THÉP GANG (Cơ học ứng dụng)

CHƯƠNG 5. THÉP - GANG
5.1. Các khái niệm cơ bản về thép các bon và thép hợp kim
5.2.Thép xây dựng.
5.3.Thép chế tạo máy.
5.4. Thép dụng cụ
5.5. Thép hợp kim đặc biệt
5.6. Các khuyết tật của thép hợp kim và cách khắc phục
5.7.Gang

CHƯƠNG 5. THÉP - GANG
Trong tất cả các vật liệu mà ta thường sử dụng thép là loại vật liệu có cơ
tính tổng hợp cao nhất, có tính cơng nghệ tốt (tạo hình, gia cơng cơ khí, biến
dạng, hàn ,nhiệt luyện) . Thép được dùng làm các chi tiết chịu tải nặng nhất và
trong các điều kiện phức tạp. Khơng những trong cơng nghiệp cơ khí, thép cịn
đóng vai trị quan trọng trong giao thơng vận tải. Phần lớn các thép dùng trong
chế tạo cơ khí được quy định với thành phần hố học và cơ tính khá chặt chẽ.

5.1. Các khái niệm cơ bản về thép các bon và thép hợp kim
5.1.1. Thép các bon.
Thép các bon hay thép thường: chiếm tỷ trọng rất lớn (80 _ 90 %) trong tổng sản
lượng thép.
5.1.1.1.Thành phần hóa học: Hợp kim Fe – C với hàm lượng %C < 2.14%,
ngoài ra Fe – C cịn có Mn, Si. P & S, trong đó Mn≤ 0.8% , Si ≤ 0.4% ,P ≤
0.05%, S ≤ 0.05% .
5.1.1.2.Ảnh hưởng của Các nguyên tố đến tổ chức, tính chất và cơng dụng của
thép thường.
Ảnh hưởng của Các bon:
Các bon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến cơ tính và
tổ chức của thép.
Tổ chức tế vi: Giản đồ pha Fe – C, %C tăng lên thì %Xê là pha giịn cũng tăng
lên tương ứng (thêm 1 %C thì Xê tăng thêm 15 % do đó làm thay đổi tổ chức và

tính chất của thép).
Hàm lượng C≤ 0.006% thép có tổ chức thuần là Ferit hình 3.19 a, coi như là Fe
nguyên chất.
C= 0.1 ÷ 0.7% thép có tổ chức F +P, khi %C tăng lên %P tăng lên (hình
3.22a,b,c) đó là thép trước cùng tích.
C = 0.8% - Thép có tổ chức P (Hình 3.20a, b) đó là thép cùng tích.
C≥ 0.9% - thép có tổ chức P + Xê II (hình 3.23), khi %C tăng lên lượng XêII
tăng.
Cơ tính:
Tăng %C làm giảm độ dẻo (δ, ψ) và độ dai va đập (ak) vì %Xê tăng
Tăng %C thì δb tăng và đạt cực đại trong khoảng 0.8 ÷ 1,0% C, sau đó giảm đi vì
ban đầu %C tăng thì %Xê tăng làm tăng bền, sau khi vượt q 0.8 ÷ 1,0% C
ngồi Peclit (tấm) còn XêII
1


Theo %C có 4 nhóm với cơ tính và cơng dụng rất khác nhau như sau:
Thép có các bon thấp (≤ 0,25%): độ dẻo, dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại thấp,
dùng nhiều trong nghành xây dựng.

Hình 5.1. Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường (ở trạng thái
ủ)
Thép có cacbon trung bon trung bình (0.3 ÷0.5%C): dùng cho các chi tiết máy
chịu tải trọng tĩnh và va đập cao.
Thép có cacsbon tương đối cao (0.55 ÷0.65%C): dùng cho các chi tiết đàn hồi.
Thép có cacbon cao (≥ 0.7%C): dùng làm các dụng cụ như dao cắt, khn dập ,
dụng cụ đo .
Tính cơng nghệ:
%C càng thấp càng dễ hàn và dập.
%C càng cao thì thép càng cứng càng khó cắt, nhưng % C q thấp thì độ dẻo

q cao lại khó gia cơng cắt.
Ảnh hưởng của Mangan:
Mn được cho vào mọi thép dưới dạng Fe - Mn để khử oxy tức là để loại trừ FeO
rất có hại. FeO + Mn  MnO + Fe
(MnO nổi lên, đi vào xỉ và được cào ra khỏi lị)
Ngồi ra Mn cũng loại trừ được tác dụng có hại của lưu huỳnh (FeS) đối với
thép.
Mn là nguyên tố ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hồ tan vào Fe nó nâng cao độ
bền, độ cứng của pha này, do vậy làm tăng cơ tính của thép. Tuy nhiên, do lượng
Mn trong thép cacbon ít (cao, nhất cũng chỉ trong giới hạn 0,5 - 0,8%) nên ảnh
hưởng này không rõ rệt. Ảnh hưởng tốt của Mn đối với thép cacbon chính là ở
chỗ nó khử oxy và hạn chế tác dụng có hại của lưu huỳnh. Man gan có ảnh
hưởng tốt đến cơ tính , khi hịa tan vào ferit nó nâng cao độ bền và độ cứng của
pha này hình (5.2a)
Ảnh hưởng của Silic:
2


Si được cho vào nhiều loại thép để khử ôxy một cách triệt để và cho vào trong
thép dưới dạng ferosilic được viết dưới dạng sau:
2FeO + Si  SiO2 + Fe
(SiO2 nổi lên, đi vào xỉ và được cao ra khỏi lị)
Cũng giống Mn, Si hồ tan vào ferit cũng nâng cao độ bền, độ cứng của pha này.
Song lượng Si trong thép cacbon khá thấp (cao nhất cũng chỉ trong giới hạn 0,17
- 0,37%) nên tác dụng hoá bền cũng khơng rõ rệt.Si hịa tan vào ferit cũng nâng
cao độ bền và độ cứng của pha này (hình 5.2a)
Ảnh hưởng của Photpho: Ở nhiệt độ thường Fe() hoà tan lượng P cao tới 1,2%
vượt quá giới hạn này tạo nên Fe 3P dòn. Song trong hợp kim Fe - C lượng P hoà
tan trong Fe() giảm đi mãnh liệt, chỉ cịn vài phần nghìn, do vậy trong thép dễ
xuất hiện Fe3P nâng cao độ bền, đặc biệt là độ dịn của nhiệt độ thường. Vì vậy

phốt pho nâng cao tính dịn nguội của thép. Giới hạn hồ tan của P trong ferit
gây ra dòn là 0,1% nhưng do nó là ngun tố thiên tích mạnh trong q trình kết
tinh nên thơng thường chỉ cho phép có đến 0,05%.
Mặt khác P ảnh hưởng tốt đến tính gia cơng cắt cho nên trong thép dễ cắt người
ta đưa hàm lượng P cao tới 0,08 - 0,15%.
- Lưu huỳnh
Lưu huỳnh không tan ở cả trong Fe() và Fe(), nó tạo nên hợp chất FeS. Cùng
tinh (Fe + FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (988 0C), nên nó kết tinh sau cùng và
nằm bên dưới hạt. Khi nung nóng thể cán kéo hay rèn, cùng tinh này chảy ra và
có quá trình đứt ở bên dưới hạt, làm cho thép bị dịn. Vì vậy lưu huỳnh nâng cao
tính dịn nóng của thép. Cho Mn vào thép làm giảm được tác dụng có hại của
lưu huỳnh so với sắt nó có ái lực với S mạnh hơn, tạo nên MnS.
MnS nóng chảy ở nhiệt độ cao đến 1620 0C, khi làm nguội nó kết tinh dưới dạng
các hạt nhỏ phân bố rời rạc, do đó khơng gây hiệu ứng (dịn nóng) khi gia cơng
áp lực nóng.
Các sunfua dẻo và biến dạng được ở trạng thái nóng, ở trong thép cán nó bị kéo
dài ra theo phương pháp biến dạng làm cơ tính của thép khác nhau theo chiều
dọc và ngang vật cán.
Cũng giống P, S là nguyên tố có ảnh hưởng tốt đến tính gia cơng cắt, trong thép
dễ cắt chứa đến 0,15 - 0,30%S.
5.1.1.3. Phân loại thép các bon.
a. Theo chất lượng tạp chất.
Trên thế giới hiện còn ba phương pháp luyện thép chính là luyện trong lị
mactanh, lị điện hồ quang và lò thổi oxy từ đỉnh (lò L- D),trong khi đó nước ta
chỉ dùng có một loại là lị điện hồ quang.
Theo mức độ sạch tạp chất từ thấp đến cao có các mức chất lượng sau.
Thép có chất lượng thường có thể chứa tới 0,06% S và 0,07% P
Thép có chất lượng tốt khơng cho phép q 0,04%S và 0,035% P
Thép có chất lượng cao khơng cho phép chứa quá 0,025% mỗi nguyên tố
Thép có chất lượng đặc biệt cao không cho phép chứa quá 0,015 % S và 0,025

%P
3


Trên thị trường thì thép cacbon bao gồm ba cấp chất lượng: thường, tốt và cao.
Đối với thép hợp kim chỉ có các cấp. Tốt, cao và rất cao. Trong xây dựng chỉ
dùng chất lượng thường, chế tạo máy phải dùng chất lượng từ tốt trở lên, riêng
thép làm ổ lăn phải đạt cấp chất lượng rất cao.
b. Theo phương pháp khử oxy.
Theo phương pháp khử oxy người ta phân chia thép ra làm thép sôi, thép lắng và
thép nửa lắng. Q trình khử oxy làm giảm các loại oxít trong thép. Sử dụng FeMn; Fe-Si để tạo xỉ bằng MnO; SiO2.
- Thép sôi: Là thép không được khử oxy triệt để, do vẫn còn FeO trong thép
lỏng, nên FeO có thể tác dụng với cacbon (của thép lỏng) để thành khí CO:
FeO + C  Fe + CO
Khi CO bay lên làm cho mặt thép lỏng chuyển động gây ấn tượng giống như sơi,
do vậy có tên là thép sơi. Do khi CO vẫn cịn tạo thành cả khi rót khn nên sẽ
tạo thành một số bọt khí trong thỏi thép đúc. Trong q trình cán nóng tiếp theo,
phần lớn các bọt khí này được hàn lại, do vậy khơng ảnh hưởng nhiều đến cơ
tính. Do chỉ được khử oxy bằng Fe - Mn nên ferit của thép chứa rất ít Si ( <
0,07%) do đó khá dẻo và dai.
Thép sôi rẻ, người ta thường dùng chúng để sản xuất thép cacbon thấp, cán
thành các tấm, lá mỏng để rập nguội.
Ký hiệu: Có thêm chữ "s" với TCVN,
Ví dụ: C8s: thép sơi có 0,08%C
Đặc điểm cơ bản của thép sơi :
+ %Si thấp (≤ 0.05 ÷ 0,07 %), thép rất mềm và dẻo, rất dễ dập nguội.
+ Không dùng thép sơi để đúc định hìn, cho kết cấu hàn vì sinh bọt khí làm giảm
chất lượng.
+ Khơng dùng thép sơi để làm chi tiết thấm cacbon vì là thép bản chất hạt lớn.
- Thép lắng: Thép lắng là thép được khử ơxy triệt để, tức là ngồi feromangan

cịn dùng các chất khử mạnh như Fe – Si ( ferosilic ) và Al (nhôm nguyên chất),
do vậy trong thép lỏng chứa rất ít FeO, mặt thép lỏng phẳng lặng do khơng có
hiện tượng sủi khí như thép sơi. Thép lắng chứa rất ít bọt khí và ở trên cùng có
tạo thành lõm co lớn, phải cắt bỏ đi trước khi đem cán. Chất lượng của thép lắng
cao hơn thép sôi nhưng không kinh tế bằng do phải cắt bỏ một đoạn tới 10-15%
trọng lượng của cả thỏi, chi phí cho khử oxy còn kém hơn.
Do khử oxy bằng Fe-Si, ferit của thép lắng chứa nhiều Si hơn (0,15 - 0,35%)
nên cứng hơn. Thép lắng là loại thép tốt để làm phần lớn các chi tiết máy.
Đặc điểm của thép lắng:
+ Hàm lượng Si khá cao vì thế mà ferit của thép cứng và bền hơn, khó dập nguội
hơn.
+ Khơng có hiện tượng bị rỗ khí khi đúc, tuy nhiên lõm co lớn không kinh tế.
+ Thép này dùng được cho các kết cấu hàn, thấm Cacbon.
- Thép nửa lắng: Vừa khử trong buồng lị, vừa khử ở ngồi (Việt Nam không
làm được). Theo mức độ khử oxy thép lửa lắng có vị trí trung gian giữa thép sơi
và thép lắng, chỉ được khử oxy bằng feromangan và nhôm nguyên chất.
Ký hiệu: Có thêm chữ "n" với TCVN,
Ví dụ: C10n: thép nửa lặng có 0,08%C
4


Đối với thép nửa lặng dùng thay thế cho thép sơi. Thép hợp kim chỉ có loại thép
lặng, thép cacbon có cả ba loại.
c. Phân loại theo cơng dụng.
* Thép cacbon chất lượng thường: là các loại thép dùng chế tạo các kết cấu với
liên kết hàn là chủ yếu. (Ví dụ: Giàn, khung, vỏ tàu)
* Yêu cầu: - Tính hàn cao
- Tính dẻo đảm bảo
- Có cơ tính đủ theo yêu cầu kết cấu
Ký hiệu: - TCVN: CT -31; 33

kéo (kg/mm2)
TC Nga: CT - 0;....6
Được chia làm 3 nhóm
A: chỉ quy định cơ tính mà khơng quy định thành phần hóa học
B: chỉ quy định thành phần hóa học mà khơng quy định cơ tính
C: quy định cả cơ tính và thành phần hóa học
* Ứng dụng: Chủ yếu làm các kết cấu trong xây dựng như nhà xưởng, cầu cống,
cốt thép bê tơng. Cũng có thể sử dụng trong chế tạo máy để làm các chi tiết
không quan trọng. TCVN5709-93 quy định các mác chuyên dùng làm các kết
cấu thép trong xấy dựng gồm có: XCT34 XCT38 XCT42 XCT52
* Thép kết cấu: Được quy định chặt chẽ về thành phần hóa học dùng để sản xuất
các chi tiết máy.
* u cầu:
- Tính cơng nghệ cao (hàn, gia cơng áp lực, cắt, gọt)
- Cơ tính phải đảm bảo
* Thép kết cấu được chia thành các nhóm:
- Thép thấm C: Thép kết cấu có %C < 0,25% dùng sản xuất các chi tiết có độ
cứng bề mặt cao (nhờ thấm cacbon) và lõi giữ nguyên độ dẻo, dai.
+ Công nghệ nhiệt luyện: Thấm C+ tôi 2 lần + ram thấp
Ký hiệu: TCVN: dùng 2 con số: ** C trung bình
Ví dụ: TCVN C08s, C08n
Có 0,08%C
- Thép hóa tốt: là loại thép kết cấu mà %C từ ( 0,35 ~ 0,55)%C.
+ Công dụng: Dùng để sản xuất hầu hết các loại chi tiết máy mà có u cầu về
cơ tính tổng hợp cao.
+ Chế độ nhiệt luyện: Tôi + ram cao + (tơi bề mặt)
Nhiệt luyện hóa tốt
(Tổ chức thu được Xoocbít ram)
Ký hiệu: ** C trung bình
- Thép lị xo cỡ nhỏ: Là thép kết cấu có %C từ 0,6  0,7%

+ Công dụng: dùng để sản xuất các chi tiết đàn hồi cỡ nhỏ.
+ Chế độ nhiệt luyện: tôi + ram TB  trutxtít ram
Ký hiệu: ** C trung bình
Ví dụ: 60, 65, 70  0,6; 0,65; 0,7%C
*. Thép dụng cụ: Là loại thép có thành phần C từ 0,7  1,3%.
5


+ Công dụng: Dùng sản xuất các dụng cụ cắt, tốc độ thấp mà chủ yếu là dụng cụ
cầm tay.
+ Chế độ nhiệt luyện: tôi + ram thấp (để thu được Mactenxít ram).
Ký hiệu:
-TCVN: C*** cacbon TB
Ví dụ: CD70, 80, 100, 130
0,7%; 0,8%; 1%; 1,3%
*. Một số thép đặc biệt
Thép dễ cắt (thép tự động) có hàm lượng (phốt pho) nhất định  phôi dễ gãy.
Ký hiệu: A30
d. Phân loại theo phương pháp nấu luyện
Có nhiều phương pháp luyện thép với các đặc điểm khác nhau về khả
năng loại bỏ tạp chất, chất lượng và giá thành.
Phương pháp cổ điển luyện thép dùng lò Mactanh (hay còn gọi là lò bằng) vẫn
còn được dùng đến ngày nay. Dùng lò Mactanh với tường lị tính bazơ có thể
khử được P, S luyện được thép với chất lượng tương đối tốt. Cũng có khi dùng
lị Mactanh với tường lị tính axit để luyện thép với chất lượng cao, nhưng yêu
cầu cao về độ sạch với nguyên vật liệu ban đầu.
Hiện nay áp dụng phổ biến phương pháp L-D (thổi oxy từ đỉnh) để sản
xuất thép với chất lượng thông thường. Đặc điểm của phương pháp này là năng
suất cao, nhưng không khử được P và S.
Để luyện các thép chất lượng cao, thép hợp kim, người ta thường dùng lò điện

(thường dùng loại hồ quang), vì có khả năng khử P và S mạnh, nhưng giá thành
cao.
Việc khử các tạp chất phi kim loại và khi nâng cao chất lượng thép, nâng
cao khả năng làm việc của thép dưới tải trọng tĩnh và thay đổi theo chu kỳ. Để
đạt mục đích đó hiện nay người ta đã áp dụng các phương pháp gia công kim
loại bằng chân không và bằng xỉ, nấu luyện lại trong chân không, nấu luyện lại
bằng tia điện tử, nấu luyện xỉ điện, nấu luyện cảm ứng - chân không, tinh luyện
thép bằng xỉ tổng hợp.
Ký hiệu: Thép Martanh (M), thép Besme (B), thép Thomas (T)
Ví dụ: MCT - 3
(Thép xây dựng; nấu luyện bằng lò Mactanh)
e. Theo tổ chức tế vi (theo giản đồ trạng thái)
Theo cách này, thép được phân loại là: Thép trước cùng tích (trong tổ
chức chỉ có P + F)
- Thép cùng tích (trong tổ chức chỉ có P)
- Thép sau cùng tích (trong tổ chức chỉ có P + XeII)
Trên cơ sở đó ta thấy rằng, khi hàm lượng cacbon trong thép tăng lên thì thép
chuyển từ loại trước cùng tích --> cùng tích --> sau cùng tích. Đồng thời khi
thành phần cacbon tăng lên, độ bền độ cứng cũng tăng song độ dẻo, độ dai giảm
đi. Đó là do khi tăng lượng cacbon, số lượng pha Xe cứng, dòn cũng tăng lên và
lượng Pha F dẻo giảm đi, do vậy thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm
đi. Song riêng với độ bền thì ảnh hưởng của lượng pha Xe lai khác. Khi tăng số
lượng pha Xe với độ cứng cao có tác dụng cản trở sự trượt của F do đó làm tăng
6


giới hạn bền của thép nhưng khi Xe quá nhiều lại tạo nên Xe II ở dạng lưới thì nó
lại làm giảm độ bền, do lưới Xe làm dễ dàng cho sự tạo thành và phát triển vết
nứt.

Chỉ tiêu
cơ tính

HB

b (Phạt)
b
(Ptấm)

ak
%C

Hình 5.2 Ảnh hưởng của %C đến chỉ tiêu cơ tính
5.1.1.4. Tiêu chuẩn thép các bon
a. Tiêu chuẩn Việt Nam:
TCVN 1765 -75: Thép được ký hiệu bằng CT. Gồm 3 phân nhóm A, B, C trong
đó nhóm A là chủ yếu.
Phân nhóm A: CTxx, bỏ chữ A. Ví dụ CT38, CT38n, CT38s là ba mác cùng có
b ≥ 38KG/mm2 hay 380 MPa, song với ba mức khử oxy khác nhau
Phân nhóm B: Quy định về thành phần hóa học BCT38
Phân nhóm C: Quy định cả về cơ tính lẫn thành phần hóa học
Ví dụ như mác CCT38
TCVN 1766- 75: Quy định các mác thép kết cấu cacbon chất lượng tốt để chế tạo
máy Cxx
Ví dụ: C40 là mác có khoảng 0,4% C
TCVN 1822 – 76 : Thép cacbon dụng cụ được ký hiệu CDxx trong đó (C là
cacbon, D là dụng cụ) với số tiếp theo chỉ lượng cacbon trung bình tính theo
phần vạn.
Ví dụ: CD80 hay CD80A là hai mác cùng có khoảng 0,8% C song với chất
lượng tốt và cao.

b. Tiêu chuẩn các nước:
* Nga: (OCT )
- Thép cacbon kết cấu chất lượng thường dùng trong xây dựng : CTxx với các số
từ 0,1,2,3,4,5,6 chỉ cấp độ bền ( số càng to độ bền càng cao). Cũng có các phân
nhóm theo thứ tự A, Ƃ, B lần lượt tương ứng với các phân nhóm A, B, C của
TCVN.
- Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt ký hiệu : xx, các số chỉ phần vạn C, Ví dụ
mác 40 có khoảng 0,4%C
7


- Thép cacsbon dụng cụ: Yxx , các số chỉ lượng C tính theo phần nghìn Y12 có
khoảng 1,2%C
* Hoa kỳ: Sử dụng nhiều tiêu chuẩn cho thép cacbon, ASTM được 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
tính theo phần vạn
* Nhật bản: JIS quy định:
- Thép các bon kết cấu chất lượng thường: ký hiệu SSxxx hay SMxxx trong đó
xxx là các số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu tính bằng Mpa
- Thép các bon kết cấu chất lượng tốt: SxxC trong đó xx là số chỉ lượng cacbon
tính theo phần vạn
- Thép Cacbon dụng cụ : ký hiệu SKx với x là các số thứ tự từ 1 đến 7.
5.1.1.5.Ưu khuyết điểm của thép các bon
Thép cacbon được dùng rộng rãi trong kỹ thuật và ngay cả trong chế tạo máy
vì :
* Ưu điểm:
- Rẻ, khơng phải dùng ngun tố hợp kim đắt tiền (khó kiếm), dễ luyện.
- Có cơ tính nhất định phù hợp với các điều kiện thơng dụng
- tính cơng nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi gia công cắt và rập hơn so với

thép hợp kim.
* Nhược điểm:
- Độ thấm tơi thấp, do đó hiệu quả hố bền nhiệt luyện khơng cao.
- Tính chịu nhiệt độ cao kém, khi nung nóng độ bền cao của trạng thái tôi giảm
nhanh ở trên 2000C, ở trên 5700C bị oxy hóa mạnh.
- Khơng có các tính chất vật lý hóa học đặc biệt như cứng nóng, chống ăn mòn
Thép cacbon được dùng làm các chi tiết nhỏ, có hình dạng đơn giản , chịu tải
trọng nhẹ và vừa, là việc ở nhiệt độ thường.
5.1.2. Thép hợp kim:
Trong kỹ thuật dùng ngày càng nhiều thép hợp kim vào các mục đích quan
trọng.
5.1.2.1. Khái niệm nguyên tố hợp kim
Nguyên tố hợp kim là các ngun tố hố học ngồi sắt và cacbon chúng được
đưa vào thép theo ý muốn của người luyện kim nhằm tạo ra các tổ chức mới ưu
việt hơn cho thép.
- Nguyên tố hợp kim được người sản xuất chủ động và cố ý đưa vào với hàm
lượng xác định theo yêu cầu của mình.
- Tạp chất đi vào thép một cách ngẫu nhiên không theo ý muốn và không định
trước hàm lượng.
Thép hợp kim là thép mà ngoài Fe – C, và một số tạp chất sẵn có trong thép thì
người ta cịn cho thêm một số các nguyên tố hợp kim như Mn, Si, Ti, B, Cr, Co,
V ....và đặc biệt hơn nữa là hàm lượng tạp chất có hại P, S ≤ 0.04%.
5.1.2.2. Các đặc tính của thép hợp kim.
* Cơ tính: độ bền cao hơn hẳn so với thép các bon, nhất là sau khi tôi + ram .
- ở trạng thái không tôi + ram, độ bền của thép hợp kim không cao hơn hẳn thép
cacbon.
8


- Ưu việt về độ bền cao của thép hợp kim cảng rõ khi tiết diện > 20mm và thép

hợp kim thường dùng để chế tạo các chi tiết lớn.
- Có thể tơi dầu nên ít bị biến dạng và nứt, rất ưu việt cho chi tiết có hình dạng
phức tạp.
- Tăng % hợp kim thì hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện tăng song độ dẻo, dai
và tính cơng nghệ xấu đi trừ nhiệt luyện.
* Tính chất vật lý và hóa học: Chống ăn mịn tính chất từ, giãn nở nhiệt,
chịu nhiệt cao hơn.
5.1.2.3. Tác dụng của nguyên tố hợp kim đối với thép.
I. Tác động của nguyên tố hợp kim đối với sắt
Trong bất cứ thép nào cũng ln ln có sắt và cacbon, để tiện đầu tiên khảo sát
riêng rẽ tác dụng của nguyên tố hợp kim với từng nguyên tố, sau đó tổng hợp lại
ở trong trường hợp có đồng thời cả hai.
I.1. Cấu tạo của các nguyên tố hợp kim
Cấu trúc mạng tinh thể, đường kính nguyên tử, cấu trúc của lớp vỏ điện tử của
các nguyên tố có ảnh hưởng quyết định đến các đặc tính tác dụng của chúng đối
với sắt cũng như cacbon.
Về cấu trúc mạng tinh thể, thấy phần lớn các nguyên tố hợp kim là kim loại với
cấu trúc mạng tinh thể là lập phương thể tâm (Cr, V, W, Mo) lập phương diện
tâm (Ni), lập phương phức tạp (Mn) và lục giác xếp chặt (Ti) với đường kính
nguyên tử trong khoảng 2,50 - 2,95. Do sắt có kiểu mạng tinh thể lập phương
(thể tâm và diện tâm) với đường kính ngun tử 2,54 nên nói chung các ngun
tố hợp kim đều hoà tan vào sắt với lượng khá lớn, một số như Cr, Ni có thể hồ
tan vơ hạn.
Cấu trúc lớp vỏ điện tử quyết định khả năng kết hợp của nguyên tử nguyên tố đã
cho với cacbon thành cacbit hợp kim.
Vì vậy cơ chế tác dụng chủ yếu của nguyên tố hợp kim đối với thép là: hoà tan
vào sắt (Fe và Fe) dưới dạng dung dịch rắn thay thế và kết hợp với cacbon
thành cacbit hợp kim. Các tính chất thường gặp của thép hợp kim thơng dụng
được quyết định bởi các cơ chế tác dụng này.
I.2. Về sự hoà tan của nguyên tố hợp kim vào sắt

Để hiểu kỹ hơn về sự hoà tan của nguyên tố hợp kim vào sắt sẽ lần lượt khảo sát
khả năng hoà tan của chúng vào Fe và Fe cũng như khả năng mở rộng các
vùng  và , ảnh hưởng đến khu vực  của giản đồ trạng thái Fe - O là quan
trọng hơn cả là ảnh hưởng đến cơ tính của ferit.
Sự hồ tan ngun tố hợp kim vào Fe  và Fe (sự mở rộng các vùng  và  hay
sự thay đổi các nhiệt độ chuyển biến thù hình của sắt).
Trước tiên hãy xét tác dụng riêng rẽ của nguyên tố hợp kim đối với sắt

9


A4

Nhiệ
t độ

Nhiệ
t độ

A4



A3


A3




Fe


N

Fe

% NTHK (Ni, Mn)

% NTHK (C, K, Cu)

(a)

(b)

Hình 5.3. Giản đồ trạng thái sắt - nguyên tố hợp kim
Do sắt là nguyên tố với hai dạng thù hình, nên khả năng hoà tan của nguyên tố
hợp kim vào Fe và Fe cũng không giống nhau: một số nguyên tố khi hoà tan
vào sắt sẽ làm mở rộng khoảng nhiệt độ tồn tại của mạng lập phương điện tâm
(Fe) và một số nguyên tố khác lại thu hẹp.
Giản đồ trạng thái sắt - nguyên tố hợp kim, loại mở rộng vùng auxtenit (thu hẹp
vùng ferit). ở đây người ta phân biệt hai trường hợp. Các nguyên tố bao gồm
niken và mănggan có khả năng hồ tan vơ hạn vào Fe (hình a) với thành phần
hợp kim đủ dung dịch rắn  (tức auxtenit) có thể tồn tại ở ngay nhiệt độ thường
mở rộng vùng γ, khi nung nóng hay làm nguội hợp kim này khơng có chuyển
biến pha, các hợp kim như vậy được gọi là hợp kim auxtenit. Các nguyên tố bao
gồm cacbon, nitơ đồng tuy có khả năng hoà tan nhiều vào Fe  hơn Fe mở rộng
vùng  nhưng đến thành phần hợp kim nhất định lại đóng kín lại (hình b) mà
khơng có khả năng tạo nên dung dịch rắn  vô hạn và tồn tại ở ngay cả nhiệt độ
thường.

A4

A4


A3

Fe








%NTHK (Cr, )

A3

Fe

(a)

%NTHK (Al, Sn, Pb, Zn...)
(b)

Hình 5.4. Giản đồ trạng thái sắt - nguyên tố hợp kim
Giản đồ trạng thái sắt nguyên tố hợp kim, loại thu hẹp vùng auxtenit (mở rộng

vùng ferit). Các ngun tố bao gồm crơm, vanadi có khả năng hồ tan vơ hạn
vào Fe (hình a) với thành phần hợp kim đủ lớn, dung dịch rắn  (tức ferit) có
thể tồn tại từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ sắt đường đặc, khi nung nóng hay làm
nguội hợp kim này khơng có chuyển biến pha, các hợp kim như vậy được gọi là
10


Lượng nguyên tố hợp kim %

hợp kim ferit. Các nguyên tố bao gồm Al, Sn, Zr...tuy có khả năng hồ tan nhiều
vào Fe hơn Fe mở rộng vùng  nhưng đến thành phần hợp kim nhất định lại
đóng kín lại. (hình b) và khơng có khả năng tạo nên dung dịch rắn vô hạn.
Khi tăng thành phần nguyên tố hợp kim làm mở rộng khu vực  nhiệt độ tới hạn
A3 tăng lên, còn khi tăng thành phần nguyên tố hợp kim làm mở rộng khu vực 
nhiệt độ tới hạn A3 giảm đi (riêng đối với C, N, Cu thì đến giới hạn nhất định lại
tăng lên). Vì vậy các nguyên tố hợp kim làm thay đổi nhiệt độ nhiệt luyện thép.
ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến giản đồ trạng thái Fe-C
Trong thép hợp kim không thể thiếu cacbon, do vậy có thể coi thép hợp kim đơn
giản nhất (loại một nguyên tố hợp kim) là hợp kim ba cấu tử: sắt - cacbon nguyên tố hợp kim đã cho.
Các nguyên tố mở rộng vùng  sẽ mở rộng phạm vi tồn tại của auxtenit, do đó
làm giảm các nhiệt độ tơi, ủ của thép, cịn các nguyên tố thu hẹp phạm vi tôn tạo
của auxtenit, do đó làm tăng các nhiệt độ tơi, ủ.
Về mặt lý thuyết có thể thấy rằng, khi nguyên tố hợp kim hoà tan vào Fe  sẽ làm
mạng tinh thể bị xơ lệch, do vậy làm giảm khả năng hồ tan của auxtenit, nói
khác đi làm giới hạn hồ tan cacbon của auxtenit giảm đi.
Do giới hạn hoà tan cacbon của auxtenit trong thép hợp kim thấp hơn so với
trong thép cacbon, nên đối với thép hợp kim có thể gặp các trường hợp sau:
Do điểm cùng tích dịch về bên trái, nên cùng tích của thép hợp kim khơng chứa
crơm là thép trước
8

cùng tích với tổ
7 W SiMn
chức ferit + peclit,
Si
W
Cr
Mn
nhưng khi chứa
6
5% Cr lại là thép
Cr
cùng tích với tổ
5
chức peclit, vì từ
4
hình vẽ ta thấy rõ
với lượng crơm
3
như thế điểm ứng
với 0,5%C.
2
1
0
0

0,2 0,4 0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
Thành phần cacbon %

Hình 5.5. Ảnh hưởng của lượng nguyên tố hợp kim đến %C
- Do điểm điểm có 2,14%C dịch về bên trái nên lượng cacbon khơng cần vượt

quá 2,14%, thép hợp kim vẫn có thể có tổ chức lêđêburit là tổ chức đặc trưng
cho gang đối với hợp kim Fe-C nguyên chất. Do vậy trong rất nhiều thép dụng
cụ hợp kim với lượng cacbon khoảng trên dưới 1% có tổ chức lêđêburit (cần chú
ý trong thép dụng cụ cacbon khơng thể có lêđêburit). Ví dụ, khi chứa 5% Cr,
thép dụng cụ với 1,5%C sẽ có tổ chức lêđêburit
11


I.3. Cơ tính của ferit hợp kim
Các nguyên tố hợp kim đều có thể hồ tan vào Fe  hoặc Fe. Khi hợp kim hoá
thép bằng một lượng lớn niken hoặc mangan, thép sẽ có tổ chức austenit ở nhiệt
độ thường, các thép như vậy là các thép không gỉ, chống mài mòn. Trong thực tế
thường gặp các thép được hợp kim hố bằng một lượng khơng nhiều niken,
mangan và các nguyên tố mở rộng vùng  như crôm, silic, vanađi ... ở nhiệt độ
thường các thép đó gồm hai pha là ferit và cácbit. Các thép kết cấu và dụng cụ
thường gặp có tổ chức như vậy. Vậy hãy xem xét ferit của thép hợp kim có cơ
tính khác với ferit của thép cacbon như thế nào.
Trong thép, phần lớn nguyên tố hợp kim hoà tan vào ferit và ferit có hồ tan
ngun tố hợp kim được gọi là ferit hợp kim. Các ngun tố đó hồ tan vào ferit
dưới dạng dung dịch rắn thay thế làm xô lệch mạng tinh thể, do vậy firit hợp
kim có cơ tính phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch rắn tức phụ thuộc vào mức
độ hợp kim hố nó. Do vậy, giống như mọi dung dịch rắn bất kỳ, mức độ hợp
kim hoá càng cao độ bền và độ cứng của ferit hợp kim càng cao và độ dẻo độ
dai càng thấp. Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng của từng nguyên tố hợp kim một
đều có sự khác nhau và do đó các thép được hợp kim hố bằng các ngun tố
khác nhau cũng có sự khác biệt nào đó về cơ tính và phạm vi ứng dụng. ở đây
chỉ xét ảnh hưởng của bốn nguyên tố hợp kim thường dùng nhất là crôm, niken,
mănggan và silic và chỉ đề cập đến hai đặc tính đại diện của cơ tính là độ cứng
và độ dai.
HB

Si

Mn

220

C k (kJ/m 2)

200

3000

180

2500
Ni

160

Ni
Cr

2000
1500

140
Cr

120

1000
Mn

500

100

Si
2

3
(a)

4

6
5
%NTHK

7

1

2

3

4
5
%NTHK

6

7

(b)

Hình 5.6. ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến cơ tính của thép
a. Độ cứng; b. Độ dai va đập
Mangan và silic là hai nguyên tố làm tăng rất mạnh, độ cứng cũng như độ bền
của ferit. Chỉ cần 3% các nguyên tố này độ cứng, độ bền của ferit tăng lên gấp
đôi, do vậy chúng là các nguyên tố hợp kim làm hoá bền mạnh thép. Song đáng
tiếc là, khi làm tăng rất mạnh độ cứng, độ bền, chúng cũng làm giảm độ dai, độ
dẻo, chỉ cần khoảng 1-2% các nguyên tố này độ dai của ferit đã có giá trị khá
thấp, mangan và silic chỉ được dùng trong các thép hợp kim thông thường với
lượng giới hạn 1-2%.
12


Trong các thép hợp kim thường gặp, ferit vẫn là pha chiếm tỷ lệ rất cao (trên
dưới 90%) nên tác dụng hố bền ferit của ngun tố hợp kim góp phần quan
trọng vào việc nâng cao độ bền của thép hợp kim so với thép cacbon.
Ni và Cr (cho tới hàm lượng 4%): vừa làm tăng độ cứng còn làm tăng chút ít độ
dai, tăng độ thấm tơi là các nguyên tố quan trọng.
Với lượng nhiều (>10%) Cr, Ni, Mn:Hình 5.3 cho thấy Mn, Ni mở rộng vùng γ
thu hẹp khu vực α, 10 ÷ 20% tổ chức γ tồn tại ở nhiệt độ thường. Cr thu hẹp khu
vực γ, > 20% Cr tổ chức γ tồn tại cả ở nhiệt độ cao cho tới khi chảy lỏng. Thép
này cũng khơng có chuyển biến pha, khơng thế hóa bền bằng tôi và được gọi là
thép Ferit.
II. Tác dụng của nguyên tố hợp kim với cacbon

Ngoài khả năng hoà tan vào ferit và auxtenit ra, một số nguyên tố hoạt kim cịn
có khả năng kết hợp với cacbon thành cacbit.
II.1. Khả năng kết hợp của kim loại với cacbon
Các nguyên tố hợp kim mà tuyệt đại bộ phận là kim loại có hai tác dụng khác
nhau với cacbon.
Các nguyên tố bao gồm niken, silic, cơban, nhơm, đồng khơng có khả năng kết
hợp với cacbon trong thép thành cacbit, chúng chỉ có thể ở dưới dạng dung dịch
rắn với sắt. Một số ngun tố trong đó như silic, cơban khơng những khơng tạo
nên cacbit mà còn ngăn trở cacbon kết hợp với sắt và các nguyên tố khác, do
vậy thúc đẩy cacbon trong thép ở đưới dạng graphit hoặc thường xảy ra làm
cacbon dễ bị cháy thốt đi trong q trình nung nóng khi nhiệt luyện.
Các nguyên tố bao gồm: sắt, manggan, crơm, vonfram, mơlipden, vanađi,
giêcơni, niơbi và titan có khả năng kết hợp với cacbon trong thép thành cacbit.
Đó là các nguyên tố nằm ở trong nhóm chuyển tiếp. Cu, Zn có số điện tử đầy đủ
do vậy khơng thể kết hợp với cacbon thành cacbit. Cịn Ni, Co cũng có số điện
tử thiếu do đó chúng có thể kết hợp với cacbon thành cacbit, song vì trong thép,
sắt ln ln chiếm phần chủ yếu và nó lại có ái lực với cacbon mạnh hơn nên
khơng thể có cacbit niken và cacbit côban trong thép. Theo mức độ thiếu điện tử
ở các tầng d có thể đánh giá mức độ tác dụng kết hợp với các bon và ổn định
cacbit của các nguyên tố theo thứ tự mạnh đến yếu như sau: Ti, Nb, Zr, V, Mo,
W, Cr, Mn(Fe).
Khi tạo thành cacbit, cacbon sẽ điền các điện tử của nó vào tầng d thiếu điện tử
của nguyên tố hợp kim, do vậy cacbit có liên kết kim loại, có một số tính chất
của kim loại như tính dẫn điện.
Từ dãy sắp xếp trên có thể thấy rõ, nếu trong thép có đồng thời nhiều nguyên tố
hợp kim, ví dụ Ti, W, Cr với tỷ lệ như nhau, thì cacbon sẽ ưu tiên kết hợp với
các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh trước như Ti rồi tiếp theo mới đến W và Cr
và cuối cùng mới đến Fe để tạo nên Fe 3C. Do vậy trong rất nhiều thép hợp kim
pha cacbit trong thép không phải là xêmentit, mà là cacbit hợp kim.
II.2. Pha cacbit trong thép hợp kim

Có thể phân chia các pha cacbit trong thép hợp kim ra ba loại: cacbit hợp kim
với kiểu mạng đơn giản, phức tạp và xêmentit hợp kim.
Cacbit hợp kim với kiểu mạng đơn giản (Me2C): V, Ti, Zr, Nb lượng ít 0,1%
13


Trừ Fe, Cr, Mn, các nguyên tố tạo thành cacbit trong thép đều có đường kính
ngun tử khá lớn, thoả mãn điều kiện có thể tạo nên với cacbon pha xen kẽ với
kiểu mạng tinh thể đơn giản. Thường gặp cacbit hợp kim với kiểu mạng đơn
giản sau đây: TiC, VC, WC, NbC, ZrC, W 2C, Mo2C.Chính cac bit này là pha xen
kẽ rất cứng nhưng ít giịn tăng mạnh tính chịu mài mịn.
Các đặc tính của cacbit loại này là:
- Mạng tinh thể đơn giản với các kiểu mạng lập phương hay lục giác
- Các bít với kiểu mạng phức tạp trong thép khơng gỉ và bền nóng.
- Có nhiệt độ chảy rất cao, ví dụ nhiệt độ chảy của TiC khoảng 3200 0C, WC
khoảng 26000C, VC khoảng 27500C.
- Có tính ổn định cao biểu hiện bằng khó phân huỷ khi nung nóng, muốn phân
huỷ phải nung nóng tới nhiệt độ cao hơn 12000C
- Có độ cứng rất cao, so với xêmentit loại cacbit này có độ cứng cao hơn và ít
dịn hơn.
Trong các thép hợp kim cao và hợp kim hoá phức tạp (bằng nhiều nguyên tố hợp
kim) có thể gặp cacbit loại Me 6C, trong đó Me biểu thị cho một số kim loại, như
trường hợp thép chứa vonfram cao (thép gió) pha cacbit biểu thị bằng công thức
Fe3W3C.
Cacbit hợp kim với kiểu mạng phức tạp
Crôm và mangan có đường kính ngun tử khơng lớn, thoả mãn điều kiện có
thể tạo nên với cacbon pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp.
Với lượng chứa lớn ở trong thép, ngoài phần hoà tan vào sắt tạo nên dung dịch
rắn ra, mănggan có thể kết hợp với cacbon thành Mn3C có cấu tạo giống Fe3C.
Hơi khác với mănggan, crơm có thể kết hợp với cacbon để tạo thành các cacbit

tương ứng với công thức khá phức tạp Cr7C3 và Cr2C6.
Các đặc tính của loại cacbit này là:
- Mạng tinh thể phức tạp.
- Có độ cứng cao (hơn hẳn Xementit một chút)
- Có nhiệt độ chảy khơng cao lắm, ví dụ nhiệt độ chảy của Mn 3C khoảng 1550
÷18450C, Cr23C6 khoảng 15500C, Cr7C3 khoảng 16700C tức là thấp hơn loại có
kiểu mạng đơn giản.
- Có tính ổn định thấp biểu hiện bằng dễ bị phân hố khi nung nóng. Nhiệt độ tôi
của thép phải cao hơn 1000oC.
Hai loại cacbit hợp kim kể trên thường chỉ gặp trong thép hợp kim cao.

14


Hình 5.7: Ảnh hưởng của Mn (a) và Cr (b) đến các vùng α và γ trên giản đồ
Fe - C
Vai trị của cac bít hợp kim:
Tăng độ cứng, tính chống mài mòn của thép mạnh hơn cả Xê.
Nâng cao nhiệt độ tôi, giữ được hạt nhỏ khi nung, do đó nâng cao độ dai và cơ
tính nói chung
Tăng tính cứng hay bền nóng đơi khi tới 500 ÷ 600oC.
Xêmentit hợp kim:
Khi lượng chứa các nguyên tố tạo thành cacbit yếu và trung bình (bao gồm
mangan, crơm, vonfram và mơlipđen) khơng cao (khoảng 1 - 2%) chúng khơng
có khả năng tạo thành cacbit hợp kim độc lập như trình bày ở trên, mà thường
tạo thành xêmentit hợp kim tương ứng với cơng thức (Fe, Me) 3C, trong đó các
nút mạng của Fe trong Fe3C có thể có nguyên tố hợp kim chiếm chỗ.
Khác với xêmentit thường, xêmentit hợp kim có tính ổn định cao hơn, tức là khó
phân huỷ khi nung.
Cũng giống như Xêmentit trong thép cacbon các cacbit và xêmentit hợp kim

cũng có tác dụng làm tăng độ cứng, tính chống mài mịn của thép, ngồi ra cịn
giúp cho làm tăng tính cứng nóng, giữ được hạt auxtenit nhỏ mịn khi nung nóng
ở nhiệt độ cao. Do vậy lượng cacbon và ngun tố hợp kim cần được tính tốn
chặt chẽ để sao cho tao ra các ảnh hưởng tốt nhất đến cơ tính của thép hợp kim
theo ý muốn.
III. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình nhiệt luyện
Các nguyên tố hợp kim ảnh hưởng lớn đến quá trình nhiệt luyện thép, đặc biệt là
đến quá trình tơi và ram, do vậy có ảnh hưởng quan trọng đến cơ tính, đây là đặc
tính nổi bật của thép hợp kim. Hãy lần lượt xét ảnh hưởng của các ngun tố
hợp kim tới từng mặt của q trình tơi và ram.
III.1. Chuyển biến khi nung nóng
Như đã trình bày, phần lớn các thép hợp kim thường gặp ở trạng thái cân bằng
(ủ) có tổ chức hai pha: ferit và cacbit với các nguyên tố hợp kim phân bố trong
chúng. Khi nung nóng để tơi cũng có chuyển biến: từ hỗn hợp ferit + cacbit
thành auxtenit và sự phát triển của hạt auxtenit. Tuy nhiên so với thép cacbon,
chuyển biến peclit thành auxtenit có những đặc điểm đáng lưu ý sau:
15


- Quá trình tạo thành auxtenit trong thép hợp kim cũng bao gồm các giai đoạn:
tạo mầm auxtenit sự hoà tan của cacbit dư vào auxtenit và đồng đều hoá.
Các thép hợp kim với những nguyên tố tạo thành cacbit (trừ Mn) trong tổ của
cacbit hợp kim với tính ổn định cao hơn xêmentit, do đó sự hồ tan của cacbit
vào auxtenit khi nung nóng địi hỏi nhiệt độ cao và thời gian dài hơn. Người ta
nhận thấy cacbit hợp kim hình thành từ các nguyên tố tạo cacbit càng mạnh,
cacbit của nó càng khó hồ tan. Các cacbit titan và vanađi rất khó hồ tan, các
cacbit hợp kim khác khó hồ tan so với xêmentit hợp kim 1,0%C (Y10) với pha
cacbit trong đó là Fe3C có nhiệt độ tơi khoảng 780 0C song nếu thêm vào khoảng
1,5% Cr (ЩX15) với pha cacbit trong đó là xêmentit hợp kim (Fe, Cr) 3C có
nhiệt độ tơi khoảng 830 - 8500C cịn nếu thêm lượng crơm cao đến 15% với

1%V (X121) thì pha cacbin trong đó là Cr7C3 và Cr23C6 lúc đó nhiệt độ tơi sẽ
vượt q 10000C.
- Sự đồng đều hố thành phần của auxtenit thép hợp kim cũng khó khăn hơn, do
tốc độ khuếch tán của các nguyên tố hợp kim thấp hơn rất nhiều so với cacbon.
- Nếu thép được hợp kim hoá bằng những nguyên tố tạo thành cacbit mạnh, đặc
biệt là Ti, V, W, Mo thì do sự khó tan của các cacbit đó nằm ở biên giới hạt làm
cản trở sự sát nhập giữa các hạt mà giữ được hạt auxtenit nhỏ mịn khi nung
nóng.
Ngồi cacbit ra, một số nguyên tố hợp kim đặc biệt như Al, V, Nb, Ti có thể tạo
nên các pha oxyt, nitrit rất khó tan, cũng có tác dụng giữ cho hạt auxtenit nhỏ
mịn.
Hai nguyên tố không tạo thành cacbit là niken và silic cũng được xem là các
nguyên tố cản trở sự phát triển của hạt auxtenit nhưng tác dụng này không rõ.
Mănggan là nguyên tố tạo cacbit duy nhất khơng những khơng cản trở mà cịn
thúc đẩy sự phát triển của hạt auxtenit. Cơ chế làm to hạt auxtenit của mănggan
chưa giải thích được.
Do các đặc điểm chuyển biến khi nung nóng như vậy nên khi tơi, nói chung các
thép hợp kim phải nung nóng đến nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn song
vẫn giữ được hạt auxtenit nhỏ mịn.
III.2. Sự phân hoá đẳng nhiệt của auxtenit và độ thấm tôi
Khi làm nguội auxtenit sẽ bị phân hoá thành hỗn hợp cơ học của ferit và cacbit
hay mactenxit tuỳ thuộc vào tốc độ nguội. Nguyên tố hợp kim có ảnh hưởng rất
lớn đến q trình làm nguội auxtenit.
III.2.1. Sự phân hố đẳng nhiệt của auxtenit
Khi hồ tan vào auxtenit tất cả các nguyên tố hợp kim (trừ côban) với các mức
độ khác nhau đều làm chậm tốc độ phân hoá đẳng nhiệt của auxtenit tức là làm
đường cong chữ "C" dịch sang phải.
Nguyên nhân của ảnh hưởng này là nguyên tố hợp kim làm chậm sự khuếch tán,
do đó chuyển biến khuếch tán auxtenit thành hỗn hợp ferit + cacbit cần thời gian
dài hơn. Lượng nguyên tố hợp kim trong auxtenit càng nhiều tính ổn định của

auxtenit quá nguội càng cao.
Đặc tính ảnh hưởng đến tính ổn định của auxtenit quá nguội của các nguyên tố
hơp kim khác nhau có những điểm đáng chú ý sau:
16


- Các nguyên tố không tạo thành cacbit như Ni, Si, Cu, Al và nguyên tố tạo
thành cacbit yếu là Mn chỉ làm dịch chuyển vị trí của đường cong chữ "C" sang
phải mà khơng làm thay đổi hình dạng của đường cong.
- Các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh Cr, W, Mo, V không những làm dịch
chuyển đường cong chữ "C" sang phải mà cịn làm thay đổi hình dạng của nó
thành hai đường cong chữ "C" trên và dưới. Đường cong chữ "C" trên ứng với
chuyển biến auxtenit thành peclit, xoocbit, trơxlit, cịn nhiệt độ giữa hai đường
cong chữ "C" trên và dưới đó khoảng 400 - 500 0C auxtenit q nguội có tính ổn
định rất lớn đến mức giữ nhiệt rất lâu.

Thé
p Si, Ni, Mn
Thé
p cacbon

A1

Nhiệ
t độ
. 0C

Nhiệ
t độ
. 0C

A1

Thé
p Cr, W, Mo, V
Thé
p cacbon

M

M

Thờ
i gian log 
a)

Thờ
i gian log 
b)

Hình 5.8. ảnh hưởng của ngun tố hợp kim đến đường cong chữ C
- Nếu tách riêng từng nguyên tố một thì tác dụng dịch chuyển chữ "C" sang bên
phải mạnh nhất là Mo rồi tiếp theo là Mn, Cr, Ni. Ngoài ra một trong lượng rất
nhỏ của B ở trong auxtenit cũng làm dịch chuyển mạnh đường cong chữ "C".
Với cùng lượng như thế nhưng khi dùg nhiều ngun tố để hợp kim hố thì tác
dụng dịch chuyển đường cong chữ "C" sang phải sẽ mạnh hơn.
Cần nhấn mạnh là các nguyên tố hợp kim chỉ làm dịch chuyển đường cong chữ
"C" sang phải khi chúng hoà tan ở tỏng auxtenit, điều này chỉ đạt được khi nung
nóng ở nhiệt độ cao thích hợp để phần lớn cacbit hợp kim phân hoá và các
nguyên tố hợp kim hoà tan ở trong auxtenit một lượng đáng kể. Thép tuy được

hợp kim hoá cao, nhưng nhiệt độ nung nóng lấy q thấp, phần lớn cacbit vẫn
chưa hồ tan vào auxtenit cũng không đạt được đầy đủ tác dụng đó.
III.2.2. Độ thấm tơi
Do khi hồ tan vào auxtenit các nguyên tố hợp kim làm dịch chuyển đường cong
chữ "C" sang phải, nên làm giảm tốc độ tôi tới hạn và do đó độ thấm tơi tăng
lên.
Thép hợp kim có tốc độ tôi tới hạn thấp do vậy với điều kiện làm nguội như
nhau ứng với sự phân bố tốc độ nguôi theo tiế diện giống nhau, thép hợp kim có
độ thấm tơi cao hơn thép cacbon khá nhiều trường hợp chi tiết khá lớn bằng thép
hợp kim có tốc độ nguội của lõi cũng lớn hơn tốc độ tôi giới hạn, do vậy chi tiết
được tôi thấu và cơ tính nhận được là đồng đều trên tồn tiết diện.
17


Hình 5.9. ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến tốc độ tôi tới hạn
và độ thấm tôi
Do độ thấm tơi tăng lên, hiệu quả hố bền của tơi và ram đối với thép hợp kim
được cải thiện rõ rệt. Đây là một ưu việt nổi bật của thép hợp kim so với thép
cacbon. Để phát huy hết ảnh hưởng của ưu việt này, thép hợp kim phải được sử
dụng ở trạng thái nhiệt luyện tôi + ram, chịu tải trọng cao và tiết diện chi tiết
lớn, sử dụng thép hợp kim không đúng như vậy sẽ không đem lại hiệu quả kinh
tế kỹ thuật. Vì thế chọn thép hợp kim cao hay thấp phụ thuộc hồn tồn vào kích
thước tiết diện chi tiế lớn hay nhỏ.
Do tốc độ tôi tới hạn giảm đi, khi tôi thép hợp kim thường dùng môi trường làm
nguội chậm như dầu hoặc áp dụng cách tơi phân cấp, đẳng nhiệt vì có thể làm
giảm được nứt và biến dạng. Một số thép hợp kim cao khi dùng cách làm nguội
trong khơng khí (thường hố) cũng có thể đạt được tổ chức mactenxit các thép
như vậy được gọi là thép tự tôi và hiện tượng đó được gọi tự tơi.
Các thép có tốc độ tơi tới hạn nhỏ và độ thấm tôi lớn là các thép hợp kim crôm niken, crôm - mănggan, crôm - mơlipđen, crơm - niken - mơlipđen crơm mănggan - mơlipđen....đó là cơ sở của thép kết cấu hợp hiện nay.
Các nguyên tố hợp kim chỉ làm tăng độ thấm tôi khi chúng hồ tan vào auxenit.

Nếu các ngun tố đó nằm lại ở đạng cacbit chưa tan (ví dụ nung ở nhiệt độ
thấp, các cacbit hợp kim ổn định vẫn cịn lại thì các pha này sẽ đóng vai trị của
các mầm kết tinh ra hỗn hợp feir + cacbit (peclit, xoocbit, trôxtit) do vậy lại làm
giảm độ thấm tôi.
III.3. Chuyển biến mactenxit
Các nguyên tố hợp kim tuy không ảnh hưởng gì đến động học của chuyển biến
mactenxit nhưng lại ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt độ chuyển biến auxtenxit thanh
mactenxit và do đó đến cả lượng auxtenit dư sau khi tôi.
Hai nguyên tố Al và Co làm tăng nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit (M đ)
cịn Si khơng ảnh hưởng gì. Tất cả các nguyên tố hơp kim còn lại (mà thường là
các nguyên tố thường dùng) lại làm giảm điểm M đ và do vậy làm tăng lượng
auxtenit dư sau khi tơi. Ngun tố hợp kim có tác dụng làm M đ giảm mạnh nhất
là Mn và tiếp theo là Cr, Ni, Mo. Trong giới hạn lượng chứa thấp dưới 4-5%, cứ
thêm 1% nguyên tố hợp kim, điểm Mđ của thép thay đổi như sau: Mn giảm
450C, Cr giảm 350C, Ni giảm 260C, Mo giảm 250C, Co tăng 120C, Al tăng 180C.
18


Do ảnh hưởng này mà một số thép hơp kim cao có điểm Mđ q thấp nên sau khi
tơi có lượng auxtenit dư cao. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt luyện, ví
dụ sau khi tơi độ cứng chưa đạt được giá trị cao nhất. Tuy vậy việc khử bỏ
auxtenit dư sau khi tơi khơng phải là việc khó khăn để làm việc đó người ta có
thể dùng biện pháp đặc biệt là gia công lạnh hoặc đơn giản hơn là ram ở nhiệt độ
thích hơp để auxtenit chuyển biến nếp thành mactenxit, lúc đó do cứng sẽ đạt
được giá trị cao nhất.
III.4. Chuyển biến khi ram:
Các nguyên tố hợp kim ảnh hưởng đến các chuyển biến xẩy ra khi ram. Người ta
nhận thấy với mức độ mạnh yếu khác nhau các nguyên tố hợp kim đều cản trở
các chuyển biến khi ram, mà cụ thể là ba quá trình sau:
- Phân hố mactenxit tức là tiết ra cacbit khỏi mactenxit để tạo thành mactenxit

ram.
- Chuyển biến auxtenit dư thành mactenxit
- Kết tụ cacbit
Các nhiệt độ cần thiết để xẩy ra các quá trình trên đều cao hơn so với thép
cacbon tương ứng. Chính vì vậy để đạt độ cứng như thép cacbon với lượng
cacbon tương đương, thép hợp kim phải ram ở nhiệt độ cao hơn. Do nguyên
nhân này các thép hợp kim giữ được độ bền độ cứng cao của trạng thái tôi ở
nhiệt độ cao hơn so với thép cacbon hay nói khác đi thép hợp kim có tính chịu
nhiệt độ cao hơn.
Sở dĩ có đặc tính này là vì các ngun tố hợp kim có tốc độ khuếch tán chậm
làm cản trở sự chuyển dời của cacbon, làm quá trình ram xảy ra chậm. Các
nguyên tố W, Mo, Cr có ái lực mạnh với cacbon do đó có khuynh hướng giữ
cacbon xit xẩy ra ở nhiệt độ cao hơn so với cacbit sắt hay giữ Cacbon laị trong
Mactenxit do đó duy trì độ cứng cao ở nhiệt độ cao
Ví dụ: Cacbít sắt (Fe3C) tiết ra ở khoảng 2000C ;
Xementit hợp kim (Fe, Me)3C ở 250 ÷ 300oC
Cácbít crơm Cr 7C3 và Cr2C6 tiết ra ở khoảng 4500C, các cacbit vonfram,
môlipđen (Fe3W3C) loại Me6C -550 - 6000C. Do khuếch tán khó khăn, cacbit
hợp kim tiết ra có kích thước rất nhỏ mịn góp phần làm tăng chút ít độ cứng,
hiện tượng này gọi là hố cứng phân tán, cùng với kết quả của sự chuyển biến
auxtenit dư thành mactenxit ram, làm tăng độ cứng của thép tôi khi ram. Sự tăng
độ cứng do kết quả của chuyển biến auxtenit dư thành mactenxit và hoá cứng
phân tán khi ram được gọi là độ cứng thứ hai.
Ti và V, Zr, Nb là các nguyên tố tạo thành cacbit rất mạnh như TiC và VC, ở
trong thép chúng thường tồn tại ở dạng cacbit ổn định, khi nung nóng hầu như
khơng hồ tan vào auxtenit và do đó cũng khơng có ở trong mactenxit, nên thực
tế hầu như khơng ảnh hưởng gì đến q trình ram. Do đó dẫn đến các hiệu ứng
sau.
Nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bền nóng, tính cứng nóng.
Tăng độ cứng và tính chống mài mịn được gọi là hóa cứng phân tán.

So với thép Cacbon, thép hợp kim phải ram ở nhiệt độ cao hơn nên khử bỏ được
ứng suất bên trong nhiều hơn vì thế thép có thể bảo đảm độ dai tốt.
19


Mn là nguyên tố tạo thành cacbit yếu, nên tác dụng cản trở q trình ram của nó
khơng lớn.
Trong hai nguyên tố không tạo thành cacbit thường gặp. Ni hầu như khơng ảnh
hưởng gì đến q trình ram, cịn Si lại có tác dụng cản trở yếu đến q trình ram.
Tổng kết một cách hệ thống tác dụng tốt của ngun tố hợp kim đến cơ tính của
thép có thể đưa ra các nhận xét sau:
So với thép cacbon, ở nhiệt độ thường thép hợp kim có độ bền cao hơn là do:
- Trong hai pha thành phần thì ferit là pha chủ yếu của thép được hoá bền bởi sự
hồ tan của các ngun tố hợp kim, tăng tính ổn định của γ quá nguội.
- Thép hợp kim có độ thấm tơi cao hơn, do đó, đạt được hiệu quả hố bền do
nhiệt luyện tơi + ram trên tiết diện chi tiết ở mức độ cao hơn. Đây là nguyên
nhân chủ yếu làm thép hợp kim có độ bền cao, và vì vậy thép hợp kim chỉ đạt
được độ bền cao hơn thép cacbon một cách rõ rệt ở trạng thái tơi - ram. Một
cách ngắn gọn có thể nói rằng ngun tố hợp kim khơng những nâng cao chiều
dày của lớp hố bền khi tơi mà cả độ bền của chính lớp hố bền ấy nữa.
- Khi tạo thành cacbit hợp kim:
+ Tăng cứng và chống mài mòn, khó hịa tan khi nung giữ cho hạt nhỏ
+ Khó tiết ra khỏi Mactenxit hơn nên gây nên bền nóng và cứng nóng
+ Khi ram được tiết ra dưới dạng phân tán nhỏ mịn, phân tán gây hóa bền.
5.1.2.4. Phân loại thép hợp kim:
a. Phân loại theo hàm lượng của nguyên tố hợp kim
%(NTHK) < 2,5% thép hợp kim thấp thường là thép Peclit.
%(NTHK) = (2,5  10%) thép hợp kim trung bình ( thường là thép họ từ Peclit
đến Mactenxit)
%(NTHK) > 10% thép hợp kim cao ( thường là thép họ Mactenxit hay

auxtenit)
Giới hạn lượng chứa để từ đó phân chia ranh giới giữa tạp chất và nguyên tố hợp
kim như sau:
Mn = 0,8 - 1,0%
Si = 0,5 - 0,8%
Cr = 0,2 - 0,8%
Ni = 0,2 - 0,6%
W = 0,1 - 0,5%
Mo = 0,05 - 0,2%
Ti > 0,1% , Cu > 0,1%, B > 0,02%
Ví dụ thép có chứa 0,7% Mn vẫn chỉ được coi là thép cacbon, chỉ khi Mn > 1%
mới được coi là thép hợp kim: Mn trong trường hợp đầu là tạp chất trong trường
hợp sau là nguyên tố hợp kim; trong khi đó chỉ cần > 0,1% Ti hoặc 0,002%B
cũng được coi là thép hợp kim.
Đặc biệt, trong thép hợp kim lượng chứa các tạp chất có hại bao gồm P, S và các
khí N2, O2, H2, rất thấp so với thép cacbon.
Mục đích của phương pháp phân loại trên chủ yếu nói lên giá cả của thép được
dùng trong giao dịch, buôn bán.Và cách phân loại thép này có nguồn gốc của
Nga ГOCT
b. Theo nguyên tố hợp kim chính
Nguyên tố hợp kim chính là nguyên tố có hàm lượng lớn nhất và có tác dụng rõ
rệt nhất. Mục đích của phương pháp này đánh giá khá chính xác về giá cả và xác

20


định được phạm vi sử dụng của thép bao gồm: Thép crôm, thép mangan, thép
niken, thép vonfram, thép crôm - niken.
c. Theo cơng dụng
Mục đích của phương pháp này nói rõ lĩnh vực tác dụng của thép hợp kim trong

kỹ thuật bao gồm có 3 loại:
- Thép hợp kim kết cấu
- Thép hợp kim dụng cụ
- Thép hợp kim đặc biệt( thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép chịu mài mịn, thép
có tính chất vật lý đặc biệt).
d. phân loại theo tổ chức tế vi
Thường phân loại thép hợp kim theo tổ chức tế vi ở trạng thái cân bằng và sau
khi thường hóa.
ở trạng thái cân bằng
Sau khi ủ, thép có tổ chức cân bằng ổn định, với lượng cacbon tăng dần theo tổ
chức tế viđạt được lần lượt các loại thép sau:
1. Thép trước cùng tích ngồi peclit cịn có các ferit tự do.
2. Thép cùng tích với tổ chức peclit
3. Thép sau cùng tích với tổ chức ngồi peclit ra cịn có cacbit thứ hai.
4. Thép lêđêbuarit với tổ chức trong đó có cùng tinh lêđêbuarit.
Như đã biết các nguyên tố hợp kim làm giảm khả năng hòa tan cacbon của
austenit, do vậy các thép trên sẽ hình thành với lượng cacbon thấp hơn so với
thép cacbon.
5. Thép austenit với tổ chức thuần austenit là loại thép được hợp kim hóa bằng
lượng lớn nguyên tố mở rộng vùng γ là Ni hoặc Mn.
6. Thép ferit với tổ chức thuần ferit, là loại thép được hợp kim hóa bằng lượng
lớn nguyên tố mở rộng vùng  là crom với hàm lượng cacbon rất thấp.
Hai thép sau cùng là loại khơng có chuyển biến pha khi nung núng và làm
nguội.
Ngồi ra cịn loại thép nửa ferit hay nửa austenit là loại chuyển biến γ ↔  xảy
ra khơng hồn tồn.
Cơng dụng của cách phân loại này là cho biết tổ chức tế vi của thép ở trạng thái
ủ là trạng thái ổn định nhất ứng với độ bền, độ cứng thấp nhất, qua đó có thể xác
định các tính chất của thép ở trạng thái ủ.
ở trạng thái thường hóa

Từ tổ chức sau khi làm nguội ngồi khơng khí tĩnh (thường hóa) các mẫu nhỏ
(đường kính < 25mm) có thể chia ra ba loại thép cơ bản sau:
Thép ferit là loại thép hợp kim thấp nên tính ổn định của austenit quá nguội chưa
lớn lắm, do vậy với tốc độ nguội trong khơng khí tĩnh sẽ làm austenit phân hóa
thành peclit (xoocbit, trơxtit) (hình vẽ a)

21


Hình 5.10. Giản đồ phân hố đẳng nhiệt của ba loại thép hợp kim
2. Thép mactenxit là loại thép hợp kim trung bình và cao, có tính ổn định của
austenit quá nguội lớn đến mức khi làm nguội trong không khí tĩnh cũng đạt
được tổ chức mactexit (hình vẽ b), thép này cịn có tên là thép tự tơi.
3. Thép austenit là loại thép hợp kim cao với các nguyên tố Mn và Ni (thường có
thêm Cr), có điểm bắt đầu chuyển biến Mactenxit nhỏ hơn 0 0C và do vậy khi
làm nguội trong khơng khí khơng hạ được nhiệt độ chuyển biến mactenxit, vẫn
giữ lại tổ chức austenit (hình vẽ c)
Công dụng của cách phân loại này là biết được tổ chức tế vi của thép hợp kim ở
trạng thái cung cấp, tức ở trạng thái sau khi cán nóng rồi làm nguội trong khơng
khí. Tuy tổ chức đạt được chỉ có tính chính xác tương đối (bởi vì tốc độ nguội
cịn phụ thuộc vào tiết diện của phơi thép, nên cùng một thép có thể có tổ chức
khác nhau nếu tiết diện khác nhau), song qua đó có thể biết được tính chất chủ
yếu của thép. Ví dụ, nếu là thép mactenxit thì rõ ràng là nó phải có tính thấm tơi
rất cao, rất dễ đạt được cơ tính đồng đều trên tồn tiết diện, dễ tơi...
5.1.2.5. Tiêu chuẩn của thép hợp kim:
a. Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 1759 – 75 quy định xx(NTHK)%
trong đó: xx chỉ hàm lượng cacbon trung bình tính theo phần nghìn.
NTHK: ngun tố hợp kim
Các số đứng đằng sau NTHK chỉ hàm lượng của chính ngun tố đó tính theo
phần trăm, các NTHK có hàm lượng nhỏ hơn 1% thì khơng cần biểu thị bằng số

mà ta coi nguyên tố đó có hàm lượng đúng bằng 1%.
Nếu là thép có chất lượng tốt cuối mỗi mác thép có thêm chữ A.
Ví dụ: 40Cr có 0,4% C; Cr = 1%
12CrNi3A: Đây là thép hợp kim chất lượng tốt có hàm lượng
C = 0,12%; Cr =1%; Ni = 3%
Tiêu chuẩn của Nga ГOCT:
ký hiệu các mác thép theo hệ thống la mã
X= Cr
T = Ti
Ф=V
H = Ni
K = Co
Д = Cu
B=W
Г = Mn
Ю = Al
M = Mo
C = Si
P=B
22


Ví dụ: 40Cr là 40X; 12CrNi3 là 12XH3
Tiêu chuẩn của Hoa kỳ: AISI và SAE
Đối với thép hợp kim dụng cụ: AISI ký hiệu gồm một chữ cái chỉ nhóm thép và
số thứ tự . Sau đây các chữ cái ( thường lấy theo chữ cái đầu tiên chỉ nhóm
thép )đó:
W – cho thép tơi nước
S – Cho thép dụng cụ chịu va đập
T – Cho thép gió vonfram

H- cho thép làm dụng cụ biến dạng nóng
D – Thép làm dụng cụ biến dạng nguội
M – Cho thép gió molipden – vonfram
O – Cho thép tôi dầu
A – Cho thép làm dụng cụ biến dạng nguội, tự tôi, trong không khí
Đối với thép hợp kim kết cấu: gồm 4 số xxxx nên được viết là AISI/ SAE xxx
trong đó: - 2 số đầu chỉ nguyên tố hợp kim chính.
2 Số cuối chỉ lượng các bon theo phần vạn
Thép cacbon:
10xx
Thép cacbon có Mn nâng cao: 5xx
Thép dễ cắt (2 loại ): 11xx, 12xx
Thép mangan:
13xx
Thép Niken – Crom: 31xx; 32xx
33xx; 34xx
Thép molipden: 40xx; 44xx
Thép Crom – molipden: 41xx
Thép Crom – vanadi: 61xx

Thép niken – molipden có 11
loại:
43xx; 43BVxx; 47xx; 81xx;
86xx;
87xx;
88xx;
94xx;
97xx;98xx
Thép niken – Molipden(2 loại):
46xx, 48xx

Thép Crom có 2 loại: 50xx, 51xx
Thép vonfram – Crom : 72xx
Thép Silic – Mangan: 92xx
Thép Bo:
xxBxx

Đối với thép khơng gỉ và bền nóng: AISI ký hiệu gồm ba số xxx, trong đó 2xx
và 3xx là thép austenite, 4xx là thép ferit, 4xx và 5xx là thép mactenxit.
5.1.2.6. Các đặc tính của thép hợp kim
Các thép hợp kim có những đặc tính trội hơn hẳn so với thép cacbon, hay nói
cách khác đi mục đích hợp kim hố thép là ở các mặt sau đây:
Về cơ tính, thép hợp kim nói chung có độ bền (giới hạn bền, giới hạn chảy) cao
hơn hẳn so với thép cacbon, điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt
luyện tôi và ram. Ưu việt này thường thể hiện trong mọi thép hợp kim, thép
được hợp kim hoá càng mạnh ưu việt này càng rõ. Tuy nhiên cần chú ý là:
- ở trạng thái không nhiệt luyện tôi + ram, ví dụ ở trạng thái ủ, độ bền của thép
hợp kim không cao hơn thép cacbon bao nhiêu.
23


- Thép hợp kim có thể đạt
được độ bền rất cao, nhưng thông thường với
sự tăng độ bền, độ dẻo và độ dai lại giảm đi, do vậy, không thể không chú ý đến
mối quan hệ này để xác định cơ tính thích hợp.
- Cùng với sự tăng mức độ hợp kim hố, tính cơng nghệ của thép sẽ xấu đi.
Về tính chịu nhiệt độ cao, thấy rằng thép cacbon cũng có độ bền tương đối cao
sau khi tơi, nhưng không giữ được khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 200 0C do
mactenxit bị phân hoá và xêmentit kết tụ. Các nguyên tố hợp kim làm cản trở
khả năng khuếch tán của cacbon do đó làm mactenxit phân hố và các bit kết tụ
ở nhiệt độ cao hơn, vì thế thép hợp kim giữ được cơ tính cao của trạng thái tôi ở

ở nhiệt độ cao hơn 2000C. Muốn đạt được tính chất này thép cần được hợp kim
hố bởi một số nguyên tố với lượng tương đối cao.
Về các tính chất vật lý và hố học đặc biệt, thấy rằng thép cacbon bị gỉ trong
khơng khí, bị ăn mịn trong các mơi trường axit, bazơ và muối, khơng có các
tính chất vật lý đặc biệt như từ tính, giãn nở nhiệt đặc biệt. Muốn vậy phải dùng
những loại thép hợp kim riêng biệt với thành phần hoá học chặt chẽ.
Qua đó có thể thấy rằng, nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là
loại vật liệu kim loại khơng gì thay thế được trong chế tạo máy nặng, dụng cụ,
nhiệt điện, cơng nghiệp hố học....nó thường được làm các chi tiết quan trọng
nhất trong điều kiện làm việc nặng.
Mỗi nguyên tố hợp kim được sử dụng nhiều hay ít (thậm chí khơng dùng) trong
một nhóm thép có cơng dụng nhất định là phụ thuộc vào tác dụng của nó đến
các tính chất của thép. Do vậy thường thấy mỗi loại thép chỉ dùng một nguyên
tố hợp kim với hàm lượng nhất định.
Ví dụ, đối với thép kết cấu yêu cầu độ bền cao thường dùng các nguyên tố nâng
cao độ thấm tôi như crôm, mănggan, niken và một phần silic với lượng chứa của
mỗi nguyên tố 1 - 2%. Thép dụng cụ cắt gọt với tốc độ cao phải dùng các
nguyên tố nâng cao rất mạnh tính chịu nhiệt độ cao như vonfram, cơban,
mơlipđen với hàm lượng khá lớn, 5-20%. Thép với tính chất hố học và vật lý
đặc biệt cũng có những đặc điểm riêng như thép khơng gỉ có chứa khơng dưới
12,5%Cr, thép chống mài mịn có 13%Mn, thép kỹ thuật điện có 2 - 4%Si vv...
Các nguyên tố hợp kim thường dùng là: crôm, mănggan, niken, silic, vonfram,
môlipđen, vanađi, côban, titan, bo: trong đó mănggan và đặc biệt là silic là hai
nguyên tố có nhiều hơn cả.
5.1.2.7. Các khuyết tật của thép hợp kim:
Tuy thép hợp kim có nhiều ưu việt nhưng đôi khi cũng thể hiện một số khuyết
tật cần biết để phịng tránh.
- Thiên tích: Ngun tố hợp kim dễ bị thiên tích.
- Đốm trắng: Các vết nứt nhỏ màu trắng trên phôi thép sau cán do H 2 hòn tan khi
nấu luyện, khi làm nguội nhanh xuống dưới 2000C, hyddroo thoát ra mạnh, gây

ra nứt gây phế phẩm không chữa được, thép hợp kim Cr – Ni, Cr – Ni – Mo, Cr
– Ni – W khi cán nóng (sau đúc các rỗ co phân tán là túi chứa hydro). Ngăn
ngừa hòa tan H2 khi nấu luyện và làm nguội thật chậm sau khi cán để hydro kịp
thoát ra.
- Giòn ram: 2 cực tiểu về độ dai ở hai khoảng nhiệt độ ram(hình 5.5) ta gọi đó là
giịn ram. Nguyên nhân giòn ram vẫn chưa được xác định rõ.
24


+ Giịn ram loại I: (Khơng thuận nghịch, khơng chữa được), khi ram ở nhiệt độ
280 ÷350oC
+ Giịn ram loại II: (Thuận nghịch hay có thể chữa được). Thép hợp kim Cr, Mn,
Cr – Ni, Cr – Mn ram ở nhiệt độ 500 ÷ 600oC, rồi làm nguội trong khơng khí.

5.2.Thép xây dựng.
5.2.1. Đặc điểm chung – Phân loại.
5.2.1.1. Đặc điểm chung.
Yêu cầu kỹ thuật sau:
Cơ tính: Đủ độ bền, độ dẻo (δ = 15 ÷ 35%), độ dai va đập (ak = 500KJ/m2)
Về tính cơng nghệ: tính hàn tốt, dễ uốn, dễ cắt
Về thành phần hóa học: Để đảm bảo độ dai, độ dẻo và tính hàn tốt thì hàm
lượng cacbon không được cao quá: C ≤ 0,22%. Các nguyên tố khác chuyển
thành cacbon đương lượng Cđ.l tính theo công thức:

Để dễ hàn hàm lượng Cđ.l không được vượt quá 0.55%
5.2.1.2. Phân loại: Theo thành phần hóa học hay độ bền, cacbon thông dụng và
thép hợp kim thấp độ bền cao.
Theo cơng dụng có thể chia ra các phân nhóm: Thép cơng dụng chung và thép
cơng dụng riêng (cốt bê tơng, chun đóng tàu, làm cầu. ..)
5.2.2. Thép thơng dụng

5.2.2.1. Đặc điểm chung (thép các bon).
Đặc điểm: Độ bền bình thường (0.2 < 300 ÷ 320 MPa) rẻ đa dạng các thành
phẩm cán nóng (Ống, thanh, góc, hình, lá, tấm, băng cho đến dây, sợi...).
5.2.2.2. Phân loại theo TCVN.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765 – 75 chia thép xây dựng thành 3 nhóm ACT
(CT), BCT, CCT
Nhóm A: Quy định về cơ tính được sử dụng phổ biến nhất
Mác
thép

CT31

CT33(s,n)

CT34(s,n)

CT38(s,n)

CT42(s,n)

CT51(s,n)

CT52(s,n)

CT61(s,n)

b,
KG/mm2

>31

31 ÷ 42

33 ÷44

37 ÷ 49

41 ÷ 54

51 ÷ 64

46÷60

>61

Bảng 5.1. Quy định về cơ tính
Từ trái sang phải độ bền tăng. Hai mác được dùng nhiều hơn cả là CT38 và
CT51
CT38 được dùng rất phổ biến cho kết cấu khơng địi hỏi độ bền cao, có tính
hàn tốt được dùng để làm các cột, tháp, xà ngang, ống, dây, lá để lợp, tấm để
che, đỡ...
CT51 được dùng cho các kết cấu chịu lực cao hơn, tính hàn kém hơn: được
dùng làm lưỡi cày, bánh lồng, dụng cụ bằng tay để gia công gỗ.
25