Tài liệu CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ doc

CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ
11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT
11.2. THÉP LÀM KHUÔN DẬP
11.3. THÉP LÀM DỤNG CỤ ĐO

1


CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ
Thép dụng cụ là loại thép được để chế tạo công cụ gia
công kim loại: dao cắt, khn dập nóng và nguội, dụng cụ đo,
tuy được dùng với khối lượng ít song lại quyết định chất lượng
và số lượng sản phẩm.
11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT
11.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt

* Điều kiện làm việc của dao:
- Lưỡi cắt chịu áp lực lớn tạo ra
công cơ học phá huỷ;
- Dao bị mài sát;
- Dao bị nung nóng.
2


11.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt

* Yêu cầu về cơ tính của dao:
- Độ cứng cao, σb> 65HRC;
- Tính chống mài mịn cao:
- Tính cứng nóng cao;
- Độ dẻo, độ daicao để chống uốn, tránh mẻ, gẫy lưỡi cắt.

* u cầu về tính cơng nghệ :
- Tính tơi cứng và tính thấm tơi tốt để đảm bảo độ cứng cao;
- Có khả năng chịu gia cơng áp lực ở trạng thái nóng;
- Có khả năng khả năng chịu gia cơng cắt ở trạng thái ủ;
- Có tính mài cao sau khi tơi.
3


11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT
11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp
Là các loại thép làm dao chỉ cắt gọt được với tốc độ
5÷10m/phút.
a, Thép Cacbon
- Gồm: CD70, CD80,…CD130 (Y7,
0,7÷1,3%C; 0,15 ÷ 0,35%Si; 0,15 ÷ 0,6%Mn;

Y8,…Y13)

có

- Đặc điểm:
+ CD70, CD80 (Y7, Y8) tơi hồn tồn ở 800 ÷ 8200C;
+ Mơi trường tơi là nước qua dầu;
+ Thường dùng CD100 ÷ CD120 làm dao do tính chống
mài mịn tốt hơn CD70, CD80;
+ Dễ gia cơng áp lực, gia công cắt.
4

11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp
- Nhược điểm:
+ Độ tôi thấp (tôi thấu φ ≤ 10 mm);
+ Phải dùng môi trường tôi mạnh là nước nên làm tăng
độ biến dạng, nứt → khơng thích hợp với các dao định hình
phức tạp;
+ Tính cứng nóng thấp do M có tính chống ram kém.
Cơng dụng
- Làm các dao cắt nhỏ có năng suất thấp, hoặc bằng tay
với hình dạng đơn giản như dũa, khoan, cưa, ta rô, hàn ren,
dao tiện,....
5


11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp
a, Thép hợp kim
- Gồm: 130Cr0,5; 100Cr; 90CrSi; 140CrW5 (X05, X, 9XC, XB);

* Nhóm có độ thấm tơi tốt
- Gồm: 100Cr, 0L100Cr1,5; 90CrSi (X, ШX15, 9XC).
+ Môi trường tôi là nước qua dầu;
+ Có thể làm các dao cắt nhỏ, hình dạng phức tạp hơn, cắt gọt
với tốc độ 10 ÷ 14 m/phút;
+ Sau ram thấp độ cứng đạt tới 62 ÷ 64HRC.
- Nhược điểm:
+ Dễ thốt cacbon khi nung tơi;
+ Độ cứng ở trạng thái cung cấp và ủ cao hơi cao (320HB);
+ Tính mài kém so với thép Crom.
6

11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp

* Nhóm có tính chống mài mịn cao
- Gồm: 130Cr0,5; 140CrW5 (X05, XB5).
- Đặc điểm:
+ Tổ chức là có tỉ lệ cacbit rất lớn (20 ÷ 30%) → độ cứng cao
và tính chống mài mòn rất cao;
+ 130Cr0,5 (X05) với chế độ nhiệt luyện tơi ở 780 ÷ 8100C trong
nước, ram 100 ÷ 1200C đạt độ cứng 65 ÷ 66HRC;
+ 140CrW5 (XB5) với chế độ nhiệt luyện tơi ở 800 ÷ 8200C
trong nước, ram ở 100 ÷ 1400C độ cứng đạt 67 ÷ 68HRC.
- Nhược điểm:
+ Tính cứng nóng thấp.
7


11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT

11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
- Là loại thép làm dao cắt quan trọng nhất, tốt nhất, thoả mãn
tốt nhất các yêu cầu đối với vật liệu làm dao:
+ Tốc độ cắt 25 ÷ 35 m/phút;
+ Tính chống mài mịn, tuổi bền cao (gấp 8÷10 lần loại trên);
+ Độ thấm tôi cao (tôi thấu với tiết diện bất kỳ);
+ Có thể cắt gọt được ở 560 ÷ 6000C.

8

11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
a, Thành phần hố học và tác dụng của các nguyên tố
- Thép gió là tên gọi Việt Nam của loại thép dụng cụ tự tơi có
năng suất cắt gọt cao, với nguyên tố hợp kim chủ yếu là
Vonfram và Crom, ngồi ra có thể cịn có thêm Vanadi, Coban
và Mơlipden.

Nhóm có năng suất thường
80W18Cr4V (P18)
90W9Cr4V2 (P9)
85W12Cr4V (P12)
85W6M05Cr4V2 (P6M5)
140W9Cr4V5 (P9φ5)

Nhóm có năng suất cao.
90W18Cr4V2 (P18φ2)
85W18Co5Cr4V2 (P18K5φ2)
95W9Co10Cr4V2 (P9K5)
150W10Co5Cr4V5 (P10K5φ5)
125W14Cr4V4 (P14φ4)
9


11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
- Cacbon: 0,7 ÷ 1,5% kết hợp với các nguyên tố W, V tạo
thành cacbit mạnh tạo khả năng chống mài mịn cao;
- Crom: 4% (3,8 ÷ 4,4%) → tăng mạnh độ thấm tơi. Nhờ có
(Cr + W) cao nên thép gió có khả năng tự tơi và tơi thấu với tiết
diện bất kỳ và có thể dùng tơi phân cấp;
- Vonfram: Là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất, với hàm

lượng 9÷18% tạo tính cứng nóng cao, cắt gọt với tốc độ cao;
- Vanadi: là nguyên tố tạo thành cacbit mạnh (VC) tăng tính
chống mài mịn và giữ cho hạt nhỏ khi tơi;
- Coban: hồ tan hồn tồn vào sắt ở dạng dung dịch rắn. Với
lượng 5 ÷ 10%Co tăng tính cứng nóng của thép gió;
- Molipden: Được dùng nhiều để thay thế W → kinh tế hơn.
10


11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
b, Tổ chức ở các trạng thái

* Trạng thái đúc
- Thép chứa nhiều Cacbit (15 ÷ 25%) ở dạng cùng tinh
Ledeburit hình xương cá nên rất giịn → làm nhỏ và phân bố
đều chúng ra bằng cách rèn;

* Trạng thái rèn + ủ
- Biến dạng càng nhiều, cacbit càng nhỏ mịn cacbit càng nhỏ
mịn và phân bố đều
- Ủ đẳng nhiệt để giảm độ cứng:
T0u = 8000C, giữ nhiệt ở 7400C
Austenit → Peclit (Xoobít + Cacbit) nhỏ mịn
phân bố đều.

11


11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
c, Nhiệt luyện thép gió

* Tơi
- Tơi là ngun cơng quyết địng tính cứng nóng của thép gió
với đặc điểm là nhiệt độ tơi rất cao (~ 13000C).
- Ví dụ:
+ 80W18Cr4V (P18), 90W18Cr4V2 (P18φ2): 1280÷12900C;
+ 90W9Cr4V2 (P9), 140W9Cr4V5 (P9φ05): 1230 ÷ 12400C;
+ 85W6M05Cr4V2 (P6M5): 1220 ÷ 12300C.
Tại sao phải tôi ở nhiệt độ cao?
- Tổ chức: Mactenxit + Austenit dư (30%) + cacbit dư (15%). Với
độ cứng 62 ÷ 65HRC
12


11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
+ Các phương pháp tơi
- Tơi phân cấp trong muối nóng chảy ở 400÷6000C (3÷5phút)
→ nguội ngồi khơng khí cho độ cứng cao, độ biến dạng nhỏ.
Áp dụng cho mũi khoan, dao phay, dao định hình;
- Tơi trong dầu nóng > 600C → độ cứng cao (biến dạng lớn).
Áp dụng cho các dao cắt có dạng đơn giản;
- Tơi trong khơng khí (tự tơi) → độ cứng cao, ơxy hố bề mặt,
tiết cacbit khỏi Austenit, giảm tính cứng nóng → ít dùng;
- Tơi đẳng nhiệt ra Bainit dưới (240 ÷2800C) → biến dạng nhỏ
nhất, độ cứng ≤ 60HRC và năng suất thấp;
- Gia công lạnh để khử Austenit dư sau khi tơi, áp dụng khi
cần ổn định kích thước.
13

11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió

* Ram
- Ram thép gió là nhằm khử ứng suất dư, khử Austenit dư
tăng độ cứng và tính cứng nóng. Khi ram độ cứng của thép gió
tăng thêm 2 ÷ 3HRC và được gọi là độ cứng thứ hai.
- Ram thép gió 2 ÷ 4 lần mỗi lần ở 550 ÷ 5700C trong 1 giờ.
- T0r ≥ 5500C cacbit Vonfram, Fe3W3C mới bất đầu tiết ra khỏi
dung dịch rắn, làm Austenit dư nghèo nguyên tử hợp kim, nâng
cao điểm Ms.

14


11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió
d, Cơng dụng
- Loại có năng suất bình thường: 80W18Cr4V (P18),
90W9Cr4V2 (P9), 85W6M05Cr4V2 (P6M5),...
+ Tính cứng nóng khơng q 6000C, tốc độ cắt không quá
25m/phút, độ bền và độ dai tốt.
-

Loại

có

năng

suất

cao:

90W18Cr4V2

(P18φ2),

95W9Co10Cr4V2 (P9K10),
+ Tính cứng nóng cao đến 630 ÷ 6400C, tốc độ cắt tới
35m/phút, tính chống mài mịn rất cao độ bền uốn và độ dẻo
không cao → làm các dao cắt thép không gỉ, thép độ bền cao,
thép bền nóng, thép Austenit.
15


11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT
11.1.4. Hợp kim cứng
- Hợp kim cứng là loại thép làm dao cắt có tính cứng nóng
cao nhất, tới 800÷10000C tốc độ cắt đạt hàng trăm m/phút.
Thành phần hoá học và cách chế tạo:
- Thành phần chủ yếu của mọi hợp kim cứng là cacbit: cacbit
vonfram (WC), cacbit titan (TiC),... rất cứng và nhiệt độ nóng
chảy rất cao, ngồi ra cịn có lượg nhỏ Coban (Co) làm chất
dính kết.
- Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim
bột, ở trạng thái rắn qua các bước: tạo bột, trộn, ép thiêu kết…

16


11.1.4. Hợp kim cứng

a, Thành phần hoá học và cách chế tạo
- Thành phần chủ yếu của mọi hợp kim cứng là cacbit: cacbit
vonfram (WC), cacbit titan (TiC),... rất cứng và nhiệt độ nóng
chảy rất cao, ngồi ra cịn có lượg nhỏ Coban (Co) làm chất
dính kết.
- Hợp kim cứng được chế tạo bằng phương pháp luyện kim
bột, ở trạng thái rắn qua các bước: tạo bột, trộn, ép thiêu kết…

17


11.1.4. Hợp kim cứng
b, Phân loại và ký hiệu
+ Nhóm một cacbit: WC + Co
- Kí hiệu: BK2, BK4, BK6, BK8, BK10, BK15, BK20, BK25.
Ví dụ: BK8 có 8%Co cịn lại 92% WC.
+ Nhóm hai cacbit: WC + TiC + Co
- Kí hiệu: T30K4, T15K6, T14K8, T5K10, T15K12.
Ví dụ: T15K6 có 15%TiC, 6%Co và cịn lại 79%WC.
+ Nhóm ba cacbit: WC + TiC + TaC + Co
- Kí hiệu: TT7K12, TT10K8, TT20K9
Ví dụ: TT10K8 có 10%(3%TiC + 7%TaC), 8%Co, 82%
WC.
18


11.1.4. Hợp kim cứng
c, Tổ chức và cơ tính
+ Tổ chức tế vi của hợp kim cứng là các hạt cacbit sắc cạnh

màu sáng được dính kết bằng Co màu tối với yêu cầu là các hạt
đó nhỏ và phân bố đều.
+ Hợp kim cứng rất cứng tới 82 ÷ 90HRA (70 ÷ 75HRC),
chống mài mịn rất cao cứng nóng cao nhưng hơi giịn.
d, Cơng dụng
+ Hợp kim cứng được sử dụng ngày càng nhiều làm dao cắt,
khuôn kéo, khuôn dập.
+ Nước ta thường dùng phổ biến hai mác: BK8 và T15K6.

19


CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ
11.3. THÉP LÀM KHN DẬP
11.3.1. Thép làm khn dập nguội
a, Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với khuôn dập nguội
- Độ cứng cao khoảng 58 ÷ 62 HRC;
- Tính chống mài mòn cao;
- Độ bền và độ dai đảm bảo.
b, Các thép làm khuôn dập nguội
- Thép làm khuôn bé, gồm CD100 ÷ CD120 (Y10 ÷Y12);
- Thép làm khn trung bình (75÷100mm), dùng thép 110Cr,
100CrWMn, 100CrWSiMn – tơi phân cấp;
- Thép làm khn lớn và có tính chống mài mịn cao
(200÷300mm), dùng thép 200Cr12, 150Cr12Mo, 130Cr12V.
- Thép làm khuôn chịu tải trọng va đập, 40CrW2Si,
50CrW2Si, 40CrSi, 60CrSi.
20

11.3. THÉP LÀM KHN DẬP
11.3.2. Thép làm khn dập nóng
a, Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với khuôn dập nóng
- Độ bền và độ dai cao, độ cứng vừa phải, 35 ÷ 46HRC;
- Tính chống mài mịn cao;
-Tính chịu nhiệt độ cao (tiếp xúc với phơi nóng tới 10000C).
b, Các thép làm khn dập nóng
- Thép làm khn rèn, gồm: 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrNiTi,
50CrNiSi, 50CrNiSiW;
- Thép làm khuôn chồn
40Cr2W5MoW, 40Cr2W2VSi;

ép,

gồm:

30Cr2W8V,

- Các khn chồn ép có nhiều phần khác nhau, gồm:
30CrMnSi, 40CrNi; 50CrNiMo.
21


CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ
11.4. THÉP LÀM DỤNG CỤ ĐO
11.4.1. Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với dụng cụ đo
- Các dụng cụ đo: panme, thước cặp, thước đo độ dài, đồ gá,

dưỡng, calíp,... thường xun cọ xát với các chi tiết gia cơng do
đó dễ bị mòn, biến dạng, làm sai lệch kết quả đo.

- u cầu:
+ Có độ cứng và tính chống mài mịn cao, độ cứng
63÷65HRC;
+ Kích thước khơng đổi trong thời gian làm việc lâu dài:
- Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ;

- Sự ổn định tổ chức tế vi trong khoảng
nhiệt độ làm việc;
+ Độ nhẵn bóng bề mặt cao sau khi mài (cấp 14) và ít bị biến
22
dạng khi nhiệt luyện.


11.4. THÉP LÀM DỤNG CỤ ĐO
11.4.2. Các thép làm dụng cụ đo
a, Dụng cụ đo có cấp tính chính xác cao
- Lượng cacbon khoảng 1% thường là các thép sau cùng tích;
- Các thép thường dùng: 100Cr, 100CrWMn, 140CrMn;
+ Độ cứng và tính chống mài mịn cao, độ cứng 63÷65HRC;
+ Độ nhẵn bóng cao khi mài;

+ Hệ số giãn nở vì nhiệt rất nhỏ, chỉ khoảng 10-5/0C.
b, Dụng cụ đo có cấp tính chính xác thấp
- Chỉ u cầu bề mặt làm việc cứng, chống mài mòn;

- Lượng cacbon ≤0,25%;
- Thép thường dùng: C15, C20 thấm cacbon, tôi + ram thấp,
C45, C50, C55 tôi bề mặt + ram thấp.
23