


OCT: - loại thờng chứa P, S: A12, A20, A30 và A40,(A chỉ cắt tự động)
- loại đặc biệt chứa P, S và Pb : AC11, AC12HX, AC40, AC20X

HM.
AISI / SAE: - thép dễ cắt chứa P, S bằng :1110, 1118, 1140, 1151, 1212, 1214;
- thép có chứa thêm Pb: 12L14 (0,15 ữ 0,30%Pb).
JIS : SUMxx, (xx=11, 12, 21, 22, 23, 25, 31, 32, 41, 42, 43), có Pb là SUM24L.
c. Thép ổ lăn
Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với thép ổ lăn:
chịu mài mòn điểm, do đó thép ổ
lăn phải đạt đợc các yêu cầu sau:
- Độ cứng và tí nh chống mài mòn cao (HRC 64, cao hơn cả bề mặt thấm

cacbon ).
- Cơ tí nh 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: %C tới 1% và qua tôi + ram thấp.
- Để tôi thấu cho đồng đều: Cr= 0,50
ữ
1,50%, đôi khi có Mn và Si (mỗi nguyên tố
1%).
- Để tránh điểm mềm và nâng cao độ bền mỏi tiếp xúc: í t tạp chất phi kim loại nh
P, S, khí thép chất lợng tốt
- Các cacbit nhỏ mịn và phân bố đều.
Về nhiệt luyện phải qua các bớc sau đây:

- ủ cầu hoá thép ổ lăn phải có tổ chức peclit hạt và cacbit d nhỏ mịn với độ cứng
HB 187 ữ 205 để bảo đảm tí nh gia công cắt tốt.
- Tôi + ram thấp (tôi trong dầu ở 850
ữ
860
o
C, ram 150
ữ
180
o
C). Có thể gia công
lạnh để khử austenit d một cách triệt để sau khi tôi, lúc đó có thể đạt tới HRC

86

65 với tí nh chống mài mòn cao nhất. Cũng có thể dùng thép thấm cacbon cho
các ổ lăn, bi không thật quan trọng.
Các mác thép và công dụng:

TCVN: OL100Cr1,5 là loại có 1,00%C, 1,5%Cr.

OCT: Xxx, xx chỉ lợng Cr phần nghì n: 6, 9, 15, 15C


AISI / SAE: 5195, 50100, 51100, 52100 (P, S cực thấp).
JIS: SUJx, trong đó x là số thứ tự (từ 1 đến 5).
Ngoài ra để làm các ổ lăn không gỉ ngời ta dùng thép không gỉ (> 13%Cr) nhng
với lợng cacbon cao (~ 1,00%), nh

OCT dùng mác 95X18, ASTM dùng 440C
và 440MOD.
Công dụng: ổ lăn, trục cán nguội, bàn ren, tarô, dụng cụ đo.
5.4. Thép dụng cụ
5.4.1. Các yêu cầu chung
Đ/n: Dụng cụ là các công cụ gia công, chế biến, tạo hì nh các vật liệu (thành các
sản phẩm, chi tiết máy, kết cấu). Chúng có ý nghĩa quyết định đến năng suất, chất
lợng và giá thành của sản phẩm cơ khí .
a. Phân loại : theo bản chất của quá trì nh gia công, ta chia các dụng cụ thành 3
nhóm lớn:
- Dụng cụ cắt (dao): là dụng cụ tạo hì nh có sinh phoi, nh dao tiện, phay, bào,
tuốt
- Dụng cụ biến dạng: tạo hì nh bằng biến dạng dẻo không sinh phoi: trục cán,
khuôn dập, khuôn ép chảy ở cả trạng thái nguội lẫn trạng thái nóng.
- Dụng cụ đo: nh palme, thớc cặp, dỡng tuy không làm thay đổi hì nh dạng,
kí ch t h ớc sản phẩm, nhng cũng không thể thiếu trong sản xuất cơ khí .

b. Cơ tí nh & chịu nhiệt:
cứng để không hay í t bị mòn, dai va đập lớn để không
gãy vỡ, chịu nhiệt tốt để không giảm tí nh chất ở trạng thái nóng.
c. Tí nh công nghệ và tí nh kinh tế: có thể rèn, cắt gọt đợc, đắt hơn phải tốt hơn.
d. Thành phần hóa học:
Cacbon: %C= 0,70 ữ 1,00%, song nói chung là 1,00%, cá biệt lên tới 2%. Còn
đối với các dụng cụ gia công phôi mềm hay ở trạng thái nóng có thể thấp hơn,
khoảng 0,30 ữ 0,50%.
Hợp kim: tăng tí nh thấm tôi (Cr) do vậy làm đợc các dụng cụ nhỏ với hì nh dạng
tơng đối phức tạp, cần tí nh cứng nóng cao: W, Mo
5.4.2. Thép làm dụng cụ cắt
a.

Yêu cầu đối với vật liệu làm dụng cụ cắt: đ
iều kiện làm việc và yêu cầu cơ
tí nh :








a)
4
1
3 2
5
b)

4



Hì nh 5.12. Sơ đồ tiện (a) và
sơ đồ mặt cắt khi tiện (b):
1. phôi, 2. phoi, 3. rãnh lõm, 4.
dao, 5. mặt trớc, 6. mặt sau

6

87
Các loại dao làm việc trong điều kiện tiện, phay, bào, doa tuy có những
nét khác biệt song về cơ bản là giống nhau và có thể coi tiện là nguyên công điển
hì n h ( hì nh 5 . 12).
1) Độ cứng cao: cao HRC 60, bằng thép thì %C > 0,70% và qua tôi cứng + ram
thấp.
2) Chịu mài sát: mặt trớc với phoi, mặt sau với phôi, đặc biệt là trên mặt trớc.
Dao phải có tí nh chống mài mòn cao: độ cứng cao, nhiều cacbit d thì chống mài
mòn tốt,
3) Chịu nhiệt cao: nhiệt độ lỡi cắt > 200
ữ
300
o
C, do đó dao cắt cần phải có tí nh
cứng nóng cao
Thép làm dụng cụ cắt cũng phải có tí nh công nghệ nhất định: thấm tôi tốt, Có khả
năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng, có khả năng chịu gia công cắt ở trạng
thái ủ (HB

265).
b. Thép làm dao có năng suất thấp
Đó là loại thép làm dao chỉ cắt đợc với tốc độ 5
ữ
10m/min.
Thép cabon:

TCVN: CD70, CD80, CD80Mn, CD90, CD100, CD110, CD120 và CD130
Chúng có các đặc tí nh nh sau: P 0,035, S 0,030 rất thấp
- Sau khi tôi + ram thấp có thể đạt HRC

60 đủ để cắt. Chế độ tôi của các thép
nh sau:
CD70, CD80: tôi hoàn toàn ở 800 ữ 820
o
C, 780 ữ 800
o
C,
CD90 ữ CD130: tôi không hoàn toàn ở 760 ữ 780
o
C. Cùng có độ cứng HRC 60 ữ
62, CD100 ữ CD130 có nhiều Xe
II
d nên chống mài mòn tốt hơn.
- Dễ biến dạng nóng, dễ gia công cắt và rẻ.
Nhợc điểm quan trọng:
+ Độ thấm tôi thấp (chỉ tôi thấu các tiết diện trên dới
10mm). Với các dao lớn hơn, lớp tôi mỏng, sau thời gian làm việc khi mài lại không
còn đủ độ cứng nên phải tôi lại, do đó không thuận tiện khi sử dụng.
+ Tí nh cứng nóng thấp : không vợt quá 200

ữ
250
o
C, do đó tốc độ cắt không quá
5 m/min.
Công dụng: dao nhỏ, hì nh dạng đơn giản với năng suất thấp hay dụng cụ cầm
tay:giũa (CD120).
Thép hợp kim:

Đó là nhóm thép có thành phần cacbon cao (~ 1% và cao hơn) và đợc hợp kim
hóa thấp và vừa phải với đặc tí nh có độ thấm tôi tốt hơn hay tí nh chống mài mòn
cao.
Loại có tí nh thấm tôi tốt:
1%Cr (có thể thêm 1%Si): 90CrSi (Nga 9XC)
Công dụng: làm dao nhỏ hì nh dạng phức tạp nh mũi khoan, doa, tarô, bàn ren,
lợc ren, phay
Tí nh cứng nóng tơng đối khá: Si cùng với Cr tăng tí nh cứng nóng tới 300
o
C, tốc
độ 10 m/min
Tơng đối rẻ, đợc dùng tơng đối phổ biến.
Nhợc điểm mà đáng kể nhất là dễ thoát cacbon khi nung (do Si) nên phải chú ý
bảo vệ khi tôi. Thép đợc tôi ở 840ữ860
o
C trong dầu, ram 150ữ200
o
C, độ cứng 62
ữ
64HRC.

88
Loại có tí nh chống mài mòn cao:
%C rất cao (>1,30%) với 0,50%Cr và
4,0ữ5,0%W mác 140CrW5 (Nga XB5). Do C và W tạo cacbit làm tăng rất mạnh
tí nh chống mài mòn. Tí nh thấm tôi thấp (í t Cr và nhiều cacbit) môi trờng tôi phải
là nớc. Độ cứng HRC sau khi tôi (800
ữ
820
o
C) ram (~ 150
o
C) đạt tới 66
ữ
68,
làm dao tiện, phay với tốc độ cắt không lớn lắm (sửa phôi cứng) quay chậm.
c. Thép làm dao có năng suất cao - Thép gió:
Thép gió là tên gọi Việt Nam (thép cắt nhanh: Anh- high speed steel, Pháp- acier
à coupe rapide, Nga- ) tự tôi khi nguội trong gió- thép
gió
- tốc độ cắt 35
ữ
80m/min (3
ữ
7 lần so với loại trên),
- tí nh chống mài mòn và tuổi bền cao (8 ữ 10 lần),
- độ thấm tôi đặc biệt cao (tôi thấu với tiết diện bất kỳ).
Thành phần hóa học và tác dụng của các nguyên tố:

Tổng lợng W+Mo > 10%, Cr=4%, ngoài ra còn có thể có thêm V, Co.
Tác dụng của các nguyên tố:

C= 0,70 đến 1,50%, đủ để hòa tan vào M và tạo thành cacbit với các nguyên tố
W, Mo và đặc biệt là V. Thêm 1%V phải đa thêm 0,10
ữ
0,15%C vào thép, tăng
mạnh tí nh chống mài mòn.
Cr khoảng 4% (3,8 ữ 4,4%): tăng mạnh độ thấm tôi,
W= 6 ữ 18%: tạo tí nh cứng nóng cao, tới 600
o
C.
Mo: thay thế W đắt lại có tỷ lệ quá cao: 1%Mo thay thế đợc gần 2%W, lợi về kinh
tế.
V: tạo cacbit rất mạnh VC làm tăng tí nh chống mài mòn và giữ cho hạt nhỏ khi
tôi.
Co: > 5% tăng tí nh cứng nóng.
Tổ chức tế vi và nhiệt luyện:

Sau ủ và thờng hoá: sau ủ: Lê, sau thờng hoá :M
. Thép chứa nhiều cacbit (15
ữ
25%), sau khi đúc cacbit chủ yếu ở dạng cùng tinh
Lê hì nh xơng cá nên rất giòn và phải làm nhỏ chúng bằng biến dạng nóng (cán,
rèn).
Gia công: Thông thờng phôi đợc cung cấp có tiết diện càng nhỏ chứng tỏ đã
đợc cán với độ biến dạng (

) mạnh nên đã có cacbit nhỏ mịn và phân bố đều.
Phôi lớn ( > 40) thờng phải rèn. Sau khi rèn bị biến cứng, thép phải đợc qua ủ
không hoàn toàn ở 840
ữ
860

o
C đạt độ cứng HB 241
ữ
269 với tổ chức peclit
(dạng xoocbit) + cacbit nhỏ mịn phân bố đều, mới có thể gia công cắt để tạo dao
đợc.
Nhiệt luyện kết thúc bằng tôi + ram: quyết định độ cứng, tí nh chống mài mòn cao
đặc biệt là tí nh cứng nóng theo yêu cầu.
Tôi: nhiệt độ tôi rất cao (gần 1300
o
C) khoảng dao động lại khá hẹp (chỉ 10
o
C),
không cho phép tôi ở nhiệt độ thấp hơn hoặc cao hơn giới hạn quy định vì :
1) Khi tôi thấp hơn: cha bão hòa đủ W để nâng cao tí nh cứng nóng:
+ khi nung trên Ac
1
(khoảng 850
o
C) mới có chuyển biến P , do vậy tôi ở
850
ữ
900
o
C chỉ đạt HRC 45
ữ
50 cha đủ để cắt.

89
+ nung ở trên 900-1000

o
C: cacbit hợp kim bắt đầu hòa tan ngày càng
nhiều vào làm trở nên giàu nguyên tố hợp kim (và cả cacbon) (hì nh 5.13a). Cr
do Cr
23
C
6
dễ hòa tan hơn cả nên bão hoà sớm nhất. VC hầu nh không tan vào
austenit. Còn Fe
3
W
3
C (loại cacbit chủ yếu) bắt đầu hòa tan mạnh ở trên 1150
o
C
và ngay cả tới gần 1300
o
C cũng chỉ hòa tan đợc 8%W.
Cơ sở chọn nhiệt độ tôi của thép gió:
(1) nhiệt độ tôi phải đủ cao để

chứa nhiều
W để có tí nh cứng nóng cao nhất. Tại nhiệt độ tôi vẫn còn khá nhiều cacbit
Fe
3
W
3
C và toàn bộ VC cha hòa tan sẽ cản trở hạt phát triển, giữ cho hạt nhỏ và
làm tăng tí nh chống mài mòn.

2) Tôi ở nhiệt độ cao quá: cacbit hòa tan nhiều, hạt lại phát triển mạnh, thép bị
giòn, thậm chí có trờng hợp biên hạt bị chảy. Do đó nhiệt độ cao một cách khá
chí nh xác. Nếu chỉ cần đạt độ cứng cao (HRC > 60) thì nhiệt độ tôi chỉ cần hơn
1000
o
C là đủ.
Tổ chức tế vi của thép gió sau khi tôi:
hì n h 5 . 13b gồm: M giàu W, d (30%) và
cacbit d (15 ữ 20%) với độ cứng HRC chỉ khoảng 62. Cacbit d có ảnh hởng tốt
đến tí nh chống mài mòn song lợng lớn d làm giảm độ cứng của thép tôi vài
đơn vị HRC. d nhiều vì tôi ở nhiệt độ cao, hoà tan nhiều nguyên tố hợp kim
làm hạ thấp điểm M
K
. Do

quá nguội có tí nh ổn định rất cao nên có thể tôi cho
thép gió:
- Tôi trong dầu nóng (> 60
o

C): áp dụng cho các dao có hì nh dạng đơn giản.
- Tôi phân cấp trong muối nóng chảy (400
ữ
600
o
C): với thời gian giữ nhiệt 3 -
5min, áp dụng cho các dao nhỏ, hì nh dạng phức tạp, yêu cầu độ cong vênh rất
nhỏ nh mũi khoan.
- Tôi trong không khí (tự tôi): tuy vẫn đạt độ cứng cao đối với dao mỏng, song có
thể cho độ cứng không đều (độ cứng thấp hơn ở chỗ dày), dễ bị ôxy hóa, thoát
cacbon bề mặt, tiết cacbit khỏi

làm giảm tí nh cứng nóng, nên rất í t dùng.
- Tôi đẳng nhiệt ra bainit (giữ ở 240 ữ 280
o
C hàng
h
): cho biến dạng nhỏ nhất
song độ cứng HRC không quá 60, năng suất thấp, í t dùng.
- Gia công lạnh:
để khử austenit d sau khi tôi, áp dụng khi cần ổn định kí ch
thớc.
Ram
thép gió:
mất ứng suất bên trong, khử bỏ d, tăng độ cứng (HRC tăng thêm
2 ữ 3). Chế độ nhiệt luyện điển hì nh (hì nh 5.14).
đ
ộ
hoà tan n
g

.t.h.k vào



Hì nh 5.13.
Độ hòa tan
của các nguyên tố hợp
kim vào

của thép gió
(a) và tổ chức tế vi của
thép gió sau khi tôi (b)


90
Ram 2 ữ 4 lần (thờng là 3) ở 550 ữ 570
o
C, mỗi lần trong 1h.
Khi nung tới 550
o
C cacbit vonfram Fe
3
W
3
C nhỏ mịn mới bắt đầu tiết ra khỏi dung
dịch rắn làm

nghèo hợp kim đi, nâng cao điểm M
đ
và làm giảm ứng suất nén lên

d làm pha này chuyển biến thành M, độ cứng tăng lên. Sau mỗi lần ram chỉ có
một tỷ lệ nhất định (khoảng 50
ữ
75%)

d chuyển thành M và lại gây ra ứng suất
bên trong mới, nên sau đó phải ram thêm 1 ữ 3 lần nữa để quá trì nh xảy ra đợc
hoàn toàn hơn.














Để nâng cao hơn nữa khả năng cắt của thép gió, sau khi mài có thể đợc thấm C-
N ở nhiệt độ thí ch hợp (550
ữ
570
o
C) trong vài giờ hoặc tốt nhất là đem phủ TiN
bằng công nghệ PVD.
Các mác và công dụng

4 mác trong số các loại thép gió thờng gặp của Nga, Mỹ và Nhật.
1.
Thép gió với năng suất thờng:
tí nh cứng nóng đến 615
ữ
620
o
C, không chứa
hay chứa rất í t Co và có < 2%V, gồm 2 mác: 80W18Cr4V (P18, T1, SKH2) và
85W6Mo5Cr4V2 (P6M5, M2, SKH51). Mác sau chứa í t W nên rẻ hơn mà tí nh cắt
vẫn tơng đơng nhau. Nhiều nớc loại thép gió 85W6Mo5Cr4V2 chiếm tới 50%
lợng thép gió sử dụng. Ký hiệu VN(Nga, Hoa kỳ, Nhật).
2. Thép gió với năng suất cao:
tí nh cứng nóng đến 630 ữ 650
o
C, có thể cắt với
tốc độ

40m/min hoặc có tí nh chống mài mòn cao, chúng chứa Co và > 2%V,
gồm 2 mác:
85W18Co5Cr4V2 (P18K52, T4, SKH3), 155W12Co5V5Cr4 (P124K5, T15,
SKH10).
Công dụng chí nh của thép gió:

Làm các dụng cụ cắt lớn, hì nh dạng phức tạp, điều kiện cắt nặng với năng suất
cao (tốc độ lớn) và tuổi thọ cao, tức liên quan đến các loại dao phức tạp nhất, chủ
chốt nhất, rất đa dạng nên thép gió có tầm quan trọng quyết định trong chế tạo
dụng cụ cắt.
5.4.3. Thép làm dụng cụ đo

a. Điều kiện làm việc và yêu cầu

Hì nh 5.14.
Quy trì nh
tôi + ram thép gió
80W18Cr4V (P18,
T1, SKH2) cùng với
sự thay đổi của
lợng d và độ
cứng HRC
560
560 560
tôi
1280
T,
o
C
300
600
900
1200
lầ n 1 lầ n 2 lầ n 3
ram
thời gian

d
HRC
30 15 5 2
62 64 64,5 64,6
850

650

91
Các loại dụng cụ đo sử dụng trong Cơ khí : palme, thớc cặp, thớc đo độ dài, đo
góc, dỡng, calip , dễ bị mòn, biến dạng, làm sai lệch kết quả đo. Để bảo đảm
độ chí nh xác, các dụng cụ đo phải đạt các yêu cầu sau:
1)
Độ cứng và tí nh chống mài mòn cao:
độ cứng HRC yêu cầu là 63 ữ 65.
2) ổn định kí ch thớc:
trong suốt đời làm việc (hàng chục năm hay hơn), nhờ 2 chỉ
tiêu sau:
- hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ và sự ổn định của tổ chức đạt đợc trong thời gian dài.
3) Độ nhẵn bóng bề mặt cao:
cấp 14, khi mài và í t bị biến dạng khi nhiệt luyện.
Độ cứng và tí nh chống mài mòn cao nh dao cắt song không yêu cầu tí nh cứng
nóng nên không cần làm bằng thép gió.
b. Thép làm dụng cụ đo cấp chí nh xác cao
Nguyên tố hợp kim và nhiệt luyện thí ch hợp:

- Hợp kim hóa Cr-Mn: (1% mỗi nguyên tố), để nâng cao độ thấm tôi (tôi thấu khi
tôi dầu), í t biến dạng; riêng Mn có tác dụng làm tăng d đến mức thí ch hợp làm
cho kí ch thớc hầu nh không thay đổi khi tôi.
- Hóa già để ổn định kí ch thớc: (nhiệt độ hóa già dới ram thấp, < 150
o
C). Để
vẫn là tổ chức M (tôi) chứ không phải là M ram, vì M (tôi) có những u điểm sau:
+ độ cứng và tí nh chống mài mòn cao, do đó
+ bảo đảm độ nhẵn bóng cao khi mài, và đặc biệt là
+

có hệ số gin nở vì nhiệt rất nhỏ
, chỉ khoảng 10
-5
ữ 10
-6
/
o
C
.
Phải hoá già vì : M (tôi) và d không ổn định, để ổn định M (tôi) và d phải xử lý
thép tôi ở 120
ữ
140
o
C trong 1
ữ
2 ngày.
Các thép thờng dùng:
là các mác 100Cr, 100CrWMn (TCVN 1823 - 76) và mác
140CrMn (mác X của Nga) trong đó 140CrMn đợc dùng nhiều hơn cả.
c.

Thép làm dụng cụ đo cấp chí nh xác thấp
Loại này chỉ yêu cầu cứng và chống mài mòn là đủ, do đó không cần dùng các
mác thép hợp kim cùng với tôi + hóa già nh trên mà chỉ dùng các mác thép:C15,
C20 thấm C, tôi + ram thấp
C45, C50, C55 qua tôi bề mặt + ram thấp, thép dụng cụ: CD80, CD120, tôi+ram
thấp
5.4.4. Thép làm dụng cụ biến dạng nguội
Biến dạng dẻo thép ở nhiệt độ thờng - biến dạng nguội - là hì nh thức gia công

phổ biến trong chế tạo cơ khí với năng suất cao. Dụng cụ để biến dạng nh trục
cán, khuôn dập, đột có ý nghĩa quan trọng quyết định năng suất và chất lợng
sản phẩm.
a. Điều kiện làm việc và yêu cầu:
1) Độ cứng đủ cao: HRC 58
ữ
62 (thấp hơn dao cắt) phụ thuộc vào loại khuôn,
chiều dày và độ cứng của thép lá đem dập, biến dạng: tôn silic dày phải yêu, HRC
tới trên 60 đến 62;
2)
Tí nh chống mài mòn cao: bảo đảm hàng vạn - hàng chục vạn lần dập vẫn
chí nh xác.
3) Độ bền và độ dai cao: chịu đợc tải trọng lớn và chịu va đập, khuôn dập lớn
cần có thêm yêu cầu về độ thấm tôi và í t thay đổi thể tí ch khi tôi.
b. Đặc điểm của thép làm dụng cụ biến dạng nguội:

92
- %C cao:
~ 1%, bảo đảm độ cứng, tí nh chống mài mòn sau khi tôi, song có một
số trờng hợp ngoại lệ: + khi chịu va đập mạnh, lợng cacbon giảm đi, còn 0,40 ữ
0,60%,
+ khi chịu mài mòn rất cao, %C đến 1,50
ữ
2,00% hay hơn.
- Hợp kim hoá:
phụ thuộc vào hì nh dạng, kí ch thớc khuôn và tí nh chống mài mòn
yêu cầu do tác dụng nâng cao độ thấm tôi và tạo ra cacbit cứng.
Để làm tăng độ thấm tôi: Cr, Mn, Si, W với lợng í t (~ 1% mỗi loại).
Để nâng cao tí nh chống mài mòn: Cr (~ 12%) và %C =1,50
ữ

2,00% hay hơn.
- Nhiệt luyện kết thúc: tôi + ram thấp để đạt độ cứng cao, song cũng có đặc điểm
riêng.

Để bảo đảm độ bền và do kí ch thớc lớn nên nhiệt độ tôi cao hơn 20
ữ
40
o
C để


đợc đồng nhất hơn, nâng cao độ thấm tôi, có khi phải thờng hóa trớc để hạt
nhỏ í t biến dạng, nứt khi tôi

Nhiệt độ ram lấy cao hơn (song vẫn là ram thấp) vì yêu cầu độ cứng thấp hơn
chút í t. Chú ý do ram thấp phải tránh giòn ram loại I.
c. Thép làm khuôn bé
Khuôn nhỏ, hì nh dạng đơn giản, chịu tải nhỏ: CD100, CD120, tôi trong nớc, tuy
độ thấm tôi của thép C thấp song có độ cứng bề mặt đủ bảo đảm điều kiện làm
việc, lõi có thể không tôi thấu nhng phải đảm bảo không bị lún là đợc.
d. Thép làm khuôn trung bì nh
Kí ch t h ớc khuôn trung bì nh (75 -100mm), hoặc loại bé nhng có hì nh dạng phức
tạp, chịu tải trọng lớn: dùng thép 1%C có hợp kim Cr, W, Mn, Si (~ 1% mỗi nguyên
tố) để nâng cao độ thấm tôi: 110Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn. Trong các mác đó
100CrWMn là điển hì nh hơn cả.
Đặc điểm của thép:

- Do có Mn nên sau khi tôi có lợng

d nhất định nên biến dạng nhỏ.

- Có thể dùng cách tôi phân cấp (nếu là khuôn nhỏ) và tôi trong hai môi trờng
(nếu là khuôn trung bì nh) để giảm độ biến dạng mà vẫn đạt độ cứng cao.
- Thiên tí ch cacbit lớn, khi cacbit lớn thép dễ bị nứt khi tôi, do đó phải kiểm tra cấp
cacbit, nếu thấy lớn phôi thép phải qua rèn.
e. Thép làm khuôn lớn và có tí nh chống mài mòn rất cao:
Kí ch t h ớc (200
ữ
300mm), chịu tải trọng nặng và bị mài mòn rất mạnh phải dùng
thép %Cr cao tới 12% và %C rất cao, 1,50 ữ 2,20% với các mác:
Cr12 (210Cr12), Cr12Mo (160Cr12Mo) và Cr12V1 (130Cr12V1).
Đặc điểm nổi bật của thép:
- Tí nh chống mài mòn rất cao: 30% cacbit crôm nên bảo đảm tuổi bền làm việc rất
cao.
- Độ thấm tôi cao: tôi thấu d=150x200
mm
trong dầu, bảo đảm độ bền, độ cứng khi
khuôn lớn.
- Có nhiều chế độ tôi + ram khác nhau: thay đổi nhiệt độ tôi dẫn đến mức độ hòa
tan cacbit khác nhau làm biến đổi thành phần của , vì thế làm thay đổi tỷ lệ của
các tổ chức tạo thành do đó ảnh hởng đến độ cứng và kí ch thớc khuôn: