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 CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ 11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT 11.1.1. Yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt Thép dụng cụ là loại thép được để chế tạo công cụ gia công kim loại: dao cắt, khuôn 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. * 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. 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 mòn cao: - Tính cứng nóng cao; - Độ dẻo, độ daicao để chống uốn, tránh mẻ, gẫy lưỡi cắt. * Yêu cầu về tính công nghệ : - Tính tôi cứng và tính thấm tôi tốt để đảm bảo độ cứng cao; - Có khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng; - Có khả năng khả năng chịu gia công cắt ở trạng thái ủ; - Có tính mài cao sau khi tôi. 11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT 11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp a, Thép Cacbon - Gồm: CD70, CD80,…CD130 (Y7, Y8,…Y13) có 0,71,3%C; 0,15  0,35%Si; 0,15  0,6%Mn; - Đặc điểm: + CD70, CD80 (Y7, Y8) tôi hoàn toàn ở 800  8200C; + Môi trường tôi là nước qua dầu; + Thường dùng CD100  CD120 làm dao do tính chống mài mòn tốt hơn CD70, CD80; + Dễ gia công áp lực, gia công cắt. Là các loại thép làm dao chỉ cắt gọt được với tốc độ 510m/phút. 11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp - Nhược điểm: + Độ tôi thấp (tôi thấu   10 mm); + Phải dùng môi trường tôi mạnh là nước nên làm tăng độ biến dạng, nứt → không thích hợp với các dao định hình phức tạp; + Tính cứng nóng thấp do M có tính chống ram kém. Công 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,.... 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 tôi 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 thoát cacbon khi nung tôi; + Độ cứng ở trạng thái cung cấp và ủ cao hơi cao (320HB); + Tính mài kém so với thép Crom. 11.1.2. Thép làm dao cắt có năng suất thấp * Nhóm có tính chống mài mòn 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 tôi ở 780  8100C trong nước, ram 100  1200C đạt độ cứng 65  66HRC; + 140CrW5 (XB5) với chế độ nhiệt luyện tôi ở 800  8200C trong nước, ram ở 100  1400C độ cứng đạt 67  68HRC. - Nhược điểm: + Tính cứng nóng thấp. 11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT 11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió + Tốc độ cắt 25  35 m/phút; + Tính chống mài mòn, 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. - Là loại thép làm dao cắt quan trọng nhất, tốt nhất, thoả mãn tốt nhất các yêu cầu đối với vật liệu làm dao: 11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió a, Thành phần hoá học và tác dụng của các nguyên tố - Thép gió là tên gọi Việt Nam của loại thép dụng cụ tự tôi có năng suất cắt gọt cao, với nguyên tố hợp kim chủ yếu là Vonfram và Crom, ngoài ra có thể còn có thêm Vanadi, Coban và Môlipden. 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 mòn cao; - Crom: 4% (3,8  4,4%) → tăng mạnh độ thấm tôi. Nhờ có (Cr + W) cao nên thép gió có khả năng tự tôi và tôi thấu với tiết diện bất kỳ và có thể dùng tôi 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 mòn và giữ cho hạt nhỏ khi tôi; - Coban: hoà tan hoàn toàn 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. 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 giòn → 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. 11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió c, Nhiệt luyện thép gió * Tôi - Tôi là nguyên công quyết địng tính cứng nóng của thép gió với đặc điểm là nhiệt độ tôi rất cao (~ 13000C). - Ví dụ: + 80W18Cr4V (P18), 90W18Cr4V2 (P182): 128012900C; + 90W9Cr4V2 (P9), 140W9Cr4V5 (P905): 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 11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió + Các phương pháp tôi - Tôi phân cấp trong muối nóng chảy ở 4006000C (35phút) → nguội ngoài không khí cho độ cứng cao, độ biến dạng nhỏ. Áp dụng cho mũi khoan, dao phay, dao định hình; - Tôi trong dầu nóng > 600C → độ cứng cao (biến dạng lớn). Áp dụng cho các dao cắt có dạng đơn giản; - Tôi trong không khí (tự tôi) → độ cứng cao, ôxy hoá bề mặt, tiết cacbit khỏi Austenit, giảm tính cứng nóng → ít dùng; - Tôi 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 tôi, áp dụng khi cần ổn định kích thước. 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. 11.1.3. Thép làm dao cắt có năng suất cao – thép gió d, Công dụng - Loại có năng suất bình thường: 80W18Cr4V (P18), 90W9Cr4V2 (P9), 85W6M05Cr4V2 (P6M5),... + Tính cứng nóng không quá 6000C, tốc độ cắt không quá 25m/phút, độ bền và độ dai tốt. - Loại có năng suất cao: 90W18Cr4V2 (P182), 95W9Co10Cr4V2 (P9K10), + Tính cứng nóng cao đến 630  6400C, tốc độ cắt tới 35m/phút, tính chống mài mòn 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. 11.1. THÉP VÀ HỢP KIM LÀM DAO CẮT 11.1.4. Hợp kim cứng 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, ngoài ra còn 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… - 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. 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, ngoài ra còn 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… 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 còn 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 còn 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. 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 mòn rất cao cứng nóng cao nhưng hơi giòn. d, Công 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. CHƯƠNG 11: THÉP VÀ HỢP KIM DỤNG CỤ 11.3. THÉP LÀM KHUÔN DẬP 11.3.1. Thép làm khuôn 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 khuôn trung bình (75100mm), dùng thép 110Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn – tôi phân cấp; - Thép làm khuôn lớn và có tính chống mài mòn cao (200300mm), dùng thép 200Cr12, 150Cr12Mo, 130Cr12V. - Thép làm khuôn chịu tải trọng va đập, 40CrW2Si, 50CrW2Si, 40CrSi, 60CrSi. 11.3. THÉP LÀM KHUÔN DẬP 11.3.2. Thép làm khuôn 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 mòn cao; -Tính chịu nhiệt độ cao (tiếp xúc với phôi nóng tới 10000C). b, Các thép làm khuôn dập nóng - Thép làm khuôn rèn, gồm: 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrNiTi, 50CrNiSi, 50CrNiSiW; - Thép làm khuôn chồn ép, gồm: 30Cr2W8V, 40Cr2W5MoW, 40Cr2W2VSi; - Các khuôn chồn ép có nhiều phần khác nhau, gồm: 30CrMnSi, 40CrNi; 50CrNiMo. 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 xuyên cọ xát với các chi tiết gia công do đó dễ bị mòn, biến dạng, làm sai lệch kết quả đo. - yêu cầu: + Có độ cứng và tính chống mài mòn cao, độ cứng 6365HRC; + Kích thước không 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 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 mòn 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 yêu 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.