Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Cắt gọt kim loại - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chương 4: Vật liệu kim loại
Giới thiệu chương
Hiện nay kim loại sắt và hợp kim của sắt là(gang , thép) được dùng rộng
rãi trong các ngành kinh tế và đang đóng vai trị quan trọng trong sự tiến hóa của
xã hội loài người. Thép và gang là vật liệu chủ yếu của cơng nghiệp cơ khí và
các phương tiện giao thông vận tải, một khối lượng thép khá lớn được sử dụng
trong xây dựng. Sở dĩ thép và gang được sử dụng rộng rãi để chế tạo máy và
công cụ là do chúng có nhiều cơ tính tốt đảm bảo được các yêu cầu đề ra. Để sử
dụng thép và gang trong cơng nghiệp cơ khí một cách hợp lý nhất, những người
làm cơng tác cơ khí cần phải có những kiến thức nhất định về thép và gang.
Chương vật liệu kim loại sẽ giới thiệu đến độc giả về thành phần hóa học, tính
chất , ký hiệu, cơng dụng của thép cacbon, thép hợp kim và gang.
Mục tiêu
- Mô tả được phương pháp dùng kính hiển vi quang học hoặc điện tử có độ
phóng đại lớn để quan sát cấu trúc tế vi của gang và thép.
- Trình bày được khái niệm về gang, cách phân loại gang và các yếu tố ảnh
hưởng đến tính chất của gang, của thép.
- Giải thích được thành phần, cơng dụng và ký hiệu của các loại gang
thường dùng, các loại thép cac bon thường dùng.
- Phân biệt được gang và thép qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm
thanh khi gõ, bẻ, đập búa, xem tia lửa khi mài.
-Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích
cực sáng tạo trong học tập.
Nội dung
4.1 Thép cacbon
4.1.1 Khái niệm về thép cacbon
4.1.1.1 Thành phần hoá học và ảnh hưởng của các nguyên tố
a.Thành phần hóa học
Thép cacbon là hợp kim của Fe - C, Trong đó C < 2,14% ngồi ra cịn có
một số tạp chất khác như: Mn, Si, P, S.
b. Ảnh hưởng của các nguyên tố tới tính chất của thép

* Cacbon: C < 2,14%

78


Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất ảnh hưởng lớn tới tổ chức và cơ, lý,
hóa tính của thép.
- Tổ chức
Khi lượng cacbon của thép tăng lên thì lượng xêmentit cũng tăng lên dẫn
đến tổ chức của thép thay đổi.
- Cơ tính
Khi lượng cacbon thay đổi cơ tính của thép thay đổi rất nhiều. Quy luật
chung là, khi thành phần cacbon tăng lên độ bền, độ cứng cũng tăng lên, còn độ
dẻo, độ dai giảm đi. Tuy nhiên độ bền chỉ tăng lên theo cacbon đến giới hạn (0,8
– 1 )% vượt quá giới hạn này độ bền của thép lại giảm đi. Hình 4.1 trình bày
ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép.
Có thể giải thích quy luật đó như sau: khi tăng lượng cacbon, số lượng pha
xêmentit cứng, dịn cũng tăng tương ứng, do vậy thép có độ cứng tăng lên, độ
dẻo dai giảm đi. Riêng ảnh hưởng của lượng pha xêmetit đến độ bền có nét hơi
khác. Thoạt tiên sự tăng số lượng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản
trở sự trượt của ferit do đó làm tăng giới hạn bền của thép, nhưng khi xêmentit
quá nhiều (khi cacbon > 0,8%) tạo nên xêmetit II ở dạng lưới (liên tục) thì nó lại
giảm độ bền, do lưới xêmentit làm dễ dàng cho sự tạo thành cho sự phát triển
vết nứt khi phá hủy.
- Lí, hóa tính
Khi tăng lượng cacbon thì điện trở và lực khử từ tăng, tính chống ăn mịn
và độ từ thẩm của thép giảm đi.
* Mangan: Mn < 0,8%
- Mangan hòa tan vào nền ferit làm tăng độ bền và làm giảm độ giãn dài
của thép.

- Một phần của mangan kết hợp với cacbon tạo thành hợp chất Mn 3C có
tính chất giống Fe3C làm tăng độ cứng, tăng tính chống mài mòn.
- Mangan được đưa vào thép dưới dạng fero- mangan để khử ơxy và lưu
huỳnh có hại.
* Silic: Si < 0,5%
- Silic hòa tan vào nền ferit làm tăng độ bền, độ cứng của pha này, do đó
làm tăng độ bền, độ cứng và giảm độ giãn dài cho thép.
- Silic có tác dụng khử ơxy mạnh hơn so với mangan:
Si + 2FeO → SiO2 + 2Fe
79


- Silic có khả năng làm tăng tính thấm từ.
* Phốtpho: P < 0,05%
- Phốt pho làm cho thép giòn ngay ở nhiệt độ thường (giòn nguội). Phốt
pho hòa tan vào ferit làm xô lệch mạng tinh thể của pha này.
- Phốt pho tăng sẽ cải thiện được tính cắt gọt.
* Lưu huỳnh: S < 0,05%
Lưu huỳnh làm cho thép giịn ở nhiệt độ cao (giịn nóng) dẫn đến các cơng
nghệ rèn, cán, kéo, ép, hàn … gặp nhiều khó khăn.
Trong thép chứa nhiều lưu huỳnh tạo thành FeS, nóng chảy ở nhiệt độ
(985 C). Khi rèn, cán thường phải nung thép tới nhiệt độ (1200)0C sẽ chảy làm
yếu sự liên kết giữa các hạt kim loại nên thép dễ bị đứt.
0

Ngồi ra trong thép cịn có ơxy, nitơ, hiđrơ và một số tạp chất khác làm
giảm độ dẻo, tăng độ giòn.
3.1.2 Các phương pháp phân loại thép
3.1.2.1 Theo phương pháp luyện
Dựa vào lò chế tạo thép

- Thép lò chuyển: thép được luyện từ lị chuyển có chất lượng thường.
- Thép mactanh: thép được luyện từ lò mactanh chất lượng tốt hơn thép lò
chuyển.
- Thép lò điện: thép được luyện từ lò điện (chủ yếu lò điện hồ quang) chất
lượng rất cao.
3.1.2.2 Theo mức độ khử ôxy
- Thép sôi là loại thép không được khử ôxy triệt để. chỉ được khử bằng
fero- mangan là loại chất khử không mạnh. Do vẫn cịn FeO trong thép lỏng nên
FeO có thể tác dụng với cacbon (của thép lỏng) để thành khí CO:
FeO + C → Fe + CO
Khí CO bay lên làm cho mặt thép lỏng chuyển động gây ấn tượng giống
như sơi, do vậy có tên gọi là thép sơi. Do chỉ được khử ơxy bằng fero- mangan
nên tính chất của thép dẻo và dai dùng để sản xuất thép cacbon thấp, cán thành
các tấm lá mỏng để dập nguội.
- Thép lắng là loại thép được khử ôxy triệt để, tức là ngồi fero-mangan
cịn dùng các chất khử mạnh là fero- silic và bột nhơm, do vậy thép lỏng chứa
rất ít FeO, mặt thép lỏng phẳng lặng nên gọi là thép lắng.
80


Do được khử ôxy một cách triệt để nên chất lượng của thép lắng cao hơn,
là loại thép tốt dùng để làm phần lớn các chi tiết máy.
- Thép nửa lắng là thép có vị trí trung gian giữa thép sôi và thép lắng, chỉ
được khử ôxy bằng fero - mangan và bột nhôm.
3.1.2.3 Theo tổ chức thép ở trạng thái ủ
- Thép trước cùng tích: C < 0,8%, tổ chức là F + P
- Thép cùng tích: C = 0,8%, tổ chức là P
- Thép sau cùng tích: C > 0,8%, tổ chức là P + XêII
3.1.2.4 Theo thành phần cacbon
- Thép cacbon thấp: C < 0,3%

- Thép cacbon trung bình: C = ( 0,3 ÷ 0,7 )%
- Thép cacbon cao: C > 0,7%
3.1.2.5 Theo chất lượng
Căn cứ vào lượng photpho và lưu huỳnh chia thép thành các loại:
- Thép chất lượng thường: S = ( 0,05 ÷ 0,07 )% ; P = ( 0,05 ÷ 0,09 )%.
- Thép chất lượng tốt: S = P = ( 0,04 ÷ 0,045 )%.
- Thép chất lượng cao: S = P ≤ 0,03%.
- Thép chất lượng đặc biệt cao: S < 0,015% ; P < 0,025%.
3.1.2.6 Theo công dụng
- Thép cacbon thông dụng (thép xây dựng): thường dùng nhiều để làm các
kết cấu xây dựng ( nhà xưởng, khung tháp, cầu đường …), đóng tàu.
- Thép cacbon kết cấu: chủ yếu dùng trong chế tạo chi tiết máy.
- Thép cacbon dụng cụ: chuyên dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, dụng cụ
đo, khuôn dập.
3.1.3 Các loại thép cacbon
3.1.3.1 Thép cacbon thường(thép xây dựng)
a. Thành phần
C < 0,5%, chứa nhiều photpho và lưu huỳnh: S = ( 0,05 ÷ 0,07 )% ;
P = ( 0,05 ÷ 0,09 )%.
b. Tính chất
81


Cứng, giịn, cơ tính kém. Khơng thể nhiệt luyện để nâng cao cơ tính.
c. Ký hiệu
* Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765 – 75 )
CT kèm theo các số (31 ; 33 ; 34 ; 38 ; 42 ; 51 ; 61) chỉ giới hạn bền
nhỏ nhất khi kéo tính theo (kG/mm2).
Thép này được chia thành 3 phân nhóm:
- Nhóm A: chất lượng qui định theo cơ tính

CT31; CT33 ; CT34 ; CT38 ; CT42 ; CT51 ; CT61.
- Nhóm B: Chất lượng qui định theo thành phần hóa học
BCT31; BCT33 ; BCT34 ; BCT38 ; BCT42 ; BCT51 ; BCT61.
- Nhóm C: Chất lượng qui định theo cơ tính và thành phần hóa học
CCT31; CCT33 ; CCT34 ; CCT38 ; CCT42 ; CCT51 ; CCT61.
Nếu sau ký hiệu có các chữ: s là chỉ loại thép sôi, n là chỉ loại thép nửa
lắng, khơng có chữ là thép lắng.
Ví dụ: CCT34s - thép cacbon thường nhóm C, thuộc thép sơi, giới hạn
bền kéo бBK= 34 kG/mm.2
d. Cơng dụng
- Nhóm A: Dùng nhiều trong ngành xây dựng không cần nhiệt luyện.
- Nhóm B: Dùng để chế tạo những chi tiết khơng quan trọng như vịng
đệm; khớp nối; chốt; trục; …; làm kết cấu hàn.
- Nhóm C: Chế tạo các loại thép định hình V ; L ; U ; I ; T ;… dùng
nhiều trong ngành đóng tàu, cầu đường, làm kết cấu hàn chịu lực.
3.1.3.2 Thép cacbon kết cấu
a. Thành phần
C = ( 0,05 ÷ 0,85 )%; S = P = ( 0,04 ÷ 0,045 )%.
b. Tính chất
- Cơ tính cao hơn thép cacbon thường :
+ Giới hạn bền kéo бBK= ( 33 ÷ 115 ) kG/mm.2
+ Độ giãn dài tương đối  = ( 33 ÷ 6 )%
- Có thể nhiệt luyện nâng cao cơ tính
c. Ký hiệu(Bảng 4.1)
82


* Tiêu chuẩn Việt Nam ( TCVN 1766 – 75 )
Bắt đầu ký hiệu bằng chữ C kèm theo chữ số (5; 8; 10; 15;......; 85 ) chỉ
phần vạn cacbon ( o ooo C ).

Nếu sau ký hiệu có các chữ: s là chỉ loại thép sôi, n là chỉ loại thép nửa
lắng, khơng có chữ là thép lắng.
Ví dụ: C8s -thép cacbon kết cấu là loại thép sôi
C = 8 o ooo → 0,08%.
Bảng 4.1 Bảng đối chiếu thép kết cấu thường dùng của các nước
Nga

Trug Quốc
Phương án
mới
3
05F
08
08F
10
10F
15
20
20F
25
30
35
40
45
50

Mỹ

1
05K

08
08K
10
10K
15
20
20K
25
30
35
40
45
50

Việt nam
TCVN
176675
2
C5s
C5
C8s
C10
C10s
C15
C20
C20s
C25
C30
C35
C40

C45
C50

55

C55

55

=1055

60
65
70
75
1
80
85
15
20
25
30
35
40
45
50
65

C60
C65

C70
C75
2
C80
C85
C15Mn
C20Mn
C25Mn
C30Mn
C35Mn
C40Mn
C45Mn
C50Mn
C65Mn

60
65
70
75
3
80
85
15Mn
20Mn
25Mn
30Mn
35Mn
40Mn
45Mn
50Mn

65Mn

1060
1064
1070
1074
4
1078
1085
1016
1022
1026
1033
1037
1039
1046
1050
1065

OCT

Pháp

Đức

Tiệp

Nhật

Anh

SAE

AISI

AFNOR

DIN

CSN

JIS

BS

4
1006
1008
1006
1010
1010
1015
1020
1020
1025
1030
1035
1040
1045
1050

5
C1006
C1008
C1006
C1010
C1010
C1015
C1020
C1020
C1025
C1030
C1035
C1040
C1045
C1050
=C105
5
C1060
C1064
C1070
C1074
5
C1078
C1085
C1016
C1022
C1026
C1033
C1037

C1039
C1046
C1050
C1065

6
XC10
XC12
XC18
XC32
XC35
XC42
XC45
XC48

7
C10, CK10
C15, CK15
C20,C22
C25
C35, CK35
C45,CK45
C50,CK53

8
12013
12010
11360
12010F
11416

12030
12031
12040
12041
12050
12051

9
S9CK
SPCH1
S10C
SPH2
S15C
S20C
SPH3
S25C
S30C
S35C
S40C
S45C
S50C

10
En2A/1
En2A/1
En2A/1
En2A
En2E
En3A
En2C

En3
En1
En8A
En6
En8D
En43J

XC55

CF56

12060

S55C

En9K

XC65
XC70
6
XC80
-

C60,DK60
CK67
CK70
C75
7
40Mn4
-

12061
12062
12072
12081
8
12090
12120
-

9
-

En43D
En42B
En42E
En42C
10
En42T
En42D
En42D
En3C
En3B
En5
En8
En43B
En43
En49A

d.Cơng dụng

- Số hiệu C5; C8 có độ dẻo cao dùng chế tạo chi tiết dập nguội.
- Số hiệu C10 ; . . . . . ; C25 dùng làm bu lơng, đai ốc, vịng đệm, khớp nối,
làm tấm thép hàn, các chi tiết chịu tải trọng nhỏ cần qua thấm cacbon.
- Số hiệu C30 ; . . . . . ; C45 dùng làm các trục truyền chuyển động, bánh
răng cần qua tôi và ram.
83


- Số hiệu C50 ; . . . . . ; C85 dùng làm lị xo, nhíp thường.
4.1.3.3 Thép cacbon dụng cụ
a. Thành phần
C = ( 0,7 ÷ 1,3 )% ;

S = P ≤ 0,03%.

b. Tính chất
- Độ bền, độ cứng cao hơn thép kết cấu, chịu mài mòn, chịu va đập.
- Chịu nhiệt độ <2500C.
- Dễ mài sắc, độ nhẵn bóng cao.
- Tính thấm tơi thấp < 10mm.
c. Kí hiệu(Bảng4.2)
* Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN1822 – 76 )
Bắt đầu ký hiệu bằng chữ CD kèm theo số: 70; 80; 90; 100; 110; 120;
130 chỉ phần vạn cacbon ( o ooo C).
Chú ý: Chữ A sau kí hiệu chỉ chất lượng đặc biệt (P < 0,025% ; S <
0,015%).
Ví dụ: CD80 - thép cacbon dụng cụ C = 80 o ooo → 0,8%.
Bảng 4.2 Bảng đối chiếu thép cacbon dụng cụ thường dùng của các nước
Nga
OCT

1
Y7
Y7A
Y8
Y8A
Y9,Y9A
Y10
Y10A
Y11, Y11A
Y12, Y12A
Y13,Y13A

Việt nam
TCVN
1766-75
2
CD70
CD70A
CD80
CD80A
CD90
CD100
CD100A
CD110
CD120
CD130

Trung Quốc
Phương
án mới

3
T7.
T7A
T8
T8A
T9,T9A
T10,
T10A
T11, T11A
T12, T12A
T13, T13A

Mỹ
SAE

Pháp

Đức

Tiệp

Nhật

AFNOR

DIN

CSN

JIS

4

5

7

8

-

XC65

-

SK7

W1 - 0,8C

XC85

19752

SK6

W1 - 0,9C

XC95

19193

SK5

W1 - 1,0C

-

19192

SK4

W1 - 1,2C
-

XC110
XC120
XC150

6
C70W2
C70W1
C85W2
C85W1
C90W3
C100W2
C100W1
C110W1
C115W2
C130W2

19191
19221
19252

SK3
SK2
SK1

4.2 Thép hợp kim
4.2.1 Khái niệm chung
4.2.1.1 Thành phần hóa học
Thép hợp kim là thép ngồi Fe - C và các tạp chất, người ta cố ý đưa
vàothép một số nguyên tố hợp kim thích hợp như: Cr, Ni, Si, Mn, W, V, Mo,
Co . . . nhằm làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép theo ý muốn.
84


4.2.1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim
a. Crôm(Cr)
Crôm được đưa vào thép khoảng (1,5 ÷ 2,5)%. Trong các trường hợp đặc
biệt có thể tăng hàm lượng crơm tới 30%. Crơm có tác dụng làm tăng độ
cứng, tăng độ bền, tăng tính chống ăn mịn, tính ổn định về từ tính.
Ví dụ: thép hợp kim đặc biệt khơng gỉ và thép có từ tính thường chứa
nhiều crơm.
b. Niken(Ni )
Niken được đưa vào thép khoảng (1 ÷ 4)%. Trong các trường hợp đặc biệt
có thể tăng hàm lượng niken tới 80%. Niken có tác dụng làm tăng độ bền, độ
dẻo, tăng khả năng chịu va đập, tăng tính chống ăn mịn của thép. Tuy nhiên
niken có nhược điểm làm ảnh hưởng đến độ giãn dài của thép.
Ví dụ: hợp kim Inva với Ni(35 ÷ 37)% có hệ số giãn nở vì nhiệt

nhiệt độ thay đổi trong khoảng (- 60 ÷ + 100)0C.

0

khi

c. Vonfram(W)
Vonfram được đưa vào thép khoảng (0,8)%. Trong trường hợp đặc biệt
vonfram tăng tới  20%.
W + C → WC làm tăng độ cứng, tính chịu mài mịn, tính chịu nhiệt cao.
d. Vanađi(V)
Vanađi được đưa vào thép có tác dụng làm nhỏ hạt, tăng độ cứng, độ bền
cho thép.
e. Silic(Si )
Silic được đưa vào thép khoảng (1 ÷ 2)% có tác dụng làm tăng tính đàn
hồi, tính chống ơxy hóa, tăng điện trở, tính thấm từ, tăng độ cứng, độ bền, giảm
độ dẻo.
g. Mangan(Mn)
Mangan đưa vào thép khoảng (1 ÷ 2)% có tác dụng làm tăng độ cứng, tăng
tính chịu mài mịn, tính chịu va chạm của thép.
h. Molipđen(Mo)
Molipđen đưa vào thép để làm tăng tính chịu nhiệt, tính đàn hồi, tăng giới
hạn bền kéo, tính chống ăn mòn ở nhiệt độ cao.
i. Coban(Co)
85


Coban đưa vào thép để làm tăng tính chịu nhiệt và từ tính, tăng khả năng
chịu va chạm.
4.2.2 Phân loại thép hợp kim

4.2.2.1 Theo tổ chức thép sau thường hóa
- Thép peclit là loại thép hợp kim thấp nên tính ổn định của ostenit quá
nguội chưa cao, do vậy nguội trong khơng khí tĩnh tổ chức ostenit sẽ phân hóa
tạo thành tổ chức peclit.
- Thép mactenxit là loại thép hợp kim trung bình và cao, có tính ổn định
của ơstenit q nguội lớn, khi làm nguội trong khơng khí tĩnh đạt được tổ chức
là mactenxit, thép này cịn có tên là thép tự tôi.
- Thép ostenit là loại thép hợp kim cao (chứa nhiều nguyên tố Mn, Ni và
có thêm Cr), tổ chức Ơ có tính ổn định cao nên khi làm nguội trong khơng khí
tĩnh vẫn giữ lại tổ chức ostenit.
4.2.2.2 Theo nguyên tố hợp kim
Cách phân loại này dựa vào tên nguyên tố hợp kim chính của thép.
Ví dụ: Thép có chứa Cr gọi là thép crơm
Thép chứa Cr, Ni, Mo gọi là thép crôm- niken - molipđen.
4.2.2.3 Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim (NTHK)
Tùy thuộc vào tổng lượng nguyên tố hợp kim có trong thép chia thành 3
loại:
- Thép hợp kim thấp có tổng lượng NTHK < 2,5%.
- Thép hợp kim trung bình có tổng lượng NTHK (2,5 ÷ 10%).
- Thép hợp kim cao có tổng lượng NTHK >10%.
4.2.2.4 Theo công dụng
Đây là cách phân loại chủ yếu, thép được chia thành 3 nhóm sau:
- Thép hợp kim kết cấu là nhóm thép dùng để chế tạo các chi tiết máy và
các kết cấu kim loại
- Thép hợp kim dụng cụ là nhóm thép dùng chế tạo các loại dụng cụ bao
gồm dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo.
- Thép hợp kim đặc biệt là nhóm thép có các tính chất vật lý và hóa học
đặc biệt.

86

Ví dụ: tính chống ăn mịn cao (khơng gỉ), làm việc ở nhiệt độ cao, tính
giãn nở nhiệt đặc biệt.
4.2.3 Ký hiệu thép hợp kim
4.2.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN1659 – 75)
- Nguyên tắc chung: Tiêu chuẩn Việt Nam giống tiêu chuẩn ISO.
+ Tên nguyên tố được lấy theo kí hiệu hóa học, số đứng sau biểu thị % của
NTHK đó.
+ Tất cả các số đứng đầu ký hiệu chỉ phần vạn cacbon ( o ooo C ).
Ví dụ: 40Cr12
Thép hợp kim: C = 40 o ooo , Cr = 12%
- Điểm khác tiêu chuẩn ISO:
Thép ổ bi ký hiệu OL, số đứng sau L chỉ phần trăm Crôm (% Cr ).
Ví dụ: 0L1,5 SiMn - Thép ổ bi
C ≥ 1% , Cr = 1,5% , Si = Mn = 1%, cịn lại là % của Fe.
Thép gió: sau 2 hoặc 3 số đứng đầu là nguyên tố vonfram có hàm lượng từ
(9 ÷ 18)%
Ví dụ: 140W9V2
Thép gió: C = 140 o ooo → 1,4% ; W = 9% ; V = 2%, còn lại là % của Fe.
4.2.3.2. Tiêu chuẩn Nga(OCT )
Thép hợp kim được ký hiệu bằng hệ thống chữ và số:
Ví dụ: 15X ; 9XC ; XB5 ; 00X23ю4 ; 0X18H9T . . .
a. Quy ước của ký hiệu
- Các chữ
Dùng để ký hiệu các nguyên tố hợp kim có trong thép, thường được lấy từ
chữ cái đầu tiên trong tên gọi nguyên tố hóa học của tiếng Nga, trong trường
hợp trùng nhau một số nguyên tố phải ký hiệu bằng chữ khác. Các ký hiệu như
sau:
X - crôm

 - mangan

A - nitơ

H - niken

K - coban

Б - niôbi

B - vonfram

ю - nhôm
87

 - zêcôni


Ф - vanađi

Д - đồng

M - molipđen

P - bo

C - silic

T - titan

ч - đất hiếm

- Các số
* Các số đứng đầu ký hiệu:dùng để chỉ thành phần cacbon trung bình với
qui ước:
+ Nếu có 2 số: cacbon tính theo phần vạn ( o ooo ); là thép hợp kim kết cấu.
+ Nếu có 1 số: cacbon tính theo phần nghìn ( o oo ); là thép hợp kim dụng
cụ.
+ Nếu không ghi số: cacbon ( ≥ 1% ); là thép hợp kim dụng cụ.
+ Nếu có 2 số 00: Cacbon (≤ 0,04% ); là thép hợp kim đặc biệt.
+ Nếu có 1 số 0: cacbon (≤ 0,08% ); là thép hợp kim đặc biệt.
* Các số đứng sau các nguyên tố hợp kim: số đứng sau nguyên tố hợp kim
nào chỉ phần trăm (% ) của nguyên tố hợp kim đó. Nếu sau các ngun tố hợp
kim khơng ghi số thì ngun tố hợp kim đó ≤ 1%.
Chú ý: sau mác thép có chữ A chỉ loại thép có chất lượng đặc biệt chứa
P ≤ 0,025%; S ≤ 0,015%.
Ví dụ: 12X2H4A - Thép hợp kim kết cấu chất lượng đặc biệt
C = 12 o ooo = 0,12% ; Cr = 2% ; Ni = 42%. Còn lại là % của Fe.
Ví dụ: 3X2B8

- Thép hợp kim dụng cụ

C = 3 o oo = 0,3% ; Cr = 2% ; W = 8%. Cịn lại là % của Fe.
Ví dụ: XB5

- Thép hợp kim dụng cụ

C ≥ 1% ; Cr = 1% ; W = 5%. Còn lại là % của Fe.
Ví dụ: 00X23ю4 - Thép hợp kim đặc biệt

C ≤ 0,04% ; Cr = 23% ; Aℓ = 4%. Cịn lại là % của Fe.
Ví dụ: 0X18H9T

- Thép hợp kim đặc biệt

C ≤ 0,08% ; Cr = 18% ; Ni = 9% ; Ti = 1%. Còn lại là % của Fe.
b. Ký hiệu một số nhóm thép chuyên dùng
Người ta qui định các ký hiệu riêng cho các nhóm thép chuyên dùng với
các qui ước như sau:
88


- P là thép gió, số đứng sau P chỉ phần trăm (% )W.
Ví dụ: P18K5Ф2 - Thép gió
C ≥ 1% ; W = 18% ; Co = 5% ; V = 2%, còn lại là % của Fe.
- ШXlà thép ổ bi, số đứng sau X chỉ phần nghìn ( o oo )Cr
Ví dụ: ШX15C - Thép ổ bi
C ≥ 1% ; Cr = 15

o

oo

→ 1,5% ; Si = Mn = 1%. Còn lại là % của Fe.

- E là thép từ tính cứng
Ví dụ: EX5K15M - Thép từ tính cứng
C ≥ 1% ; Cr = 5% ; Co = 15% ; Mo = 1%. Còn lại là % của Fe.
- Э là thép từ tính mềm, số sau chữ Э chỉ % Si, Số thứ hai chỉ tính thấm
từ (theo cấp ).

Thép này dùng nhiều trong kỹ thuật điện dập thành lá thép mỏng nên còn
gọi là thép kỹ thuật điện. Thành phần cacbon trong thép này rất thấp nằm
trong khoảng C = (0,01 ÷ 0,1)% .
Ví dụ: Э32 - Thép từ tính mềm
C = (0,01 ÷ 0,1)% ; Si = 3% ; độ thấm từ cấp 2.
4.2.3.3 Bảng ký hiệu thép hợp kim của một số nước
Bảng 4.3a Bảng đối chiếu các loại thép hơp kim kết cấu thường dùng
nhất của các nước.
Loại
vật
liệu
1
Thép
hợp
kim
kết
cấu

Thép
hợp
kim
kết
cấu

Việt Nam
TCVN1
659 – 75
2
30Mn2
36Mn2Si

15Cr
20Cr
30Cr
40Cr
45Cr
50Cr
38CrSi
20CrMn
35CrMn2
40CrMn
25CrMnSi
30CrMnSi
35CrMnSi
20CrV
40CrVA
18CrMnTi
30CrMnTi
16Mo
15CrMn
20CrMo
25CrMo
30CrMo

Nga
OCT
3
302
362C
15X
20X

30X
40X
45X
50X
38XC
20X
35X2
40X
25XC
30XC
35XC
20XФ
40XФA
18XT
30XT
15M
15XM
20XM
25XM
30XM

Trung Quốc
Phương án
mới
4
30Mn2
36Mn2Si
15Cr
20Cr
30Cr

40Cr
45Cr
50Cr
38CrSi
20CrMn
35CrMn2
40CrMn
25CrMnSi
30CrMnSi
35CrMnSi
20CrV
40CrVA
18CrMnTi
30CrMnTi
16Mo
15CrMn
20CrMo
25CrMo
30CrMo

Mỹ

Pháp

Đức

Tiệp

Nhật

SAE

AISI

AFNOR

DIN

CSN

JIS

5
1502
5115
5120
5130
5140
5145
5150
5120
5140
6120
6140
4015
4120
4125
4130

6

C1502
5115
5120
5130
5140
5145
5150
5120
5140
6120
6140
4015
4120
4125
4130

7
12C3
18C3
32C4
30C4
45C4
2CMC5
18CV4
40CV4
12CD4
20CD4
25CD4
-

8
37MnSi5
15Cr3
34Cr4
41Cr4
20MnCr5
42CrV6
14Mo3
16CrMo4
20CrMo5
25CrMo4
-

9
12340
14120
15104
14150
14314
14221
14240
14330
14331
14342
15232
151551
15121
15124
15130
15131

10
SCr22
SCr2
SCr4
SCr5
SCM21
SCM22
SCM2

89


Thép
lò xo

Thép
ổ lăn

35CrMo
42CrMo
38CrAℓA
38CrMoAℓ
40B
45B
40MnB
45MnB
40CrB
40CrMnB
20CrNi

40CrNi
12CrNi2A
12CrNi3A
12CrNi4A
20CrNi3A

35XM
38XЮA
38XMЮ
40XP
40XP
20XH
40XH
12XH2
12XH3A
12XH4A
20XH3A

35CrMo
42CrMo
38CrAℓA
38CrMoAℓ
40B
45B
40MnB
45MnB
40CrB
40CrMnB
20CrNi
40CrNi

12CrNi2A
12CrNi3A
12CrNi4A
20CrNi3A

20Cr2Ni4

20XH4

20Cr2Ni4

4135
4142
10B40
10B45
14B40
14B45
51B40
51B40
3120
3140
3125
3310
3312
3316
3320

30CrNi3A

30XH3A

30CrNi3A

3325 3330

40CrNiMoA
55MnSi
60SiMn
55Si2Mn
60SiMnA
63Si2MnA
60Si2CrA
50CrMn
50CrVA
0L0,6
0L0,9
0L10
0L1,5SiMn

40XHMA
55C
60C
55C2
60C2A
63C2A
60C2XA
50X
50XФA
ШX6
ШX9

ШX15
ШX15C

40CrNiMoA
55MnSi
60SiMn
55Si2Mn
60SiMnA
63Si2MnA
60Si2CrA
50CrMn
50CrVA
GCr6
GCr9
GCr10
GCr15SiMn

4340
9255
9260
9262
6150
50100
51100
52100
-

1435
4142
3120

3140
3125
3310
.3312
3316
3320
3325
3330
4340
9255
9260
9262
6150
E50100
E51100
E63100
-

35CD4
45CD4
20NC
35NC6
10NC1
14NC12
12NC15
-

34CrMo4
42CrMo4
34CrAℓ6

32CrMoAℓ
18NiCr8
35NiCr6
14NiCr10
14NiCr14
14NiCr18
22NiCr14

14340
15340
16220
16250
16420
-

SC13
SC14
SNC21
SNC22
-

20NC14

20NiCr14

-

-

16331

SNC2

16341
14260
13261
13270
1620
14101
14102
14100
14200

SNC8
SUP7
SUP9
SUP10
SuJ1
SuJ2
SuJ3

28(36)NiCr1
0
36CrNiMo4
53MnSi4
65SiMn5
55Si7
65Si7
66Si7
67SiCr5

50CrV4
105Cr2
105Cr4
100Cr6
100CrM6

30NC12
35NCD6
55S6
50CV4
100C3
100C5
100C6
-

Bảng 4.3b Bảng đối chiếu các loại thép hơp kim dụng cụ thường dùng
nhất của các nước
Loại
vật
liệu
1

Thép
hợp
kim
dụng
cụ

Thép
hợp

kim
dụng
cụ

Trung Quốc
Phương án
mới
4
6SiCr
9SiCr
SiCr
4SiCrV
Cr2
Cr
Cr06
9Cr2
8Cr3
Cr12
CrMn
5CrMnMo
CrMnSi
CrW5
Cr12W
3Cr2W8V
CrWMn
9CrWMn
Cr12Mo
5CrW2Si
6CrW2Si
4CrW2Si

8Cr3
CrMn

Mỹ

Pháp

Đức

Tiệp

Nhật

SAE

AFNOR

DIN

CSN

JIS

2
6XC
9XC
4XC
X2
X
X05

9X
8X3
X12
X
5XM
XC
XB5
3X2B8
XB
9XB
X12M
5XB2C
6XB2C
4XB2C
8X3
X

Việt Nam
TCVN
(659 – 75)
3
60SiCr
90SiCr
100SiCr
40SiCrV
100Cr2
100Cr
100Cr06
90Cr2
80Cr3

100Cr12
100CrMn
50CrMnMo
100CrMnSi
100CrW5
100Cr12W
30Cr2W8V
100CrWMn
90CrWMn
100Cr12Mo
50CrW2Si
60CrW2Si
40CrW2Si
80Cr3
100CrMn

5
L1
W5
L7
D3
F3
H21
01
D2
S1
-

6
150C6

100C6
100C6
Z200C12
80M8
120WC45 – 02

7
60SiCr5
90SiCr5
125SiCr5
45SiV6
100C
110Cr2
100Cr6
210Cr46
145Cr
210CrW46
30WCrV3411
105WCr6
45WCrV77
165CrMoV46
45WCrV77
55WCrV7
35WCrV7
-

8
19452
19460
19460

N9450
90Cr3
N9427
19436
N9520
19712
N9137
19712
19712
19721
19950
19732
19733
N9419
19423

9
19420
SK8
SKD1
SKT5
SKS1
SKD2
SKD5
SKS31
SKS3
SKD11
SKS41
-

5XHM

50CrNiMo

5CrNiMo

L6

35NiCrMoV7

N9663

SKT41

-

30W4CrSiV
30W4CrV
100W12C4
-

3W4CrSiV
3W4CrV
W12C4
-

-

30WCrV15
30WCrV179

EV4

19740
19720
-

SKD4
-

Nga
OCT

Z30WC09 – 03
100WC15 – 04
80M8
Z200C12
45WC20 – 04
40WC20 – 04
40WCDS35 -12
115CrV3
60NCDV06 02
45WC20 – 04
Z12WV15 – 03
-

90


Thép
gió

P18
P9

100V4M10
100W18C4V
100W9C4V2

V4M10
W18C4V
W9C4V2

T1
T7

Z80W18
Z70W12

B18
ABC11

19826
19802

SKH2
SKH6

Bảng 4.3c Bảng đối chiếu các loại thép hơp kim đặc biệt thường dùng
của các nước.
Nga

Loại
vật
liệu
1

Thép
chốn
g gỉ
và
chịu
axit

TThé
p
chịu
nhiệt
và
hợp
kim
điện
trở
lớn

Pháp

Đức

Nhật

Anh

AISI

AFNOR

DIN

JIS

BS

6
430

7
Z8C17

8
6X25Cr14
X8Cr17

9
SUS24

10
En6

440C

-

X9CrMnV18

-

-

Cr25Ti
Cr17Ni2
0Cr18Ni 9
1Cr18Ni 9
2Cr18Ni 9

5
51430
51440
C
51446
51431
30304
30302
-

446
431
304
302
-

Z15CN16- 2

Z6CN18- 10
Z12CN18-10
Z12CN18- 10

X22CrNi17
X5CrNi18- 9
X12CrNi18-9
-

SUS44
SUS28
SUS27
SUS40

En5
En5
En5
-

10Cr18Ni 9Ti

1Cr18Ni 9Ti

30321

321

Z10CNT18-10

X12CrNiTi18-9

SUS29

En5

100Cr23Ni13

Cr23Ni13

30309S

309S

Z10CN25- 13

-

SUS41

-

100Cr25Ni20Si2

Cr25Ni20Si2

30314

314

-

X15CrNiSi25-20

SEH5

-

100Cr23Ni18
40Cr9Si2
100Cr13Si3
100Cr5Mo

Cr23Ni18
4Cr9Si2
Cr13Si3
Cr5Mo

3031S
51501

310S
501

Z15CN25 - 20
Z10CNS25- 20
Z45CS10
Z20CD5

X15CrSi9
X10Cr13

-

SUS42
SEH1
SEH2
-

En5
-

40Cr10Si2Mo

4Cr10Si2Mo

-

-

Z45CSD10

6X40CrSi13

SEH3

-

100Cr13SiAℓ

Cr13SiAℓ

-

-

-

X10CrAℓ13

SUS38

-

100Cr13Aℓ4

Cr13Aℓ4

-

-

-

-

-

-

Trung Quốc

Mỹ

OCT

Việt Nam
TCVN
(659 – 75)

Phương
mới

SAE

2
X14
X17

3
100Cr14
100Cr17

4
Cr14
Cr17

X18

100Cr18

Cr18

X25T
X17H2
0X18H9
1X18H9
2X18H9
1X18H9
T
X23H13
X25H20
C2
X23H18
4X9C2
X5M
4X10C2
M
-

100Cr25Ti
100Cr17Ni2
08Cr18Ni 9
10Cr18Ni 9
20Cr18Ni 9

X13Ю4

án

4.2.4 Các loại thép hợp kim
4.2.4.1 Thép hợp kim kết cấu

a. Thép thấm cacbon
*Thành phần
C = (0,1 ÷ 0,25)%, các nguyên tố để hợp kim hóa thép thấm cacbon là Cr,
Ni, Ti, Mn, ngồi ra có V, Mo.
*Tính chất
- Do thép có thành phần cacbon thấp nên thép có độ bền thấp, độ dẻo dai
cao, dễ rèn, dập nhưng khó cắt gọt (phoi khó gãy).
- Khơng thấm tơi nên để nâng cao cơ tính cho thép phải thấm cacbon trước
khi tôi và ram thấp, do đó thép này có tên gọi là thép thấm cacbon.
* Số hiệu công dụng
- 15Cr ; 20CrNi dùng làm các chi tiết nhỏ với đường kính < 30mm, yêu
cầu chống mài mòn cao ở bề mặt và chịu tải trọng trung bình như các chốt
pittơng, các trục nhỏ (trục xe đạp, pêđan, trục cam ôtô…)
91


- 20CrNi ; 12Cr2Ni4A… Độ thấm tôi cao, đảm bảo độ bền, độ dai cao,
dùng làm các chi tiết thấm cacbon chịu tải trọng tĩnh và va đập cao nhất.
- 18Cr2Ni4Mo dùng làm các chi tiết đặc biệt quan trọng như bánh răng,
trục của động cơ máy bay, tàu biển…
- 18CrMnTi ; 25CrMnMo… Sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt chế
tạo chi tiết trong ô tô, máy kéo như các bánh răng hộp số, bánh răng cầu sau, các
trục quan trọng.
b. Thép hóa tốt
* Thành phần
C = (0,3 ÷ 0,5)%, các ngun tố chính hợp kim hóa thép là Cr, Ni, Si, Mn
nhằm để tăng tính thấm tơi. Ngồi ra cịn bổ sung một lượng nhất định ngun
tố hợp kim phụ là B, Mo, V, Ti, Aℓ nhằm để tăng hiệu quả hóa bền bằng nhiệt
luyện (khắc phục giịn bằng ram nguội nhanh, làm cho thép có hạt nhỏ đảm bảo
cơ tính tổng hợp cao).

*Tính chất
- Cơ tính tổng hợp cao nhất của thép đạt được bằng nhiệt luyện hóa tốt nên
có tên là thép hóa tốt.
- Tính hàn, tính cắt gọt tốt.
* Số hiệu và cơng dụng
- 40Cr ; 40CrBo: dùng làm các chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ, áp
suất riêng và tải trọng trung bình như trục, bánh răng hộp số các máy cắt gọt.
- 30CrMnSi ; 40CrMnSi: dùng nhiều trong chế tạo ôtô (các trục, kết cấu
chịu lực, chi tiết ở bộ phận lái).
- 40CrNiMo ; 45CrNi: dùng làm các chi tiết chịu tải trọng động như các
chi tiết trong máy bay, trục vít hệ thống lái ơtơ…
- 40CrMnTiBo: dùng làm trục lớn đường kính (40 ÷ 50)mm, chịu tải trọng
nặng như trục láp ôtô tải.
- 38CrMnAlA: dùng để thấm Nitơ
- 38CrNi3MnVA: dùng làm chi tiết lớn quan trọng như trục rôto tcbin,
hộp giảm tốc…
c. Thép lị xo
* Thành phần

92


C = (0,5 ÷ 0,7)% ngun tố hợp kim chính Si, Mn. Ngồi ra có Cr, Ni, V
để tăng độ thấm tơi và ổn định tính đàn hồi.
* Tính chất
- Giới hạn đàn hồi, giới hạn mỏi cao, độ dai va đập tốt.
- Độ nhẵn bề mặt tốt.
* Số hiệu và cơng dụng
- 65Mn; 70Mn có giới hạn đàn hồi thấp, dùng làm lò xo thường.
- 50CrVA; 50CrMnVA: dùng làm lị xo, nhíp quan trọng tiết diện nhỏ,

chịu tải trọng nhẹ.
- 55Si2 ; 70Si2 có giới hạn đàn hồi cao, dùng làm lị xo, nhíp chiều dày tới
18mm trong ơtơ, máy kéo, tàu biển và xe lửa.
- 60Si2CrA; 60Si2Ni2A có độ thấm tơi lớn, dùng làm lị xo, nhíp lớn chịu
tải trọng nặng và đặc biệt quan trọng.
d. Thép ổ bi
Hiện nay trong các máy dùng rất nhiều ổ lăn(ổ bi). Để chế tạo chúng
người ta dùng loại thép hợp kim chuyên dùng, được gọi là thép ổ bi.
* Thành phần
C  1% ít tạp chất S < 0,02%, P < 0,027%, hợp kim hóa bằng (0,6÷1,5)
%Cr, ngồi ra cịn có Mn, Si để làm tăng độ thấm tơi, đảm bảo cơ tính đồng
nhất.
* Tính chất
- Độ cứng cao (62 ÷ 64) HRC, chịu mài mịn tốt, khơng có đặc điểm mềm.
- Tính thấm tơi tốt, cơ tính đồng nhất.
c. Số hiệu và cơng dụng
- 0L0,6: chế tạo các vịng, bi, có chiều dày và đường kính nhỏ hơn 10mm.
- 0L0,9: chế tạo bi có đường kính d =(13,5 ÷ 22,5)mm
- 0L1,5: chế tạo bi có d > 22,5mm
- 0L1,5SiMn: chế tạo bi có d > 30mm.
e. Các nhóm thép kết cấu và đặc điểm nhiệt luyện chúng.
*Thép thấm cacbon: là nhóm thép có lượng cacbon thấp ≤ o,25%. Khi chế
tạo các chi tiết có kích thước lớn có thể dùng thép có thể dùng thép đến 0,3% C.
Do ít cacbon nên thép có độ bền thấp trong đó độ dẻo lại quá cao. Để đảm bảo
93


độ bền cao nhất loại thép này phải qua tôi và ram thấp. Muốn có lớp bề mặt với
độ cứng và tính chống mài mịn cao, trước đó phải thấm cacbon tức nhiệt luyện
theo trật tự: thấm cacbon - tôi ram thấp.

*Thép hóa tốt: là nhóm thép có hàm lượng cacbon trung bình (0,3 ÷ 0,5)%.
Do lượng cacbon vừa phải nên ở trạng thái cung cấp (ủ hoặc thường hóa) thép
đã có cơ tính tổng hợp cao, tuy ở mức độ thấp. Cơ tính tổng hợp cao nhất đạt
dược khi thép dược nhiệt luyện hóa tốt (tơi và ram cao) để nhận được xoocbit.
Với các chi tiết yêu cầu bề mặt có độ cứng cao để chống mài mịn thì sau khi
nhiệt luyện hóa tơt, thép cịn phải tơi bề mặt và ram thấp.
* Thép lị xo: là nhóm thép có hàm lượng cacbon tương đối cao (hay trung
bình cao), Khoảng (0,5 ÷ 0,65)%, các thép này sẽ đạt được giới hạn đàn hồi cao
nhất khi tổ chức là trôxtit bằng nhiệt luyện tơi + ram trung bình.
4.2.4.2 Thép hợp kim dụng cụ
4.2.4.2.1 Thép làm dao cắt
a. Các yêu cầu đối với thép làm dao cắt
- Cơ tính
+ Độ cứng > 60HRC, để tạo ra áp lực cao của dao cắt lên phôi, tách thành
phoi, độ cứng của lưỡi cắt nói riêng và độ cứng của dao nói chung phải cao hơn
độ cứng của phơi, nhưng vẫn đảm bảo tính chịu va đập.
+ Tính chống mài mịn tốt, để đảm bảo cho lưỡi cắt của dao làm việc được
lâu bền trong điều kiện mài sát và áp lực lớn.
+Tính cứng nóng cao: khả năng duy trì được độ cứng khi làm việc ở nhiệt
độ nhiệt độ cao.
- Thành phần hóa học
+Thành phần cacbon
Hàm lượng cacbon > 0,7%, thông thường dùng loại cao tới trên dưới 1%.
Để đảm bảo cho dao cắt có độ cứng và tính chống mài mịn cao, tổ chức sau khi
tôi và ram là mactenxit và cacbit dư, rất ít ơstenit.
Ngồi làm tăng tính chống mài mịn, cacbit dư có tác dụng cản trở sự phát
triển của ôstenit của thép khi nung tôi nên giữ được hạt nhỏ, đảm bảo cho
dao có độ dai nhất định. Thơng thường thép làm dao cắt có cacbit dư cao nằm
trong khoảng (15 ÷ 20)%.
+Thành phần hợp kim

94


Hợp kim hóa bởi các nguyên tố: Cr, W, Si, Mn, Mo…nhằm đạt được 2
mục đích chính: làm tăng tính thấm tơi (thép tơi dễ cứng), đồng thời làm tăng
tính cứng nóng.
b. Các loại thép làm dao cắt
*Thép làm dao cắt năng suất thấp
C = (0,8 ÷ 1)% nguyên tố hợp kim thường dùng Cr, W, Si, Mn.
* Thép làm dao cắt năng suất cao(thép gió)
- Thành phần hố học
Thép gió là tên gọi Việt nam của các thép dụng cụ có năng suất cao với
nguyên tố hợp kim chủ yếu là vonfram, ngồi ra có chứa một lượng khá lớn
molipđen, coban, vanađi, crơm .
Người ta phân chia thép gió thành 2 nhóm: nhóm có năng suất bình thường
(tốc độ cắt khoảng 25m/ph) và nhóm có năng suất cao(tốc độ cắt khoảng 35m/ph
hoặc cao hơn).
+Thành phần cacbon trong thép gió khoảng (0,7 ÷ 1,4 )%, các số hiệu với
lượng cacbon tới (1,2 ÷ 1,4)% là để kết hợp với W và đặc biệt là V thành cacbit
ổn định làm tăng mạnh tính chống mài mịn.
- Đặc điểm tính chất
Trong tất cả các loại thép làm dao thì thép gió là loại thép làm dao tốt
nhất, so với thép cacbon dụng cụ và thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt năng suất
thấp, nó có tốc độ cắt (25 ÷ 35) m/ph cao gấp (2 ÷ 4) lần, tuổi bền (8 ÷ 10) lần,
tính cứng nóng đạt (560 ÷ 600)0C, có độ thấm tôi cao.
* Số hiệu và công dụng
80W12Cr4v2Mo; 85W6Mo5Co5Cr4v2; 90W9Co5Cr4v2Mo: dùng làm
dao cắt khơng u cầu mài mịn cao.
90W18Cr4W2Mo; 150W10Co5V5Cr4Mo; 130W14v4Cr4No: dùng làm

dao cắt gia công các loại thép khó cắt gọt như thép khơng gỉ, thép có độ bền cao,
thép bền nóng có tổ chức ostenit.
4.2.4.2.2 Thép làm khuôn dập
Thép làm dụng cụ biến dạng dẻo kim loại là thép làm khuôn dập. Theo
nhiệt độ biến dạng chia ra 2 loại: loại biến dạng dẻo phôi kim loại ở nhiệt độ cao
(đối với phôi thép >10000C) là khuôn dập nóng, loại biến dạng dẻo phơi kim
loại ở nhiệt độ thường là khuôn dập nguội.
a. Thép làm khuôn dập nguội
95


*Điều kiện làm việc và yêu cầu
Khi làm việc, các khn dập nguội ngồi chịu áp lực rất lớn, cịn phải chịu
ứng suất uốn, lực va đập, và lực ma sát.
Yêu cầu đối với thép làm khuôn dập nguội
Để đảm bảo điều kiện làm việc như vậy, thép làm khuôn dập nguội phải
đạt được các yêu cầu cơ tính sau:
-Độ cứng khoảng (58 ÷ 62) HRC tùy thuộc vào loại khn, chiều dày và
độ cứng của thép đem dập.
-Tính chống mài mòn cao để đảm bảo làm việc được lâu dài.
- Độ bền và độ dai đảm bảo chịu được tải trọng va đập.
- Tính cứng nóng khoảng (350 ÷ 450)0C.
*Thành phần
Để đạt được các yêu cầu cơ tính như trên, thép làm khn dập phải có
thành phần cacbon trong khoảng trên dưới 1%, trong trường hợp chịu va đập cao
lượng cacbon chỉ cần (0,4 ÷ 0,6)%. Nguyên tố hợp kim của thép được quyết
định bởi tính cứng nóng, tính chống mài mịn và tính thấm tơi như: Cr, Mn, Si,
W.
* Số hiệu và công dụng
-Thép hợp kim thấp 100Cr; 100CrWMn; 100CrWMnSi, độ thấm tôi tương

đối cao dùng làm các khn dập có kích thước trung bình (75 ÷ 100) mm.
- Thép crơm trung bình 100Cr7WMnV, độ thấm tơi khoảng (70 ÷ 80 mm,
độ bền độ dai cao dùng làm dụng cụ biến dạng có độ bền cao, hình khắc mảnh,
chịu mài mịn như dụng cụ lăn ren.
- Thép crơm cao 100Cr12; 100Cr12Mo; 100Cr12;100Cr12V, có tính
chống mài mịn tốt, tính thấm tôi tốt, dùng làm các khuôn dập lớn, yêu cầu độ
chính xác (khn để dập tơn Silic, làm bánh cán ren…).
- Thép hợp kim có cacbon trung bình 40CrSi; 60CrSi; 40CrW2Si;
50CrW2Si5, dùng làm dụng cụ biến dạng với tải trọng va đập như đục, búa hơi,
khuôn cắt thép tấm dày (3 ÷ 4)mm
b.Thép làm khn dập nóng
* Điều kiện làm việc và yêu cầu
Khi làm việc, các khuôn dập nóng chịu tải trọng lớn và va đập, ln ln
tiếp xúc với phơi có nhiệt độ cao hơn 1000 0C. Điều kiện biến dạng không liên
96


tục nên sau mỗi lần biến dạng, khuôn lại bị nguội đi, do vậy khuôn dập luôn
chịu đựng trạng thái nung nóng xen kẽ với làm nguội, dễ gây rạn, nứt bề mặt
làm việc.
Yêu cầu đối với thép làm khuôn dập nóng
Để đảm bảo điều kiện làm việc của khn dập nóng như vậy thép đem
dùng phải đạt được các yêu cầu về cơ tính sau:
- Độ bền và độ dai cao để chịu được tải trọng va đập khi biến dạng. Độ
cứng thấp khoảng (350 ÷ 450)HB.
-Tính chống mài mòn tốt để đảm bảo làm việc được lâu dài, sử dụng được
tới hàng vạn lần biến dạng.
- Tính chống mỏi nhiệt độ cao
- Tính chống ram tốt, đảm bảo độ bền nóng tốt.
-Tính thấm tơi cao để đạt cơ tính đồng nhất trên tiết diện thép làm khn

dập lớn.
* Thành phần
Để đạt yêu cầu cơ tính trên, thép làm khn dập nóng đều là các thép hợp
kim với thành phần cacbon trung bình (0,3 ÷ 0,5)%, lượng ngun tố hợp kim
cần thiết để đảm bảo độ thấm tơi, tính bền nóng, tính chống ram như Cr, Ni,
W…
* Số hiệu và công dụng
- Thép crôm - niken: 50CrNiMo; 50CrNiTi; 50CrNiSi; 50Cr5W2VSi,
dùng làm dụng cụ lớn như khuôn rèn) .
- Thép crôm - vonfram - molipđen - vanađi.
Các số hiệu thường dùng: 30Cr2W8; 30Cr2W8V; 40Cr2W5MoV trong đó
dùng phổ biến nhất là 30Cr2W8V có tính thấm tơi cao, có thể làm việc trong
điều kiện chịu tải trọng nặng, bề mặt bị nung nóng tới 700 0C,dùng làm khn
nhỏ như khn kéo, chồn, ép…
4.2.4.2.3Thép làm dụng cụ đo
a. Điều kiện làm việc và yêu cầu
Trong chế tạo cơ khí thường phải sử dụng tới dụng cụ đo với các cấp chính
xác khác nhau như: Pame, thước cặp, thước đo độ dài, đo góc, dưỡng, ca lip,
chúng thường xuyên bị cọ sát với chi tiết gia cơng do đó dễ bị mịn, biến dạng
làm sai lệch kết quả đo.
97


b. Yêu cầu đối với thép làm dụng cụ đo
Để đảm bảo độ chính xác của dụng cụ đo, thép đem dùng phải đạt các yêu
cầu sau:
- Độ cứng và tính chống mài mịn cao ít mịn khi cọ sát với chi tiết, do đó
đảm bảo độ chính xác cao. Độ cứng có thể tới (62 ÷ 65)HRC.
- Kích thước không đổi trong suốt thời gian làm việc lâu dài (từ vài đến
hàng chục năm). Sự ổn định kích thước được đánh giá bởi hệ số giãn nở vì nhiệt

nhỏ và đặc biệt là sự ổn định cao của tổ chức tế vi trong phạm vi nhiệt độ làm
việc.
c. Thành phần
Để đạt được các yêu cầu trên thép làm dụng cụ đo với cấp chính xác cao
phải có thành phần hóa học sau:
- Cacbon khoảng 1%, thường là các thép sau cùng tích, sau khi tơi (đảm
bảo chống mài mịn) và đạt độ nhẵn bóng cao khi mài.
- Nguyên tố hợp kim thấp với các nguyên tố nâng cao độ thấm tơi, bảo
đảm tơi trong dầu ít bị biến dạng. Thường dùng Cr và Mn, trong đó ngồi tác
dụng thấm tơi Mn cịn giúp cho sau khi tơi kích thước của thép không thay đổi
(so với trước khi tôi) nhờ nâng cao chút ít lượng ơstenit dư.
d. Số hiệu và công dụng
- 100Cr; 100CrMn; 100CrWMn dùng làm dụng cụ đo với độ chính xác
cao.
- 12CrNi3A dùng làm dụng cụ đo cấp chính xác thấp, phải qua thấm
cacbon, tơi và ram thấp nâng cao tính chống mài mịn bề mặt.
- 38CrMoAlA dùng làm các dụng cụ đo lớn, hình dạng phức tạp, phải qua
thấm nitơ.
4.2.4.4 Thép và hợp kim đặc biệt
(Thép và hợp kim có tính chất vật lý, hóa học đặc biệt)
Đúng như tên gọi, các thép có tính chất vật lý, hóa học đặc biệt so với thép
hợp kim thường nó khác cả về thành phần hóa học lẫn tổ chức tế vi, được dùng
vào các mục đích đặc biệt và được gọi tắt là thép đặc biệt.
Trong chế tạo cơ khí thường gặp các nhóm thép đặc biệt sau:
- Thép khơng gỉ, có tính chống ăn mịn cao.
- Thép và hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao.
98


- Hợp kim có tính giãn nở nhiệt đặc biệt.

- Hợp kim có điện trở lớn.
- Thép và hợp kim từ tính.
Cần chú ý rằng các thép và hợp kim đặc biệt, tuy được sử dụng với khối
lượng ít song đóng vai trị rất quan trọng trong kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật hiện
đại. Đặc điểm nổi bật của một số thép hợp kim đặc biệt thông dụng là thành
phần hợp kim rất cao, rất ít hoặc rất nhiều cacbon thường có tổ chức một pha là
ơstenit và ferit, rất ít trường hợp có tổ chức là peclit.
4.2.4.4.1Thép khơng gỉ
Trong cơng nghiệp hóa học và trong đời sống hàng ngày thường phải sử
dụng đến nhiều các chi tiết máy, dụng cụ, đồ dùng bằng thép có tính chống ăn
mịn cao trong khí quyển và các mơi trường khác. Để đáp ứng nhu cầu trên
người ta đã nghiên cứu chế tạo ra loại thép khơng gỉ.
a. Thành phần hóa học
- Thành phần cacbon thấp. Thành phần cacbon càng thấp, số lượng pha
cacbit trong thép càng ít, dịng điện ăn mịn càng nhỏ, tính chống ăn mịn càng
cao. Làm việc trong mơi trường ăn mịn càng mạnh, lượng cacbon u cầu càng
phải giảm thấp.
- Lượng nguyên tố hợp kim cao. Tất cả các loại thép khơng gỉ đều có hàm
lượng Cr > 12% và một lượng lớn Ni và Mn, ngoài ra cịn có Ti, Nb.
b. Các loại thép khơng gỉ
* Thép khơng gỉ 2 pha
-Thành phần: cacbon (0,1 ÷ 0,4)% , chứa Cr > 12%.
- Đặc điểm: thép gồm tổ chức 2 pha ferit và cacbit, sau khi tôi đạt độ cứng
cao tổ chức nhận được là ferit - mactenxit hoặc mactenxit.
- Số hiệu và công dụng
10Cr13; 20Cr13 ở trạng thái ủ khá dẻo dai, có thể chịu được biến dạng
nguội và hàn, được dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu ăn mịn, chịu nhiệt độ
cao( khơng q 4500C) như cánh tuốcbin hơi, bộ phận crăckinh dầu mỏ.
30C13; 40Cr13 với lượng cacbon cao hơn, độ bền và độ cứng cao hơn,
song độ dẻo và độ dai thấp hơn, có thể gia cơng biến dạng nóng và khi hàn dễ

nứt, dùng làm dụng cụ mổ (trong y tế), đồ dùng hàng ngày (dao, kéo không gỉ ),
ổ bi và lị xo làm việc trong một số mơi trường ăn mịn
* Thép khơng gỉ 1 pha
99


Thép có tổ chức ơstenit hoặc ferit, trong thép hầu như khơng tạo thành các
cặp pin tế vi. Thép có tính chống ăn mịn cao trong các dung dịch axit nên
cịn được gọi là thép chịu axit.
- Thép ơstenit (thép không gỉ crôm - niken ).
+ Thành phần: C ≤0,2% ; Cr =18% ; Ni = ( 9 - 10 )%.
+ Đặc điểm
Tính chống ăn mịn cao: ổn định trong nước sơng, nước biển, trong hơi
nước bão hịa và q nhiệt, trong các dung dịch muối, axit nitric với mọi nồng
độ và nhiệt độ, axit sunfuric với mọi nồng độ ở nhiệt độ thường, axit clohyđric
loãng ở nhiệt độ thường. Ngồi ra với lượng crơm cao thép có tính chống ơ xy
hóa ở nhiệt độ cao.
Tính cơng nghệ tốt: thép có tính dẻo cao ( = 60%,  =60%) dễ cán dập,
gò ở trạng thái nguội để chế tạo các thiết bị hóa học (làm bình, ống dẫn).
Cơ tính đảm bảo: khi ủ thép có cơ tính tương đối thấp бb= 750 N/mm2, б0,2
= 250N/mm2, sau biến dạng nguội đạt độ bền rất cao бb = 1000N/mm2, б0,2 =
250N/mm2 đảm bảo cho các yêu cầu chịu tải của các thiết bị hóa học.
+ Số hiệu và cơng dụng: 08Cr18Ni9; 04Cr18Ni10; 08Cr18Ni10Ti;
10Cr18Ni9 ; 17Cr18Ni9 ; 12Cr18Ni9Ti, dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa
học, thực phẩm, chi tiết chịu nhiệt trong chế tạo máy bay, nhiệt điện, đồ dùng
hàng ngày.
Ngồi thép khơng gỉ thuần ơstenit ra trong kỹ thuật cịn sử dụng thép
không gỉ ôstenit - ferit, ôstenit - mactenxit.
* Thép không gỉ ferit (thép crôm )
Thành phần: C ≤ 0,15%; Cr = (17 ÷ 28 )%

Đặc điểm: Thép có tổ chức 1 pha ferit (thực ra là nửa ferit, vì ngồi ferit
cịn có cacbit crơm ).
Số hiệu và cơng dụng : 08Cr17Ti ; 10Cr25Ti ; 10Cr28 dùng nhiều trong
công nghiệp sản xuất axit nitric.
4.2.4.4.2Thép và hợp kim chịu nhiệt
Trong kinh tế quốc dân và quốc phòng…thép và hợp kim chịu nhiệt đóng
vai trị vơ cùng quan trọng, là vật liệu khơng thể thiếu trong chế tạo các chi tiết
của động cơ đốt trong và phản lực, thiết bị nhiệt điện, tên lửa, máy bay siêu âm,
tầu vũ trụ.
a.Yêu cầu đối với thép và hợp kim chịu nhiệt
100


Các chi tiết máy làm việc ở nhiệt độ cao phải đạt được 2 yêu cầu cơ bản
sau:
- Tính ổn định nóng: tính ổn định nóng là khả năng kim loại chống được
ơxy hóa ở nhiệt độ cao, tức là không bị tạo thành các vẩy ôxyt khi làm việc
trong khơng khí ở nhiệt độ cao cũng như trong sản phẩm cháy. Vì thế thép và
hợp kim chịu nhiệt phải được hợp kim hóa bằng các nguyên tố Cr ; Si ; Aℓ. Ơxyt
của chúng xít chặt đủ ngăn cản các nguyên tử ôxy từ môi trường thẩm thấu sâu
vào kim loại.
- Tính bền nóng: tính bền nóng là khả năng kim loại chịu được tải trọngcơ
học ở nhiệt độ cao, tức là giữ được độ bền ở nhiệt độ cao.
b.Các loại thép và hợp kim chịu nhiệt
* Thép bền nóng ở nhiệt độ (300 ÷ 600 )0C
- Thành phần: Thép có cacbon thấp và trung bình, hợp kim hóa bằng các
nguyên tố Cr, Mo, V có tổ chức là peclit.
- Số hiệu và công dụng:
12Cr ; 12CrMoV; 20CrMoV…dùng làm các chi tiết như ống quá nung
hơi, ống dẫn hơi làm việc ở nhiệt độ (540 ÷560) 0C.

Để làm cánh tcbin hơi ở nhiệt độ (540 ÷ 560) 0C phải dùng thép hợp kim
hóa cao hơn (thép loại mactenxit) số hiệu 15Cr12WNiMoV,12Cr13;
15Cr11MoV.
30CrMo ; 35CrNi3MoA ; 38CrMoAℓ A; 40CrNi2MoA, dùng làm chi tiết
bắt chặt trong thiết bị nồi hơi - tuốc bin như bu lơng, vít cấy (tác dụng làm kín
mối nối), mặt bích.
* Thép bền nóng ở nhiệt độ (600 ÷ 800)0C
- Thành phần: Cr ≥ 9% với các nguyên tố Si ; Mo ; Ni ; W ; Ti ; V… làm
tăng tính bền nóng.
-Số hiệu và cơng dụng
40Cr9Si2 ; 40Cr10Si2Mo thép có tính ổn định của ơstenit q nguội rất
cao nên là loại thép mactenxit, dùng làm xupap xả trong động cơ đốt trong, làm
việc trong môi trường chịu tải trọng cao, chịu nhiệt cao(650 ÷ 700)0C và bị ăn
mịn trong mơi trường của sản phẩm cháy, ngồi ra còn bị mài mòn khi va đập.
30Cr13Ni7Si2 dùng làm xupap xả cho động cơ công suất lớn.
09Cr14Ni18W5; 12Cr18Ni10Ti; 45Cr14Ni14W2Mo (thép ôstenit), dùng
làm nồi hơi áp suất siêu cao, làm việc ở nhiệt độ(750 ÷ 800)0C.
101


100Cr25Ti; 100Cr18Ni9Ti, dùng làm các thiết bị hóa học, buồng đốt động
cơ phản lực.
4.2.4.4.3Hợp kim có điện trở lớn
a. Yêu cầu đối với hợp kim có điện trở lớn
- Có điện trở suất lớn
- Có hệ số nhiệt độ điện trở tận lượng nhỏ(đảm bảo điện trở ít thay đổi khi
nhiệt độ biến đổi).
- Có tính ổn định nóng cao.Các dây đốt của lị có nhiệt độ làm việc cao tới
hàng nghìn độ nên vật liệu chế tạo chúng phải có tính chống ơxy hóa cao, sao
cho bề mặt của chúng không tạo nên vẩy ôxyt. Để đạt yêu cầu trên hợp kim phải

chứa Cr cao, ngồi ra cịn có Aℓ.
b. Các hợp kim có điện trở lớn
* Hợp kim của sắt
- Thành phần: hợp kim của Fe với Cr, Aℓ với thành phần cacbon thấp C ≤
0,15%, Cr ≥ 13%, Aℓ = (4 ÷ 5)% (do lượng cacbon thấp nên thường khơng gọi
là thép).
- Đặc điểm: hợp kim có tổ chức là dung dịch rắn của Cr, Aℓ, hòatrong Fe
với mạng lập phươngthể tâm (ferit), khơng có chuyển biến thù hình khi nung.
Tính ổn định nóng cao, điện trở lớn, giá rẻ, độ dai thấp.
- Số hiệu và công dụng: 10Cr13Aℓ 4; 10Cr25Aℓ 5... dùng làm dây đốt
nóng.
* Hợp kim của niken(nicrôm):
- Thành phần: hợp kim của Ni ≥ 60% với Cr ≥ 13%, ngồi ra cịn có Fe.
- Đặc điểm: tổ chức là dung dịch rắn của crôm và sắt hòa tan vào niken,
kiểu mạng lập phương diện tâm. Độ dẻo dai cao dễ cán, kéo thành tấm, dây, giá
thành đắt(chứa nhiều Ni ).
- Số hiệu và công dụng: 100Cr20Ni60; 100Cr15Ni60 dùng làm dây (tấm)
điện trở trong các lị nung cơng nghiệp, lị nung thí nghiệm, bếp điện, bàn là
điện.
- Số hiệu và công dụng: 100Cr20Ni60; 100Cr15Ni60 dùng làm dây(tấm)
điện trở trong các lị nung cơng nghiệp, lị nung thí nghiệm, bếp điện, bàn là
điện.
4.2.4.4.4 Hợp kim có tính giãn nở nhiệt và đàn hồi đặc biệt
102