Thép hợp kim dùng cho gia công nguội – đặc tính và mác thép
Thép hợp kim dụng cụ gia công nguội, nhờ thành phần hóa học (Cr – crom, W – vonfram, Mo – molypden, V – vanadi), có khả năng tôi cứng cao và đồng thời tăng cường khả năng chống xoắn, uốn và mài mòn. Đặc biệt, các loại thép chứa khoảng 2% cacbon (C) và 12% crom (Cr) có đặc tính chống mài mòn rất cao . Thép có hàm lượng cacbon từ 0,40–0,55% được sử dụng để sản xuất các dụng cụ hoạt động dưới tải trọng động. Thép có hàm lượng cacbon từ 0,75–2,10% được sử dụng để sản xuất một số dụng cụ cắt, con lăn, v.v.
Thép hợp kim dụng cụ dùng cho gia công nguội – mục đích và ứng dụng
Thép hợp kim gia công nguội là nhóm thép dụng cụ đa dạng và phong phú nhất, bao gồm hàng trăm mác thép được sử dụng và sản xuất ở nhiều quốc gia. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, hàm lượng cacbon của chúng thay đổi trong phạm vi rất rộng; đối với thép dụng cụ, hàm lượng cacbon là:
— với khả năng chống mài mòn đặc biệt cao 1,3÷2,5% C
— cắt giảm 1,0÷1,3% C
— Đối với gia công nhựa nguội, hàm lượng C là 0,8÷1,1%.
— Chống va đập 0,4÷06% C
— dùng trong gia công nhựa 0,1÷0,4%
Do khả năng tôi cứng thấp, thép công cụ cacbon chỉ có thể được sử dụng cho các dụng cụ gia công nguội có tiết diện nhỏ và tải trọng thấp, ví dụ như các mác thép N9E và N10E. Việc bổ sung các nguyên tố hợp kim giúp mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của thép công cụ gia công nguội. Các loại thép này không bị nóng lên quá 200 ° C trong quá trình hoạt động, giúp cải thiện các tính chất chức năng đặc trưng của nhóm thép này: khả năng chống mài mòn, độ dẻo và độ bền va đập, khả năng chống biến dạng và cong vênh, và khả năng tôi cứng.
Các nguyên tố chính quyết định tính chất của phần lớn các loại thép trong nhóm này là cacbon và crom , với hàm lượng thay đổi trong phạm vi rất rộng.
Việc bổ sung molypden và vonfram cũng rất quan trọng, mặc dù tác dụng đặc biệt có giá trị của chúng (tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao) hoàn toàn không được tận dụng trong nhóm này. Tuy nhiên, bằng cách trì hoãn quá trình tôi luyện, các nguyên tố này cho phép sử dụng nhiệt độ tôi luyện cao hơn và giảm ứng suất. Cuối cùng, vanadi được thêm vào nhiều loại thép, và mangan, niken và silic được thêm vào một số loại để đạt được kích thước hạt mịn hơn, cải thiện khả năng tôi cứng, độ dẻo hoặc khả năng chống tôi luyện.
Quá trình phát triển thép hợp kim gia công nguội, tối ưu hóa thành phần hóa học và ứng dụng của chúng vẫn chưa hoàn tất; phạm vi sản xuất của chúng ở từng quốc gia cho thấy sự khác biệt đáng kể. Những khác biệt này đặc biệt rõ rệt khi so sánh thép được sản xuất tại các nước châu Âu và Hoa Kỳ, nơi có xu hướng sử dụng rộng rãi hơn các loại thép có hàm lượng nguyên tố hợp kim cao hơn (một số lượng lớn thép chứa khoảng 5% và 12% Cr, cũng như hàm lượng vanadi rất cao: 4-5% V).
Ngoài ra, còn có xu hướng loại bỏ niken và thay thế vonfram bằng molypden để giảm chi phí sản xuất thép và tăng khả năng tôi cứng. Bên cạnh các mác thép truyền thống thường được quy định trong tiêu chuẩn, các mác thép khác đôi khi cũng được sử dụng cho các dụng cụ gia công nguội, chẳng hạn như thép tốc độ cao, thép mactenxit cacbon thấp và thậm chí cả thép chống ăn mòn.
Thép theo chỉ số PN được chia thành 4 nhóm.
Thép hợp kim dùng trong gia công nguội được sử dụng để sản xuất các dụng cụ có thể nóng lên trong quá trình hoạt động, nhưng vẫn gia công vật liệu ở nhiệt độ môi trường.
Chúng bao gồm các loại mũi khoan ren, khuôn ren, dao doa, cưa và các dụng cụ khác chỉ nóng lên một chút trong quá trình hoạt động, cũng như các dụng cụ tạo hình nguội, đục, búa khí nén, v.v., cùng với khuôn gia công nguội, thước đo và dụng cụ đo lường. Mặc dù không có sự phân loại chính thức nào được sử dụng, nhưng chúng có thể được chia thành bốn nhóm sau:
Tôi — loài: NCV1, NW1 và các loài khác
II — loài: NC4, NC6, NC4S, NCMS, NWC, NMV
III — các cấp độ: NC10, NC11, v.v.
IV - loài: NZ2, NZ3, NPW, v.v.
Nhóm đầu tiên
Bao gồm các loại thép có độ cứng tương đối thấp, được thiết kế để tôi cứng trong nước, dùng cho các dụng cụ cắt ở tốc độ thấp.
Nhóm thứ hai
Điều này bao gồm các loại thép có khả năng tôi cứng cao hơn đáng kể, được thiết kế để tôi bằng dầu. Chúng cũng được sử dụng để chế tạo dụng cụ cắt (với tốc độ cắt hạn chế) và, do sự thay đổi kích thước nhỏ sau khi tôi cứng, các dụng cụ khác như khuôn dập, khuôn mẫu và thước đo.
Đến nhóm thứ ba
Bao gồm các loại thép có hàm lượng cacbon và crom cao. Những loại thép này có khả năng tôi cứng và chống mài mòn rất cao. Chúng được sử dụng cho khuôn cắt, khuôn gia công nguội, dụng cụ đo, v.v.
Thép của nhóm thứ tư
Chúng có hàm lượng cacbon thấp hơn so với các loại thép trong ba nhóm trước đó. Loại thép này có khả năng chịu được các va đập và tác động lặp đi lặp lại. Chúng được sử dụng cho các dụng cụ búa khí nén (đục, tán đinh), dao cắt, đột dập, v.v. Chúng cũng được sử dụng cho các dụng cụ gia công nóng.
Môi trường hung hăng
Do mục đích sử dụng, thép hợp kim dùng cho gia công nguội không thích hợp để sử dụng trong môi trường ăn mòn mạnh.
Cần lưu ý rằng trong quá trình vận chuyển và bảo quản các sản phẩm làm từ các loại thép này, chúng có thể tiếp xúc với môi trường có độ ẩm khác nhau, có thể lẫn các khí công nghiệp như SO₂ , H₂S , CO₂ , v.v. Ngoài ra, bản thân dụng cụ cũng có thể thường xuyên tiếp xúc với môi trường nhũ tương dầu-nước, tiềm ẩn nguy cơ ăn mòn cao.
Thành phần hóa học của các loại thép này được lựa chọn chủ yếu để đảm bảo các đặc tính công nghệ phù hợp, do đó, việc thêm một lượng nhỏ các thành phần hợp kim vào chúng không làm tăng khả năng chống ăn mòn khí quyển.
Chỉ có các loại thép hợp kim dùng làm dụng cụ chứa 11—13% Cr (NC10, NC11, NC11LV và NCWV) mới thể hiện được khả năng chống ăn mòn tốt trong các môi trường nêu trên; khả năng chống ăn mòn càng cao thì bề mặt dụng cụ càng có điều kiện tốt hơn.
Các dụng cụ được đánh bóng có thể được sử dụng mà không cần lớp bảo vệ chống ăn mòn đặc biệt. Có thể có sự khác biệt nhỏ về khả năng chống ăn mòn trong khí quyển giữa các loại thép dụng cụ khác nhau có hàm lượng Cr tối đa là 1,6%, do thành phần hóa học khác nhau của chúng. Tuy nhiên, những khác biệt này rất nhỏ đến mức không thể phân biệt được bất kỳ loại thép nào trong số này là thép có khả năng chống ăn mòn được cải thiện.
Hàn thép hợp kim dùng làm dụng cụ
Do thành phần hóa học của từng loại thép, thép hợp kim dùng cho gia công nguội nằm trong số các vật liệu có khả năng hàn rất hạn chế. Việc kết nối chúng với các loại thép khác chỉ thích hợp trong những trường hợp ngoại lệ, chẳng hạn như trong quá trình sửa chữa.
Tuy nhiên, hàn đòi hỏi phải sử dụng công nghệ chuyên biệt. Việc lựa chọn phương pháp hàn, hình dạng mối hàn, vật liệu phụ và các phương pháp xử lý nhiệt trước và sau khi hàn cần được xác định dựa trên loại vật liệu cần hàn, độ dày của nó, các đặc tính mối hàn yêu cầu và điều kiện hoạt động. Mối hàn, đặc biệt là sau khi xử lý nhiệt, sẽ có các đặc tính khác với vật liệu được hàn.
Lớp phủ cứng
Các bề mặt dụng cụ tiếp xúc với ma sát trong quá trình vận hành có thể được phủ lớp cứng, và việc phủ lớp cứng có thể được sử dụng cả trong sản xuất dụng cụ mới và trong việc phục hồi các dụng cụ đã mòn.
Phương pháp phủ bề mặt, phương pháp chuẩn bị bề mặt để phủ, loại kim loại phụ và các phương pháp xử lý nhiệt trước, trong hoặc sau khi phủ bề mặt cần được xác định tùy thuộc vào loại vật liệu được phủ và tình trạng của nó, bản chất của hoạt động dụng cụ và vị trí cũng như hình dạng của bề mặt cần phủ.
Do thành phần hóa học của vật liệu hàn khác với vật liệu được hàn, điều này cần được tính đến khi xử lý nhiệt các dụng cụ đã hàn. Quan trọng nhất, khi lựa chọn nhiệt độ xử lý nhiệt, cần xem xét tác động của nó đến các đặc tính của vật liệu đã hàn.
Hàn điện trở hoặc hàn ma sát có thể được sử dụng để nối các loại thép khác nhau. Tuy nhiên, cần phải lựa chọn các điều kiện hàn thích hợp và các phương pháp xử lý nhiệt trước và sau khi hàn. Phương pháp hàn điện trở tức thời hoặc hàn ma sát được sử dụng để nối các thanh thép. Các mối hàn có tính chất tương tự như các vật liệu được nối và có thể được xử lý nhiệt giống như các vật liệu được nối.
Nối các loại thép hợp kim
Cũng có thể kết hợp các loại thép khác nhau, đặc biệt là thép công cụ gia công nguội hợp kim với thép cacbon, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất các dụng cụ có cán, ví dụ như mũi khoan, dao doa, mũi taro, dao phay, v.v., trong đó phần cầm nắm được làm bằng thép cacbon và phần làm việc được làm bằng thép công cụ.
Thép có hàm lượng crom dưới 1,5% có thể được cắt bằng phương pháp cắt oxy-axetylen hoặc cắt plasma. Thép có hàm lượng crom cao hơn chỉ có thể được cắt bằng phương pháp cắt plasma. Trước khi cắt, các chi tiết phải được làm nóng trước, nhiệt độ phụ thuộc vào loại vật liệu cần cắt và độ dày của nó.
Trong ký hiệu mác thép, chữ N biểu thị thép công cụ gia công nguội , ở vị trí thứ hai (cũng như trường hợp thép gia công nóng) là một chữ cái hoặc nhóm chữ cái biểu thị thành phần hợp kim hoặc nhóm thành phần hợp kim:
M – mangan
S – Silicon
C – Chrome
N – Niken
L – Molypden
V – Vanadi
W – Vonfram
K – Coban
P – Niken + Crom + Vonfram
Z – Vonfram + Vanadi + Silic + Crom
B – Bor
Phần thứ ba là một con số (ở giữa hoặc cuối ký hiệu cấp độ) dùng để phân loại thép dựa trên sự khác biệt về số lượng.
Các nguyên tố hợp kim và cacbon, hoặc như trong trường hợp thép có cùng các nguyên tố hợp kim, là yếu tố phân biệt các mác thép này, ví dụ: NC6-NC10, NZ2-NZ3.
Ví dụ, ký hiệu thép NPW – đó là loại thép công cụ gia công nguội có chứa crom, niken, vanadi và vonfram.
Thép gia công nguội theo tiêu chuẩn PN
NC6 – thép crom vanadi
NPW – thép niken-crom-vonfram-vanadi
NCMS – thép crom mangan silic
NWC – vonfram-crom-mangan
NZ3 – thép vonfram-crom-silicon-vanadi
NMV – thép mangan-vanadi
NC11LV – thép crom-molypden-vanadi
Các loại thép dụng cụ khác
thép công cụ hợp kim gia công nóng
Thép hợp kim dụng cụ dùng cho gia công nguội
thép công cụ cacbon
thép tốc độ cao