Báo cáo: Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Mác SAE4161 dùng để sản xuất dụng cụ y tế pdf

Bộ công THƯƠNG
TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM
Viện Luyện kim Đen




Báo cáo tổng kết
đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG
NGHệ cấp bộ
Tên đề tài:

NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT THẫP MC SAE4161
DNG SN XUT DNG C Y T

DFGEDFGEDFGE

Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN
Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen
Chủ nhiệm đề tài: KS. PHM TH MAI PHNG








6827
27/4/2008

Tháng 12/2007




1
Mục lục
Mở đầu
2
1. Tổng quan
4
1.1 Tổng quan chung về thép kết cấu hợp kim
4
1.1.1 Tổng quan chung
4
1.1.2 Phân loại thép kết cấu chế tạo máy
.5
1.2 ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim lên tính chất của thép
6
1.2.1 ảnh hởng của cacbon
6
1.2.2 ảnh hởng của crôm
7
1.2.3 ảnh hởng của môlipđen
9
1.2.4 ảnh hởng của silic
10
1.2.5 ảnh hởng của mangan
10
1.3 Lựa chọn mác thép làm dụng cụ phẫu thuật

11
2. Nội dung và phơng pháp nghiên cứu
13
2.1 Nội dung nghiên cứu
13
2.2 Phơng pháp nghiên cứu
13
3. Kết quả đạt đợc
14
3.1 Công nghệ sản xuất thép SAE4161
14
3.1.1 Công nghệ nấu luyện
14
3.1.2 Công nghệ tinh luyện
18
3.1.3 Công nghệ rèn
19
3.1.4 Công nghệ nhiệt luyện
20
3.1.4.1 Công nghệ ủ
20
3.1.4.2 Công nghệ tôi
22
3.1.4.3 Công nghệ ram
23
3.2 Các tính chất của thép SAE4161
25
3.2.1 Thành phần hóa học
25
3.2.2 Các tính chất cơ lý

25
3.2.3 Cấu trúc pha
25
3.3 Chế tạo thép dụng cụ phẫu thuật
29
3.4 Dùng thử sản phẩm 29
4. Kết luận, kiến nghị
30
Tài liệu tham khảo
31
Phần phụ lục





2

Mở đầu

Trong vũng 10 nm tr li õy, nn kinh t Vit Nam khụng ngng phỏt trin.
Thu nhp bỡnh quõn theo u ngi ngy mt tng. Ngi dõn cú iu kin chm lo
n sc khe ca mỡnh hn. iu kin chm súc y t c ci thin hn. Mng li
cỏc bnh vin phỏt trin tt c cỏc huyn th trong c nc. ng thi cỏc c
s
khỏm cha bnh t nhõn cng xut hin hu khp cỏc thnh ph, th xó. Do đó
nhu cầu về dụng cụ y tế, đặc biệt là dụng cụ phẫu thuật tăng lên.
Trong công nghiệp chế tạo dụng cụ phẫu thuật thép vẫn là vật liệu chủ yếu.
Thép có nhiều tính năng u việt nh ; có độ cứng cao, độ chịu mài mòn tốt, dễ gia
công cơ khí, đáp ứng đợc đòi hỏi khắt khe về dụng cụ y tế. ở Việt Nam đã có nhà

máy chuyên sản xuất dụng cụ y tế, nguyên liệu dùng để sản xuất phần lớn là nhập
ngoại, nhng cũng chỉ thỏa mãn một phần nhu cầu, phần lớn dụng cụ y tế đều phải
nhập từ nớc ngoài. Để tăng nội lực sản xuất trong nớc, đáp ứng một phần nhu cầu
của xã hội, Viện luyện kim đen đăng ký và đợc Bộ công thơng giao đề tài
Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép mác SAE4161 dùng để sản xuất dụng cụ
y tế
Hớng của đề tài là sử dụng tối đa những kết quả nghiên cứu và sản xuất đã áp
dụng thành công ở những nớc phát triển để xác lập đợc quy trình công nghệ thích
hợp sản xuất đợc mác thép đã chọn. Mác thép sản xuất theo quy trình đã chọn phải
có các thông số về thành phần hóa học, tính chất cơ lý, kim tơng tơng đơng
với vật liệu của nớc ngoài. từ mác thép sản xuất chế tạo thành dụng cụ phẫu thuật
tại Công ty cổ phần MEINFA, đạt Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
Nội dung của báo cáo đề tài gồm các phần chính sau:
- Tổng quan chung
- Nội dung nghiên cứu và phơng pháp nghiên cứu
- Kết quả đạt đợc
- Kết luận và kiến nghị
- Ti liệu tham khảo
- Phụ lục



3
Trong quá trình thực hiện nhóm đề tài nhận đợc sự chỉ đạo sát sao của Vụ
Khoa học và Công nghệ, Bộ Công thơng và sự cộng tác hiệu quả của công ty Cổ
phần MEINFA, khoa ngoai bnh vin huyn Thng Tớn, công ty cơ khí 79, các
cán bộ của Viện Luyện Kim Đen. Nhân dịp này chúng tôi cũng xin cám ơn các qu ý
cơ quan và các cá nhân đã giúp chúng tôi hoàn thành đề tài đợc giao.

4
1. tổng quan
1.1. Tổng quan chung về thép kết cấu hợp kim
1.1.1 Giới thiệu chung

Thép kết cấu chế tạo máy là các loại thép đợc dùng làm chi tiết máy, trong đó
có rất nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, đòi hỏi có cơ tính tổng hợp cao cả về độ bền,
độ dẻo, độ dai. Ngoài ra thép chế tạo máy cũng là loại thép đa dạng về cơ tính với
những yêu cầu nhiều khi khác hẳn nhau: từ cần mềm, dẻo để dập sâu cho đến cứng,
đàn hồi nh lò xo, nhíp; từ độ bền thông thờng cho tới độ bền cao nh trục truyền,
bánh răng v.v; từ yêu cầu độ cứng, tính chống mài mòn thông thờng cho đến
loại cần độ cứng, tính chống mài mòn cao.
Những nguyên tố hợp kim đa vào thép chế tạo máy có tác dụng chủ yếu làm
tăng độ thấm tôi để đạt đợc cơ tính cao, đồng nhất trên tiết diện. Hợp kim hoá thép
chế tạo máy cũng phải đạt đợc yêu cầu là không làm tăng quá nhiều giá thành sản
phẩm vì lợng thép đợc sử dụng khá lớn. Giải pháp hợp lý là dùng các nguyên tố
hợp kim với hàm lợng không cao và rẻ tiền. Nhìn chung các loại thép chế tạo máy
đợc hợp kim hoá thờng là hợp kim thấp, số mác thép hợp kim hoá trung bình đến
5-6% chiếm tỷ lệ không cao. Các nguyên tố hợp kim thờng dùng là Mn, Si là các
nguyên tố hợp kim rẻ tiền, dễ kiếm. Ngoài ra còn hay dùng nguyên tố Cr vì có tác

dụng tốt và giá thành không quá cao. Niken tuy khá đắt nhng có tác dụng rất tốt
đến độ thấm tôi khi đợc dùng kèm với Cr và bảo đảm có độ dai cao nên đợc dùng
cho các chi tiết với yêu cầu cao về cơ tính và độ tin cậy khi làm việc. Ngời ta còn
dùng Bo, N với lợng nhỏ (vi lợng) có tác dụng tốt đến cơ tính. Molipđen thờng
đợc dùng với lợng không lớn (0,20-0,50%, nhiều khi nhỏ hơn) để tăng độ thấm
tôi và tránh đợc dòn ram II.
Khi dùng thép chế tạo máy là thép hợp kim cần theo các nguyên tắc sau:
Chỉ dùng cho các chi tiết có đờng kính, chiều dày lớn hơn 20 mm để bảo
đảm tôi thấu, loại đờng kính nhỏ hơn chỉ cần dùng thép cácbon vì đã bảo
đảm tôi thấu.



5
Để bảo đảm tôi thấu và cơ tính đồng nhất, chi tiết có tiết diện càng lớn phải
dùng thép hợp kim có thành phần hợp kim hoá càng cao.
1.1.2 Phân loại thép hợp kim chế tạo máy.
Căn cứ vào cơ tính và công dụng, ngời ta chia thép kết cấu chế tạo máy thành
ba nhóm:
a, Thép có hàm lợng cácbon thấp, C

0,25% hay thép thấm C.
ở trạng thái ủ thép này có độ dẻo, độ dai cao song độ bền thấp. Vì vậy chúng rất
dễ dập nguội. Nhìn chung các thép có hàm lợng C thấp có tính dập nguội khác
nhau.
Trong công nghệ chế tạo máy thờng gặp các chi tiết dập nguội, nói chung các
thép có hàm lợng C thấp đều thoả mãn tính công nghệ này. Đặc điểm chung nữa
của nhóm thép này là có tính gia công rất kém, tuy mềm song phoi quá dẻo, khó
gẫy vụn, quấn lấy dao và bề mặt không nhẵn bóng.
b, Thép có hàm lợng C trung bình, 0,30-0,50 %, hay thép hoá tốt (tôi + ram

cao).
Nhóm thép này so với nhóm thép trên ở trạng thái ủ có độ bền, độ cứng cao
hơn; còn độ dẻo, độ dai tuy có giảm đi nhng vẫn tốt. Do đó các mác thép này vẫn
đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của chi tiết máy chịu tải. Tuy nhiên để đạt đợc độ bền
đặc biệt là giới hạn chảy cao hơn mà vẫn bảo đảm tốt độ dẻo, độ dai các thép này
đợc qua nhiệt luyện hoá tốt (tôi + ram cao), chính vì thế nhóm thép này đợc gọi
là thép hoá tốt.
Thép hoá tốt tức là tôi và ram cao ở nhiệt độ ngay dới A1, để bảo đảm có tính
dai cao hơn, tức là có độ gia công dẻo tốt hơn. Hoá tốt thép ta nhận đợc cấu trúc
hạt mịn hơn. Các tính chất cơ học: Độ dẫn nhiệt và dẫn điện của thép hoá tốt giảm
dần theo chiều tăng của các thành phần hợp kim hoá trong thép. Tất cả các mác
thép hoá tốt đều rất thuận lợi cho việc hàn dới áp lực.
Các thép chế tạo máy hoá tốt đợc chia làm nhiều nhóm:
- Thép không hợp kim hoá (thép cácbon);
- Thép hợp kim hoá có các nhóm: thép Mn-Si, thép Cr, thép Cr-Mo-V, thép
Cr-Mo, thép Cr-Ni-Mo, thép Cr-Mn.



6
Trong trờng hợp vừa chịu tải trọng tĩnh và va đập cao vừa cần chống mài mòn
ở bề mặt làm việc, sau khi nhiệt luyện hoá tốt thép đợc sử lý qua tôi bề mặt để có
tính chống mài mòn tơng đối cao.
So với nhóm thép trên nhóm thép này có tính dập nguội kém hơn. Tính hàn
của nhóm thép này thấp do lợng C đã vợt quá 0,25%. Về tính gia công cắt gọt,
nói chung thép này có u việt hơn. Tuy cứng hơn song phoi thép dễ gãy làm cho
cắt gọt đợc dễ dàng hơn. Ngay ở trạng thái hoá tốt có độ cứng cao vào khoảng
250-265 HB tuy hơi khó cắt song lại tạo nên bề mặt bóng, nhẵn hơn rất thích hợp
cho gia công tinh.
Trong khuôn khổ của đề tài, chúng tôi chỉ chú trọng tới loại thép kết cấu hợp

kim có hàm lợng các bon tơng đối cao, đặc biệt là hệ thép Cr-Mo.
Cho thêm Mo vào thép Crôm làm cho thép nhỏ hạt, tăng độ thấm tôi, nâng cao
độ bền và khắc phục khuynh hớng giòn ram và lớn lên của hạt khi nung nóng. Mo
có ảnh hởng đặc biệt đến việc nâng cao tính chất của thép ở nhiệt độ cao.
Thép đợc dùng sau tôi và ram (đôi khi thờng hóa và ram) để làm các chi tiết
quan trọng và cỡ lớn nh các loại trục, các chi tiết của tuabin (rôto, trục, đĩa) cũng
nh các chi tiết kẹp chặt làm việc ở nhiệt độ cao. Do có độ bền và tính hàn tốt, thép
Cr-Mo đợc sử dụng rộng rãi để làm các chi tiết kết cấu hàn quan trọng .
c, Thép có hàm lợng C tơng đối cao, 0,55-0,65%, hay thép đàn hồi.
Nhóm thép này ở trạng thái ủ đã khá cứng, bền; còn độ dẻo, độ dai tơng đối
thấp, không thích hợp với các chi tiết máy nói chung. Tính chất nổi bật của nhóm
thép này là có giới hạn đàn hồi cao nhất sau khi nhiệt luyện tôi + ram trung bình đạt
độ cứng trong khoảng HRC 35-45 hay HB 350-450. Vì vậy công dụng chủ yếu của
thép này là làm lò xo, nhíp cũng nh các chi tiết có tính đàn hồi cao.
Vì có độ bền đặc biệt là tính đàn hồi cao nên nhóm thép này rất khó dập nguội
và thờng chỉ đợc gia công nóng. Tính hàn của thép này kém. Tính gia công cắt
gọt không cao.
1.2 ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim lên tính chất của thép.
1.2.1 ảnh hởng của Cacbon.



7
Cacbon là nguyên tố mở rộng vùng , kìm hãm sự chuyển biến Mactenxit và
do đó làm tăng độ ổn định của pha Austenit. Do có khả năng tạo thành Cácbit có độ
cứng cao nên cacbon là nguyên tố tăng bền rất tốt. Khi tăng nhiệt độ thì khả năng
tăng bền của cacbon giảm do có sự thay đổi cấu hình của cacbit. Nếu có các nguyên
tố tạo cacbit mạnh trong hợp kim thì cacbon chủ yếu tập trung ở những vị trí hình
thành cacbit, do đó khi tăng hàm lợng C sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố
hợp kim giữa các pha dung dịch rắn và pha cacbit, dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn

và làm thay đổi tính chất của hợp kim. Cacbon làm giảm tính dẻo, giảm khả năng
chống lại sự phát triển của vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim. Vì vậy hầu hết các
loại thép hợp kim đều chứa cacbon ở lợng tơng đối ít, đặc biệt là đối với những
loại thép làm việc trong môi trờng xâm thực mạnh (các bon thờng 0,03%).
1.2.2 ảnh hởng của Crôm.
Crôm là nguyên tố quan trọng nhất quyết định tính chống gỉ của thép không
gỉ. Để bảo đảm tính chống gỉ trong môi trờng xâm thực yếu và trong không khí
ẩm, hàm lợng Crôm phải 12%.
Hợp kim FeCr ở trạng thái rắn tạo ra một số dung dịch rắn , + và (xem
hình 1) (1). Cr là nguyên tố mở rộng vùng Fe - , với bất kỳ nồng độ Cr nào cũng
có thể tạo ra tổ chức một pha của ferit, là dung dịch rắn giữa Fe- và Cr.

Hình 1 : Giản đồ trạng thái Fe- Cr (1)



8

ở hàm lợng 1 - 2% Cr hòa tan hoàn toàn trong sắt. do bán kính nguyên tử của
Cr gần bằng của Fe nên trong mạng tinh thể Fe - , các nguyên tử Cr nằm trong các
nút mạng thay thế các nguyên tử Fe tạo nên dung dịch rắn thay thế có các tính cơ
học cao hơn. Nguyên tố Cr còn nâng cao tính chống gỉ của thép. Đặc biệt khi hàm
lợng Cr 12%.
Khi hàm lợng Cr trong thép tăng lên 2% thì sẽ tạo ra các loại cacbit Crôm
đặc biệt, có công thức hóa học là (Cr, Fe)
7
C
3
. Loại cacbit này rất ổn định và chỉ hòa
tan trong austenit khi nung ở 1040 ữ 1070

0
C.
Khi hàm lợng Cr từ 10 ữ 12% trở lên sẽ tạo thành loại cacbit phức tạp. Sự
hình thành các loại cacbit này phụ thuộc vào hàm lợng crôm và cacbon (hình
2)(2). Nhờ có các loại cacbit này mà thép có độ cứng cao và chịu mài mòn tốt.
Crôm ảnh hởng đến chuyển biến , ảnh hởng đến nhiệt độ chuyển biến và
điều kiện tiết cacbit từ dung dịch rắn.


Hình 2. ảnh hởng của cacbon và Crôm lên sự tạo thành các bít




9
Ta đã biết rằng, khi trên bề mặt kim loại và hợp kim tạo đợc một lớp màng
oxít có khả năng ngăn ngừa không cho các ion thấm qua và bám chặt vào kim loại
nền. Chính lớp màng này đã ngăn cản sự oxy hoá tiếp theo, tạo cho kim loại và hợp
kim ở vào trạng thái thụ động. Đó là lớp màng thụ động. Khả năng chống gỉ của
hợp kim phụ thuộc vào tính chất vật ly và hoá học của lớp màng bảo vệ này. Trong
các nguyên tố hợp kim thì crôm có vai trò quan trọng trong việc làm bền vững lớp
màng thụ động, vì nó có ái lực hoá học với oxy cao hơn sắt.
1.2.3 ảnh hởng của Mo
Molipdden cú dng lp phng th tõm, thụng s mng 3.14A
o
, thụng s
mng ca Mo ln hn thụng s mng ca st nhiu, do ú cn tr s hỡnh thnh
mt lot cỏc dung dch c liờn tc. Hp kim húa thờm molipen vo thộp cú hm
lng cỏc bon trung bỡnh lm cho thộp cú cu trỳc nh ht, tng thm tụi, lm
tng bn, khc phc khuynh hng giũn ram v ln lờn ca ht khi nung núng.

Khi hm lng molipen l 3,5 thỡ nú lm cho vựng khộp kớn hon ton. hũa
tan ca molipden trong st 20
o
C xp x 6%, cũn 1450
0
C l 38% (hỡnh 3). ụi
vi h hp kim Fe-Mo thỡ s chờnh lch hũa tan nhit thng v nhit
cao nhiu nh vy cho phộp tụi cú kốm theo húa gi tip theo. Do húa gi cỏc tinh
th ca hp cht liờn kim loi Fe
3
Mo
2 (
Molipdenit) thoỏt ra khi dung dich c quỏ
bóo hũa lm thay i tớnh cht ca nú i rt nhiờu. Molipđen là nguyên tố tạo cacbit
rất mạnh. Cacbit molipđen có tính ổn định cao, khó hòa tan vào austenit khi nung.
Molipđen còn làm tăng mạnh độ thấm tôi của thép, cải thiện tính chống ram, do Mo
tạo ra độ cứng thứ cấp khi ram (do tạo thành Mo
2
C ), làm giảm sự nhạy cảm đối với
hiện tợng dòn ram.
Trong thép làm dụng cụ y tế, Mo làm tăng độ thấm tôi, tăng độ cứng, tăng
tính chống gỉ và tăng tính chống mài mòn. Hàm lợng Mo trong thép này nằm
trong khoảng 0,25 ữ 0,75.



10

Hình 3. Giản đồ trạng thái Fe Mo.
1.2.4 ảnh hởng của Si

Si làm tăng nhiệt độ AC
3
lên 70 ữ 90
0
C, làm hạ tốc độ tôi tới hạn. Sự chuyển
biến xảy ra ở trong thép chứa 0,36%Si ở 215
0
C, trong thép chứa 1,2%Si ở
190
0
C. Hàm lợng Si trong thép tăng làm giảm độ bền sau tôi ở nhiệt độ cao. Đối
với thép có hàm lợng Si càng cao, độ dai va đập sau ram ở 700
0
C càng giảm, thép
có 1,2%Si độ dai va đập giảm đến 5,5kg.m/cm
2
, thép có 1,95%Si độ dai va đập
giảm đến 1,3kg.m/cm
2
. Sự giảm độ dai va đập ở 700
0
C liên quan đến sự tạo thành
Silicua . Khi tăng hàm lợng Si, độ bền ăn mòn trong axit nitric bị giảm nhiều.
1.2.5 ảnh hởng của Mn.
Mn làm tăng độ dai va đập của thép. Khi hàm lợng Mn trong thép cao, độ
bền trong axit HNO
3
xấu đi rất nhiều, nhng lại tăng lên rất nhiều trong axit
Photphoric. Mn là nguyên tố hợp kim mở rộng vùng . Đối với C, Mn cũng tạo
thành cacbit dạng (Mn, Fe)

3
C . Cacbit mangan dễ hòa tan vào dung dịch rắn và
cũng dễ tiết ra từ dung dịch rắn khi ram. Mn làm tăng mạnh độ cứng và độ bền của
ferit. Mn cũng làm tăng mạnh độ cứng của austenit. Khi nung để tôi hợp kim chứa
C cao thì cacbit mangan dễ hòa tan vào austenit, độ bão hòa Mn trong dung dịch



11
rắn tăng lên. Do đó sự phân hủy austenit khi làm nguội thép Fe- Cr-C chứa 1%Mn
xảy ra rất chậm. Tốc độ làm nguội khi tôi nhỏ tính thấm tôi cao, nên có thể tôi trong
môi trờng yếu (nh dầu). Ưu điểm của thép chứa Mn là giảm chiều hớng biến
dạng và tăng tính thấm tôi.
1.3 Lựa chọn mác thép làm dụng cụ phẫu thuật
Những yêu cầu đối với dụng cụ phẫu thuật:
- Không gây ra các yếu tố độc hại cho cơ thể ngời.
- Phải bền trong môi trờng ăn mòn và xâm thực đặc biệt.
- Phải bảo đảm tính chất cơ lý:
+ Phải bảo đảm đủ độ cứng và độ bền cơ học để chống đợc sự cọ sát mài
mòn và chịu đợc lực kéo nén.
+ Không bị thay đổi tính chất vật liệu khi khử trùng ở nhiệt độ cao.
+ Có khả năng gia công cơ khí thành các chi tiết có hình dạng khác nhau.
Vì vậy các dụng cụ phẫu thuật phải đợc chế tạo từ một loại vật liệu có độ bền
cao, độ cứng cao, độ đàn hồi tốt, có khả năng chịu mài mòn, gia công tạo hình, gia
công cơ khí và gia công nhiệt tốt. Thép hợp kim Cr trớc cùng tích thỏa mãn các
yêu cầu trên. Thép này có hàm lợng C cao (0,56-0,64%), bảo đảm sau tôi thép có
độ cứng và tính chịu mài mòn cao. Lợng Cr phải đủ lớn để bảo đảm độ thấm tôi tốt
và đủ tạo ra một lợng cacbit để đảm bảo độ cứng và tính chịu mài mòn cao. Để
nâng cao tính chống gỉ, ngời ta còn hợp kim hóa thêm Ni, Mo, CuNgoi ra đối
với dụng cụ y tế đợc chế tạo không phải bằng thép không gỉ thì cần tiến hành mạ

ni ken để tăng khả năng chống gỉ của dụng cụ. Điều quan trọng là thép phải sạch
các tạp chất phi kim (S, P nên nhỏ hơn 0,025 để không tạo ra các điểm mềm làm
giảm khả năng làm việc của dụng cụ y tế).
Dựa vào điều kiện thực tế và các phân tích nêu trên, chúng tôi lựa chọn mác
thép SAE 4161 để làm dụng cụ phẫu thuật. Mác thép này có hàm lợng cacbon đủ
lớn (0,56- 0,62%), Cr: 0,6-0,9; Mo: 0,15-0,30 bảo đảm thoả mãn các yêu cầu về vật
liệu chế tạo dụng cụ phẫu thuật, nhất là đối với dụng cụ dùng để đục x
ơng, dao
mổ.
Thành phần hoá học và tính chất cơ l ý của thép SAE4161 và các mác thép
tơng đơng đợc nêu trong bảng 1 và 2.(3)
Bảng1: Thành phần hoá học của thép SAE4161 và các mác thép tơng đơng



12

Thành phần hoá học (%)
Mác
C Si Mn P S Cr Mo
50CrMo4
ISO 683 118:1996
0,46-
0,54
0,10-
0,40
0,50-
0,80
0,035 0,035
0,90-

1,20
0,15-
0,30
SAE4161 (Mỹ)
0.56-
0.64
0.15-
0.35
0.75-
1.00
0,035 0,04
0.70-
0.90
0.25-
0.35
42CrMo
GB 3077-88
(Trung Quốc)
0,30-
0,45
0,17-
0,37
0,50-
0,80
0,035 0,035
0,90-
1,20
0,15-
0,25
50CrMo4 (số hiệu

1.7228) (Đức)
0,46-
0,54
0,40
0,50-
0,80
0,035 0,035
0,90-
1,20
0,15-
0,30


Bảng 2: Tính chất cơ lý của thép SAE4161

Mác

b

(MPa)

ch

(MPa)

(%)
A
kv
(J.cm
2

)
độ cứng sau ủ
(HRs)
SAE4161 1100-1300
900 9 30 248



13
2. Nội dung và phơng pháp nghiên cứu
2.1 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu, lựa chọn mác thép thích hợp để chế tạo dụng cụ phẫu
thuật
- Xác lập quy trình công nghệ chế tạo thép SAE4161 gồm các bớc:
Công nghệ nấu luyện
Công nghệ tinh luyện
Công nghệ rèn
Công nghệ nhiệt luyện
- Xác định các tính chất: Độ bền, độ cứng, thành phần hoá học, cấu trúc của vật
liệu.
- Từ mác thép nghiên cứu chế tạo đợc một số bộ dụng cụ phẫu thuật. Dùng thử
sản phẩm để đánh giá chất lợng.
- Báo cáo tổng kết đề tài.
2.2. Phơng pháp nghiên cứu:
- Dựa trên tiêu chuẩn trong nớc và các tiêu chuẩn nớc ngoài khác để lựa chọn
mác thép phù hợp cho việc chế tạo dụng cụ phẫu thuật.
- Sử dụng lò trung tần Radyne, (Anh) để nghiên cứu xác định công nghệ nấu
luyện, lò GH100 có công suất 100KVA để tinh luyện thép.
- Nung phôi bằng lò phản xạ, rèn bằng búa 400kg và búa 150kg tại công ty cơ
khí 79. Nhiệt luyện mẫu thí nghiệm bằng lò dây điện trở CO-1,6.2,5.I/II-

MIY.4.2 của Viện Luyện Kim Đen
- Sử dụng phơng pháp hoá học và quang phổ phát xạ (máy quang phổ ARL
3460, Thuỵ sĩ) để xác định thành phần hoá học. Sử dụng các thiết bị thử hiện đại
của các cơ sở nghiên cứu để xác định độ cứng (máy đo độ cứng HPO 250 và TK
2M , Liên xô cũ). Để xác định cấu trúc của thép sử dụng kính hiển vi AXIOVERT,
Đức.




14
3. kết quả đạt đợc
3.1 Công nghệ sản xuất thép SAE4161
Thành phần hoá học (%) của thép SAE4161 nh sau:
C: 0.56-0.64; Si: 0.15 -0.35: Mn : 0.75 -1.00; Cr : 0.70 0.90; Mo: 0.25 -0.35; P
0,035 ; S 0,04.
Tính chất cơ lí tính của thép SAE4161 nh sau:
Giới hạn bền: 1100 -1300 MPa, giới hạn chảy : 900MPa (min); độ dãn dài :
9%(min); độ dai va đập : 30J.cm
-2
(min); độ cứng sau ủ: 248HBs(min).
3.1.1 Công nghệ nấu luyện.
Thép SAE4161 là thép có hàm lợng C tơng đối cao (từ 0.56-0.64), việc đa
cácbon vào thép cần đặc biệt chú ý. Vì đây là nguyên tố rất dễ cháy hao. Có thể sử
dụng than grafit để nâng cao hàm lợng các bon, hoặc là sử dụng các loại thép phế
có hàm lợng C cao. Đề tài đã lựa chọn các nguyên liệu nh trong bảng 3, dựa vào
hệ số cháy hao thực tế của Viện Luyện kim đen (bảng 4) nhóm đề tài đã tính toán
phối liệu mẻ nấu số 1 nh trong bảng 5:
Bảng 3: Thành phần các nguyên liệu chính dùng để luyện thép SAE4161
Thành phần hoá học

Nguyên liệu
C Mn Si Cr Ni Mo
1) Phế thép Ct3 0.27 0.51 0.23 - - -
2) Phế thép C50 0.55 0.79 0.24 - - -
3)FeMn 1.0 80.0 - - -
4) FeCr (C Cao) 7.8 - 63.0
5) FeSi (75) 0.70 - 70.0 - -
6) FeMo 55.0
7) Thép phế Cr17 0.70 0.85 0.90 17.0 - -






15
Bảng 4. Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim
Nguyên tố hợp kim Hệ số cháy hao, %
Si
6 ữ 10
Mn
4 ữ 6
Cr
2 ữ 3
C dạng grafit 30 35
Mo 2 - 3

Bảng 5: Phối liệu mẻ 1 (tính bằng kg)
TT Nguyên liệu Mẻ1

1 Phế thép CT3 247.0
2 Phế thép C50 -
3 FeMn 1.5
4 FeSi 0.5
5 FeMo 1.40
6 FeCr các bon cao 3.65
7 Phế thép Cr17 -
8 Than grafit 1.20
7 Al kim loại 0.5

Cộng
255.75

Quy trình nấu luyện đợc tiến hành nh sau:
Thứ tự xếp liệu: Cho chất tạo xỉ (CaO + CaF
2
= 2 : 1 ) (1% mẻ liệu) đã
đợc xấy khô ở 200
o
C, xếp một lợt thép phế, FeCr các bon cao, FeMo (đã
đợc sấy khô), than graphít đợc cho vào hộp sắt và xếp vào giữa lò, sau đó
tiếp tục xếp thép phế.



16
Đóng điện, chạy 60% công suất trong 6 8 phút. Sau đó từ từ nâng lên cực
đại. Khi liệu ở dới nồi đã chảy thì chọc liệu và cho thêm liệu mới đến hết
mẻ liệu.
Sau khi liệu chảy hoàn toàn, vớt hết xỉ cũ và tạo xỉ mới. Xỉ cần có độ kiềm

lớn hơn hoặc bằng 2.
Cho ferrosilic75, ferromangan, sau 2-3 phút cho dây nhôm kim loại
(1kg/tấn).Nhiệt độ ra thép 1620
o
C. Rót thép vào nồi rót đã đợc xấy khô
tới nhiệt độ 800-900
o
C và có sẵn phoi nhôm kim loại (1kg/tấn) để khử ôxy
trong thép lỏng.
Rót thép từ nồi rót vào khuôn có 60mm để tạo phôi điện xỉ.
Tiến hành lấy mẫu phân tích thành phần hoá học của mẻ luyện, kết quả
đợc nêu trong bảng 8.
Từ kết quả phân tích chúng tôi nhận thấy thành phần hóa học của mẻ luyện đã
đạt tiêu chí đề ra, nhng để tận dụng thép phế chúng tôi tiến hành luyện tiếp mẻ số
2, tận dụng tối đa hàm lợng crôm có sẵn trong thép phế. Phối liệu mẻ số 2 và thành
phần hoá học đợc ghi ở bảng 6 và bảng 8.
Bảng 6: Phối liệu mẻ nấu số 2(tính bằng kg)
TT Nguyên liệu Mẻ 2
1 Phế thép CT3 233
2 Phế thép C50 -
3 FeMn 1.5
4 FeSi 0.5
5 FeMo 1.35
6 FeCr các bon cao -
7 Phế thép Cr17 14.0
8 Than grafit 1.20
7 Al kim loại 0.5

Cộng
251.75

17
Vì nhiều l ý do, có thể do thành phần thép phế cha thật đồng đều nên thành
phần hoá học của mẻ số 2 cha đạt, hàm lợng C trong thép còn thấp hơn thành
phần cho phép. Chúng tôi quyết định luyện mẻ số 3 sử dụng lợng thép phế có hàm
lợng các bon cao hơn. Phối liệu mẻ số 3 đợc ghi ở bảng 7, thành phần hoá học
các mẻ luyện đợc ghi ở bảng 8.
Bảng 7: Phối liệu mẻ nấu số 3 (tính bằng kg)
TT Nguyên liệu Mẻ 3
1 Phế thép CT3 -
2 Phế thép C50 239.0
3 FeMn 1.0
4 FeSi 0.5
5 FeMo 1.30
6 FeCr các bon cao -
7 Phế thép Cr17 14.0
8 Than grafit 0.7
7 Al kim loại 0.5

Cộng
257.0

Bảng 8: Thành phần hoá học của các mẻ thí nghiệm

Thành phần hoá học

Mẻ

C Mn Si Cr Mo P S
1 0.58 0.75 0.17 0.91 0.33 0.017 0.02
2 0.50 0.78 0.2 0.90 0.30 0.018 0.019
3 0.59 0.80 0.35 0.92 0.29 0.02 0.02
3* 0.56 0.74 0.37 0.90 0.30 0.018 0.016



18
Thành phần hoá học của mác thép đợc tiến hành phân tích tại phòng thí
nghiệm Viện Luyện kim đen. Ngoài ra, chúng tôi còn kiểm tra tại Viện Công nghệ,
kết quả phân tích đợc thể hiện trên bảng 8 (phần 3
*
).
Từ các kết quả phân tích nhận đợc, chúng tôi thấy rằng tiến hành nấu luyện
với 2 cách phối liệu khác nhau vẫn có đợc mác thép đạt yêu cầu đề ra. Nh vậy tận
dụng các phế liệu thép sẽ đa lại nhiều lợi ích về kinh tế mà các yêu cầu đối với
mác thép vẫn đảm bảo. Tuy nhiên cần phải chọn lọc và phân tích chính xác thành
phần hoá học của nguyên liệu ban đầu.
3.1.2 Công nghệ tinh luyện
Để bảo đảm yêu cầu đối với thép làm dụng cụ phẫu thuật, thép phải có hàm
lợng phốt pho, lu huỳnh thấp, phải sạch khí, hàm lợng ôxy, nitơ và hyđrô phải
thấp hơn giới hạn cho phép. Cấu trúc thỏi đúc phải là cấu trúc hạt mịn và đồng đều,
dựa vào điều kiện thực tế chúng tôi tiến hành tinh luyện thép trên thiết bị tinh luyện
điện xỉ công suất 100 KVA của Viện Luyện kim đen.
Các thông số kỹ thuật cơ bản lò GH100 và chế độ tinh luyện nh sau:
1. Công xuất biến thế 100KVA
2. Điện áp sơ cấp 45 48V
3. Cờng độ dòng 1400-1500A
4. Đờng kính điện cực 60mm

5. Tiêu hao nớc làm lạnh (Min) 5m
3
/giờ
6. Tốc độ chuyển dịch điện cực 33-35 mm/phút
7. Chiều dài làm việc của điện cực 2000mm
8. Xỉ tinh luyện ANF-6
9. Tiêu hao xỉ ANF-6 50- 60 kg/tấn sản phẩm
10, Kích thớc thỏi thép 110x350-400
Chúng tôi chọn hệ xỉ tinh luyện là loại ANF-6 (70% CaF
2
+ 30%Al
2
O
3
) là
loại xỉ dễ kiếm, rẻ tiền và khử S tốt. Xỉ cần đợc xấy khô trớc khi dùng. Quy trình
tinh luyện đợc tiến hành nh sau:
- Kiểm tra hộp kết tinh: mặt trong hộp phải sạch, hộp phải kín nớc



19
- Cho lợng xỉ cần thiết cho một thỏi (2 2,5kg cho 1 thỏi 40 50 kg) vào hộp
kết tinh. Hạ điện cực từ từ xuống sao cho tạo đợc hồ quang làm nóng chảy xỉ rắn
tạo thành bể xỉ lỏng. Cho điện cực nhúng vào bể xỉ lỏng với độ sâu và chế độ điện
hợp lý để tạo ra các giọt kim loại lỏng ở đầu điện cực. Giọt kim loại này lớn dần và
dới tác dụng của trong lực sẽ tách khỏi đầu điện cực đi qua lớp xỉ lỏng rồi lắng
xuống đáy hộp kết tinh tạo thành bể kim loại lỏng. Khi đi qua lớp xỉ lỏng giọt kim
loại sẽ đợc tinh luyện theo các phản ứng tơng tác giữa kim loại lỏng và xỉ lỏng.
Dới tác dụng làm nguội nhanh của dòng nớc chảy quanh hộp kết tinh bể kim loại

lỏng kết tinh thành thỏi điện xỉ theo hớng từ dới lên. Do kim loại lỏng kết tinh
dới lớp xỉ bảo vệ nên rất sạch khí và đợc làm nguội nhanh nên thỏi điện xỉ có cấu
trúc hạt mịn, thuận lợi cho khâu rèn tiếp theo. Các thỏi thép sau điện xỉ đều đạt
chất lợng tốt: dóc xỉ, không bị co lõm, kích thớc đồng đều, bề mặt sáng bóng.
Thành phần hoá học của các mẻ thí nghiệm sau điện xỉ đợc nêu trong bảng 9:
Bảng 9: Thành phần hoá học của thép sau điện xỉ
Thành phần hoá học

Mẻ
C Mn Si Cr Mo P S
1 0.58 0.75 0.18 0.91 0.33 0.017 0.018
3 0.59 0.79 0.35 0.92 0.28 0.02 0.017

3.1.3 Công nghệ rèn.
Rèn thép nhằm mục đích tạo hình dáng cần thiết, khử độ lớn của hạt, khử các
bọt khí, lỗ kim, vết nứt và các khuyết tật khác trong thép đúc; cải thiện tổ chức và
cơ tính.
Nhiệt độ bắt đầu rèn: là nhiệt độ bảo đảm cho sự hòa tan hoàn toàn lợng
cacbit vào nền austenit mà vẫn không có sự phát triển mạnh về kích thớc hạt. Đối
với thép SAE4161, nhiệt độ bắt đầu rèn là 1050
0
C. Để bảo đảm nhiệt độ phôi rèn
đồng đều, đối với kích thớc của thép nghiên cứu cần giữ ở nhiệt độ rèn từ 1-2giờ.



20
Nhiệt độ kết thúc rèn: là nhiệt độ tại đó thép vẫn còn đủ tính dẻo cần thiết cho
thao tác rèn, không tạo ra vết nứt tế vi. Đối với thép SAE4161, nhiệt độ kết thúc rèn
là 850

0
C.
Biến dạng khi rèn: thép SAE4161 đợc rèn trong khoảng nhiệt độ 1050
0
C ữ
850
0
C. ở giai đoạn đầu cần biến dạng từ từ và khi rèn phải liên tục chuyển vị trí để
tránh tạo ra vết nứt. Ngừng rèn khi nhiệt độ xuống dới 850
0
C.
Quy trình rèn thép SAE4161 đợc thực hiện nh sau:
Các thỏi thép điện xỉ 110 sau ủ đợc tiện hết lớp vỏ ôxit xuống còn 104 -
107, ca bỏ một đoạn l = 50 60mm (phần đầu của thỏi điện xỉ) để loại bỏ hết
phần rỗ , xốp. Sau đó xếp các thỏi thép vào giữa lò, tốc độ nâng nhiệt khi nung nóng
là 100-150
0
C/h, giữ ở nhiệt độ rèn 1-2 giờ. Nhiệt độ rèn là 1000
0
C - 1050
0
C, nhiệt
độ kết thúc rèn: 850
0
C.
Các bớc rèn:
Rèn bớc 1: Rèn đạt vuông 40.
Rèn bớc 2: Rèn đạt xuống vuông 30 vuông 20 (Rèn phôi 25 x
250 để chế tạo mẫu thí nghiệm)
3.1.4 Công nghệ nhiệt luyện

Nhiệt luyện là quá trình thay đổi cấu tạo bên trong của kim loại (hoặc hợp
kim) khi nhiệt độ thay đổi. Do đó tính chất của kim loại cũng thay đổi. Dựa vào
chuyển biến xẩy ra khi nung nóng thép đến nhiệt độ xác định , giữ nhiệt và làm
nguội với tốc độ khác nhau mà ngời ta chia thành các loại nhiệt luyện khác nhau
nh sau: ủ, thờng hóa, tôi, ram, hóa già, gia công lạnh.
3.1.4.1 Công nghệ ủ
ủ là quá trình nhiệt luyện để nhận đợc tổ chức cân bằng(ổn định)của sự phân
hóa ostenit theo thời gian làm nguội từ nhiệt độ nung nóng nhất địnhtrong khoảng
chuyển biến hay lớn hơn. ủ đợc thực hiện bằng cách nung nóng chi tiết thép đến
nhiệt độ nhỏ hay lớn hơn khoảng chuyển biến. Gữi ở nhiệt độ này và làm nguội tiếp
theo với tốc độ cho trớc. Trong quá trình ủ sẽ làm thay đổi tính phân tán của các
pha, thay đổi hình dạng và kích thớc của hạt, kết quả là đợc tổ chức cân bằng, độ



21
cứng giảm đi, độ dẻo và độ dai tăng lên. ủ thờng sử dụng cho các vật đúc, vật cán
và vật rèn. Mục đích của ủ là khử bỏ ứng suất bên trong, các thiên tích gia công cắt
gọt, loại bỏ sự không đồng nhất về tổ chức, chuẩn bị tổ chức cho việc gia công tiếp
theo. Đặc biệt đối với các loại thép dùng làm dụng cụ y tế thì yêu cầu về chất lợng
càng khắt khe hơn. Do đó các thỏi thép sau điện xỉ trớc khi rèn phải đợc tiện
bóc vỏ để loại bỏ hết lớp vỏ oxit, vết nứt. Thép SAE4161 rất nhạy với ứng suất nhiệt
nên sau khi đúc điện xỉ, thép có độ cứng cao. Trớc khi tiện vỏ ta phải tiến hành ủ
thép để có đợc cấu trúc peclit hạt đồng đều, độ cứng vừa phải việc gia công thép
mới thực hiện đợc dễ dàng.
Thông thờng nhiệt độ ủ thép thấp hơn điểm AC
1
. Khi ủ Cacbon của cacbit
hòa tan, khuếch tán và kết tinh tạo ra các hạt cacbit dạng cầu, có năng lợng bề mặt
thấp nên tạo ra trạng thái ổn định hơn. Tốc độ quá trình cầu hóa phụ thuộc vào nhiệt

độ ủ. Nhiệt độ ủ càng cao thì quá trình cầu hóa xảy ra càng nhanh. Vì vậy ủ cầu hóa
thờng ở gần nhiệt độ AC
1
. Do đó ủ thép hợp kim trớc cùng tích nh thép
SAE4161phải tiến hành gần điểm AC
1
, tức là ở nhiệt độ khoảng 720ữ730
0
C . Nếu ủ
ở nhiệt độ cao hơn thì hầu hết cacbit sẽ hòa tan vào austenit và khi làm nguội sẽ tạo
thành cacbit tấm là điều rất cần phải tránh.
Thời gian giữ nhiệt:
Khi nung đạt nhiệt độ ủ (720ữ730
0
C) phải giữ nhiệt một thời gian để bảo đảm
các quá trình chuyển biến , khuếch tán C và Cr vào Đối với kích thớc thỏi
đúc điện xỉ, thời gian giữ nhiệt là 3-4 giờ.
Tốc độ làm nguội:
Hình dạng cacbit sau ủ phụ thuộc vào trạng thái của dung dịch rắn và nhiệt độ
ủ. Độ phân tán của cacbit lại phụ thuộc vào tốc độ làm nguội. Khi làm nguội với tốc
độ lớn (200ữ300
0
C/h) sẽ tạo ra một lợng lớn các hạt cacbit nhỏ mịn do không đủ
thời gian để khuếch tán C và Cr, cấu trúc các hạt nhỏ mịn sẽ tạo ra vật liệu có độ
cứng và độ bền cao, khó gia công cơ khí. Vì vậy khi ủ cần làm nguội chậm để C, Cr
có đủ thời gian khuếch tán tạo ra các hạt cacbit hình cầu có kích thớc vừa phải làm
giảm độ cứng. Tốc độ làm nguội từ 70
0
C 80
0

C/h, đến 600
0
C để nguội theo lò. Dựa



22
vào phân tích nh trên chúng tôi chọn chế độ ủ thép đúc điện xỉ SAE4161 nh sau:
ủ ở 720 730
0
C, tốc độ nâng nhiệt là 70 - 80
0
C/h, giữ đẳng nhiệt 3 4 giờ. Tốc độ
làm nguội 70 80
0
C/h đến 600
0
C để nguội theo lò. Sơ đồ công nghệ ủ đợc thể hiện
trên hình 3. Cấu trúc của thép sau ủ đợc thể hiện rất rõ trên ảnh kim tơng sau ủ
(hình 4): cấu trúc sau ủ là peclit với các hạt cacbit hình cầu phân bố đều đặn trong
nền kim loại, độ cứng đạt 228 ữ 233 HRB. Với cấu trúc và độ cứng nh vậy, việc
gia công cơ khí sẽ đợc thực hiện dễ dàng.

3.1.4.2 Công nghệ tôi:
Tôi là quá trình nhiệt luyện để nhận đợc tổ chức không cân bằng của chuyển
biến hoặc phân hóa ôstenit khi quá nguội rất lớn với tốc độ lớn hơn tốc độ tới hạn.
Tôi đợc thực hiện bằng cách nung nóng chi tiết đến nhiệt độ trong khoảng chuyển
biến hay lớn hơn, giữ ở nhiệt độ này và làm nguội tiếp theo với tốc độ lớn hơn tốc
độ tới hạn. Mục đích của tôi là nhận đợc độ cứng cao và cơ tính mong muốn.
Thông thờng thép sau cùng tích tôi ở nhiệt độ AC

3
+ 20
0
C.
Nếu tôi ở nhiệt độ cao quá hay giữ nhiệt trong thời gian quá dài thì sẽ làm cho
austenit phát triển mạnh, sau tôi sẽ nhận đợc cấu trúc mactenxit thô, mactenxit thô
dòn hơn mactenxit mịn.
Đối với thép trớc cùng tích, nhiệt độ tôi thích hợp và thời gian giữ nhiệt hợp
lý sẽ tạo ra một lợng cacbit thích hợp không bị hòa tan vào dung dịch rắn, sau tôi
0 6 9
H
ình
4
: Chế độ ủ thép SAE4161
t,h
T
0
C
1200



800
700


400

720
0
C
N
g
uội
cùng
lò



23
sẽ có cấu trúc mactenxit + cacbit có độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt. Kích
thớc, độ lớn và sự phân bố đều đặn của các hạt này do cấu trúc ban đầu trớc khi
tôi quyết định. Do đó thép sau cùng tích trớc khi tôi phải đợc ủ. Nếu đem tôi trực
tiếp từ phôi rèn hay cán thì cacbit sẽ tiết ra ở dạng lới trên biên giới hạt. Lới
cacbit này vẫn còn lại sau tôi làm cho mặt gãy của thép bị thô nh đối với thép bị
tôi ở trạng thái quá nhiệt. Cấu trúc trớc khi tôi phù hợp nhất là cấu trúc hạt mịn.
Cấu trúc này có đợc sau khi chúng ta tiến hành ủ thép nh đã nêu ở phần trên.
Đối với thép SAE4161 thì nhiệt độ tôi phù hợp là 820
0
C ữ 850
0
C. Do thép có
hàm lợng C cao (0,5% - 0,6%C), lại thêm cả Mo, nên tính tôi của thép cao, nhạy
cảm với ứng suất nhiệt nên môi trờng tôi thích hợp là dầu. Qua sự phân tích ở trên
chúng tôi đã tiến hành tôi thép SAE4161 theo chế độ sau: Tôi ở 850
0
C/1h /Dầu. Tốc
độ nâng nhiệt khi tôi là 100-150

0
C. Sơ đồ công nghệ tôi đợc thể hiện trên hình 5.

Sau tôi thép có cấu trúc mactenxit hình kim (xem hình 9,10)
3.1.4.3 Công nghệ ram.
Ram là quá trình nhiệt luyện để chuyển từ tổ chức kém ổn định ở trạng thái
tôi thành tổ chức ổn định hơn. Ram tiến hành bằng cách nung nóng chi tiết đến
nhiệt độ chuyển biến , giữ ở nhiệt độ này và sau đó làm nguội. Cấu trúc mactenxit
sau tôi là dung dịch rắn quá bão hòa C, chứa ứng suất d nên không ổn định.
0 5 6
H
ình
5
: Chế độ tôi thép SAE4161
t,h
T
0
C
1200



800



400

850
0
C
Nguội
trong
dầu



24
Mactenxit sau tôi có độ cứng cao lại dòn. Vì vậy thép SAE4161 sau tôi phải tiến
hành ram.
Trong ram, ở giai đoạn đầu (từ 170
0
C ữ 200
0
C ) xảy ra quá trình tiết Cacbon
từ mactenxit dới dạng cacbit nhỏ mịn. Khi nhiệt độ cao hơn (từ 220
0
C ữ 260
0
C )
xảy ra quá trình phân hủy austenit d, chuyển thành mactenxit ram, làm cho độ
cứng và tính chịu mài mòn của thép tăng lên. Khi tăng nhiệt độ cao hơn (từ 300
0
C ữ
400
0
C ) xảy ra quá trình phân hủy dung dịch rắn, tạo thành trustit, độ cứng của thép
giảm đi nhng độ dẻo lại tăng lên. ở nhiệt độ trên 400

0
C xementit kết tụ và tạo
thành xoocbit, thép có cấu trúc xoocbit thì có độ dai và độ dẻo cao, độ bền vừa
phải
Đối với thép SAE4161 dùng làm dụng cụ phẫu thuật yêu cầu phải có độ cứng
tơng đối cao (40 45HRC) nhng vẫn bảo đảm độ dẻo nên chúng tôi chọn chế độ
ram ở nhiệt độ 550
0
C. Sơ đồ công nghệ ram đợc thể hiện trên hình 6.
Cấu trúc của thép SAE4161 sau tôi ở 850
0
C/1h /Dầu và ram ở 550
0
C/2h/nớc
là xoocbit nhỏ mịn phân bố đồng đều. Độ cứng sau ram đạt 40HRC. Cấu trúc sau
tôi, ram đợc thể hiện ở hình 11,12.



3.2. Các tính chất của thép SAE4161
4 6
H
ình
6
: Chế độ ram thép SAE4161
t,h
T
0
C

800

600

400



550
0
C