Thép hợp kim 20Cr2Ni4A: Tính chất và ứng dụng

Thép hợp kim 20Cr2Ni4A là loại thép hợp kim cao, ít cacbon đa năng, được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời giữa độ cứng bề mặt và độ bền lõi sau khi xử lý nhiệt thích hợp. Hiểu được các đặc điểm kỹ thuật của nó là điều cần thiết để tận dụng hết tiềm năng của nó trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

1. Thép hợp kim 20Cr2Ni4A Thành phần hóa học (GB/T 3077—1999)

Thành phần hóa học điển hình (phần khối lượng, %) của 20Cr2Ni4A là:

Hàm lượng carbon thấp chỉ định đây là thép tôi cứng. Hàm lượng crom và niken cao đáng kể làm tăng khả năng tôi cứng, cho phép tôi cứng hiệu quả ngay cả ở các phần lớn hơn, đồng thời cũng góp phần tăng cường độ bền và độ dẻo dai.

2. Tương đương thép hợp kim 20Cr2Ni4A

20Cr2Ni4A được chỉ định theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB/T 3077—1999. Các điểm quốc tế tương đương bao gồm:

• AISI (Hoa Kỳ):E3316
• DIN (Đức):22NiCr14 (hoặc 1,5752)
• JIS (Nhật Bản):SNCM420 (hoặc 20NC14)
• AFNOR (Pháp):20NCD7 (hoặc 659)
• BS (Anh):659M15 (hoặc EN A15)
• GOST (Nga):20Х2Н4А

Mặc dù các loại này tương tự nhau nhưng có thể có sự khác biệt nhỏ trong phạm vi thành phần hóa học được chỉ định.

3. Hướng dẫn về tính chất vật lý chính và xử lý nhiệt

3.1 Nhiệt độ quan trọng

Hiểu được nhiệt độ chuyển đổi quan trọng là rất quan trọng để xử lý nhiệt hiệu quả:

• Câu 1:~705°C – 720°C
• Câu 3:~775°C – 780°C
• Bệnh đa xơ cứng:~305°C – 395°C (tùy thuộc vào thành phần chính xác)

(Lưu ý: Nhiệt độ Ar1 và Ar3 liên quan đến quá trình chuyển đổi làm mát cũng quan trọng nhưng thường được suy ra hoặc chỉ định trong các giao thức xử lý nhiệt chi tiết).

3.2 Thép hợp kim 20Cr2Ni4A Xử lý nhiệt

Để đạt được các tính chất mong muốn trong 20Cr2Ni4A đòi hỏi phải kiểm soát xử lý nhiệt chính xác:

• Rèn:Làm nóng đến 1150°C – 1200°C. Bắt đầu rèn ở nhiệt độ 1120°C – 1180°C, hoàn thiện ở nhiệt độ trên 850°C. Nên làm nguội chậm sau đó ủ hoặc ram.
• Ủ:Làm nóng đến 810°C – 870°C, sau đó làm nguội trong lò. Điều này đạt được khả năng gia công tối ưu (≤217 HBW).
• Thấm cacbon:Thông thường được thực hiện ở nhiệt độ austenit hóa (ví dụ, 900°C – 950°C) để khuếch tán cacbon vào bề mặt. Độ sâu của lớp vỏ (0,2 mm đến 1,5 mm) và hàm lượng cacbon bề mặt (0,7% – 1,0%) phụ thuộc vào ứng dụng. Thấm cacbon chân không cũng là một lựa chọn.
• Làm nguội:Cần thiết sau khi thấm cacbon để đạt được độ cứng bề mặt cao (martensit). Thường liên quan đến việc làm nguội dầu trực tiếp từ nhiệt độ thấm cacbon hoặc sau khi gia nhiệt lại (ví dụ: 860°C – 880°C hoặc 780°C – 860°C tùy thuộc vào quy trình).
• Làm nguội:Làm nguội ở nhiệt độ thấp (150°C – 200°C) sau khi tôi là rất quan trọng để giảm ứng suất và giảm độ giòn trong khi vẫn duy trì độ cứng bề mặt. Cần kiểm soát cẩn thận để tránh độ giòn khi tôi.
• Xử lý dưới 0 độ (Tùy chọn):Có thể áp dụng sau khi tôi (-60°C đến -80°C) để giảm thiểu austenit giữ lại và tăng thêm độ cứng bề mặt trước khi ram cuối cùng.

4. Thép hợp kim 20Cr2Ni4A Ứng dụng

Thép 20Cr2Ni4A được lựa chọn cho các thành phần yêu cầu khả năng chống mài mòn bề mặt cao kết hợp với độ bền và độ dẻo dai lõi tuyệt vời:

• Khuôn nhựa:Thích hợp cho khuôn lớn và vừa, đặc biệt là những khuôn có khoang phức tạp hoặc sử dụng với nhựa mài mòn (ví dụ: chứa chất độn). Khả năng làm cứng tốt của nó đảm bảo đủ độ cứng ở các phần lớn hơn.
• Bánh răng và trục:Thích hợp cho các bánh răng, bánh răng trụ, trục vít, trục khuỷu và trục khía chịu tải nặng trong các ứng dụng ô tô, đầu máy xe lửa và máy móc nói chung.
• Vòng bi:Được sử dụng để sản xuất vòng bi lăn lớn, chịu va đập (vòng bi và con lăn) cho máy móc hạng nặng (máy cán, thiết bị khai thác).
• Các thành phần thấm cacbon khác:Trục, ống lót, ly hợp, trục chính máy công cụ, chốt piston và khớp nối vạn năng chịu tải trọng lớn và ứng suất va đập.

5. Những cân nhắc cụ thể khi làm khuôn

• Khả năng tạo hình:Ở trạng thái ủ, thép có độ dẻo tốt, cho phép tạo hình khoang rỗng bằng cách nguội.
• Độ sâu trường hợp:Khuôn cho nhựa mài mòn thường yêu cầu lớp thấm cacbon sâu hơn (1,3-1,5 mm) so với khuôn cho nhựa mềm hơn (0,8-1,2 mm).
• Austenit giữ lại:Việc tôi luyện ở nhiệt độ cao trước khi tôi lần cuối có thể giúp giảm lượng austenit giữ lại.
• Kiểm soát chất lượng:Cần quản lý cẩn thận trong quá trình sản xuất thép và xử lý nhiệt để giảm thiểu các rủi ro như đốm trắng và giòn do tôi.

6. Bản tóm tắt

20Cr2Ni4A là thép hợp kim tôi bề mặt hiệu suất cao, có khả năng tôi luyện vượt trội và cân bằng tuyệt vời giữa độ cứng bề mặt và độ bền lõi. Đây là lựa chọn chính cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong đúc nhựa, bánh răng chịu lực nặng, ổ trục và các thành phần cơ khí quan trọng khác. Đạt được hiệu suất tối ưu phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt được kiểm soát chính xác theo yêu cầu ứng dụng cụ thể.