4130 HỢP KIM SEEL

Thép hợp kim 4130 được phân loại là thép hợp kim thấp, cacbon trung bình theo hệ thống AISI. Tên gọi của nó làm nổi bật các nguyên tố hợp kim chính: crom (khoảng 1%) và molypden (khoảng 0,20%). Loại thép đa năng này mang đến sự kết hợp chắc chắn giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn.

1. Thành phần hóa học của thép hợp kim 4130

Thành phần hóa học điển hình của thép 4130 (theo phần trăm trọng lượng) là:

• Cacbon (C):28-0.33% (Cung cấp sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo)
• Mangan (Mn):40-0.60% (Góp phần làm tăng độ cứng và độ bền)
• Silic (Si):20-0.35% (Hoạt động như chất khử oxy và có thể tăng cường độ)
• Crom (Cr):80-1.10% (Cải thiện khả năng làm cứng, chống ăn mòn và chống mài mòn)
• Molypden (Mo):15-0.25% (Tăng cường khả năng làm cứng và độ bền nhiệt độ cao và chống giòn do tôi luyện)
• Phốt pho (P) và Lưu huỳnh (S): Giữ ở mức thấp (thường tối đa 0,030-0,040% mỗi cái)
• Đồng (Cu): Có thể có (lên đến 0,35% trong một số thông số kỹ thuật)

2. Đặc điểm độ cứng

4130 là thép hợp kim tôi nước có độ cứng từ thấp đến trung bình. Điều này có nghĩa là để đạt được độ cứng hoàn toàn thông qua quá trình tôi cần phải cân nhắc cẩn thận về độ dày của tiết diện. Các tiết diện mỏng hơn hoặc môi trường tôi mạnh hơn (như nước) thường cần thiết hơn so với các loại thép có độ cứng cao hơn. Đường kính tới hạn lý tưởng (DI) minh họa cho điều này; ví dụ, một lớp phủ riêng có 0,29% C, 1,02% Cr và 0,15% Mo đã tính toán được DI là 68,3 mm (2,69 in.).

3. Xử lý nhiệt của thép hợp kim 4130

AISI 4130 là loại thép hợp kim thấp, cacbon trung bình có tính linh hoạt cao, được biết đến với độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn. Các nguyên tố hợp kim chính của nó là crom và molypden. Để tận dụng tối đa khả năng của thép 4130 và điều chỉnh các tính chất cơ học của nó cho các ứng dụng cụ thể, thì việc xử lý nhiệt chính xác là điều cần thiết. Phản ứng của 4130 với các chu kỳ nhiệt khác nhau cho phép có một phổ rộng các đặc tính hiệu suất.

3.1 Các quy trình xử lý nhiệt phổ biến cho 4130

Dựa trên kinh nghiệm sâu rộng trong ngành và dữ liệu kỹ thuật, Aobo Steel phác thảo các phương pháp xử lý nhiệt chính áp dụng cho thép 4130:

3.1.1 Chuẩn hóa

• Khách quan: Để tinh chỉnh cấu trúc hạt của thép, cải thiện tính đồng nhất và tăng khả năng gia công sau khi rèn hoặc cán.
• Quá trình: Làm nóng thép đồng đều đến nhiệt độ từ 870°C đến 925°C (1600°F đến 1700°F). Phạm vi này xấp xỉ 55°C đến 85°C (100°F đến 150°F) trên nhiệt độ tới hạn trên (Ac3), đảm bảo chuyển đổi hoàn toàn thành austenit. Giữ ở nhiệt độ trong thời gian đủ để đảm bảo nhiệt thấm vào, thường là 1 giờ cho mỗi 25mm (1 inch) độ dày tối đa, với thời gian giữ tối thiểu thường được chỉ định. Làm nguội trong không khí tĩnh đến nhiệt độ phòng.
• Hậu chuẩn hóa: Thông thường, thép 4130 được tôi luyện ở nhiệt độ 480°C (900°F) hoặc cao hơn để đạt được yêu cầu về giới hạn chảy cụ thể.

3.1.2 Ủ

• Khách quan: Tạo ra trạng thái mềm nhất có thể cho thép 4130, tối đa hóa độ dẻo cho các hoạt động như tạo hình nguội hoặc gia công phức tạp.
• Quá trình: Làm nóng thép đến nhiệt độ từ 830°C đến 870°C (1525°F đến 1600°F). Giữ ở nhiệt độ đó trong thời gian tùy thuộc vào kích thước tiết diện hoặc tải lò. Quan trọng là làm nguội rất chậm trong lò, thường ở tốc độ không quá 15°C một giờ (30°F một giờ), xuống khoảng 480°C (900°F). Dưới nhiệt độ này, có thể tiếp tục làm nguội trong không khí. Việc làm nguội chậm có kiểm soát này thúc đẩy sự hình thành của một cấu trúc vi mô perlit mềm, thô.

3.1.3 Làm nguội Và Làm nguội (Làm cứng)

• Khách quan: Để phát triển độ bền, độ cứng và độ dẻo dai cao, điều kiện phổ biến nhất cho các ứng dụng kết cấu của 4130.
• Austenit hóa: Làm nóng thép đồng đều đến nhiệt độ austenit hóa thích hợp. Nhiệt độ này thường nằm trong khoảng từ 855°C đến 865°C (1575°F đến 1600°F), tùy thuộc vào thành phần chính xác và kích thước tiết diện. Giữ ở nhiệt độ đủ lâu để austenit hóa hoàn toàn.
• Làm nguội: Làm nguội nhanh thép từ nhiệt độ austenit hóa. Do khả năng làm cứng từ thấp đến trung bình của 4130, môi trường làm nguội (nước, dầu hoặc polyme) phải được lựa chọn cẩn thận dựa trên độ dày của phần cấu thành và các đặc tính cuối cùng mong muốn. Nước làm nguội nhanh hơn và độ cứng cao hơn ở các phần mỏng hơn nhưng làm tăng nguy cơ biến dạng. Làm nguội bằng dầu là phổ biến đối với các phần vừa phải. Đạt được tốc độ làm nguội tới hạn, đặc biệt là thông qua phạm vi biến đổi khoảng 540°C (1000°F), là điều cần thiết để có được cấu trúc martensitic hoàn toàn, đặc biệt là ở các phần dày hơn.
• Làm nguội: Làm nóng lại thép đã tôi (đã tôi cứng) đến nhiệt độ cụ thể dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn (Ac1). Nhiệt độ tôi luyện đối với 4130 thường nằm trong khoảng từ 205°C đến 705°C (400°F đến 1300°F). Giữ ở nhiệt độ tôi luyện (thường ít nhất 2 giờ), sau đó làm nguội (thường là trong không khí). Tôi luyện làm giảm độ giòn của martensit đã tôi và thiết lập sự cân bằng cuối cùng của độ cứng, độ bền và độ dai. Nhiệt độ tôi luyện thấp hơn tạo ra độ bền và độ cứng cao hơn, trong khi nhiệt độ cao hơn làm tăng độ dẻo và độ dai nhưng lại làm giảm độ bền.

3.2 Cân nhắc về khả năng tôi luyện

Độ cứng của thép 4130 là một yếu tố quan trọng. Nó mô tả khả năng cứng của thép thông qua mặt cắt ngang của nó trong quá trình tôi.

• Thép 4130 có khả năng làm cứng ở mức thấp đến trung bình so với các loại thép hợp kim cao hơn.
• Độ dày của phần: Độ cứng có thể đạt được và độ sâu của quá trình tôi cứng phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của thành phần. Các phần dày hơn nguội chậm hơn, đặc biệt là ở lõi, có khả năng dẫn đến cấu trúc vi mô kém đồng đều hơn và độ cứng lõi thấp hơn bề mặt.
• Đường kính tới hạn lý tưởng (DI): Giá trị tính toán này (ví dụ, ~68 mm hoặc ~2,7 inch đối với thành phần điển hình trong điều kiện lý tưởng) cho biết đường kính tối đa lý thuyết có thể được làm cứng đến tận tâm khi tôi hoàn toàn. Kết quả thực tế với quá trình tôi ít nghiêm trọng hơn (dầu, polyme) sẽ đạt được độ cứng ở độ sâu nông hơn.
• Mức độ làm nguội: Việc lựa chọn cẩn thận quy trình làm nguội là rất quan trọng để đạt được các đặc tính mong muốn mà không gây nứt hoặc biến dạng quá mức, đặc biệt khi so sánh với các loại thép có hàm lượng cacbon cao hơn như 4140, có khả năng làm cứng cao hơn nhưng cũng có nguy cơ nứt khi tôi nguội cao hơn.

3.3 Giảm căng thẳng

• Khách quan: Để giảm ứng suất bên trong gây ra bởi các quá trình sản xuất như gia công nặng, tạo hình nguội hoặc hàn, thường được thực hiện trước quá trình tôi luyện cuối cùng hoặc trên các bộ phận đã được chuẩn hóa/ủ.
• Quá trình: Làm nóng thép đồng đều đến nhiệt độ thường nằm trong khoảng từ 650°C đến 675°C (1200°F đến 1250°F). Giữ trong thời gian đủ lâu (ví dụ, 1 giờ cho mỗi inch độ dày), sau đó làm nguội chậm (thường là trong lò nung hoặc không khí).
• Lưu ý quan trọng: Nếu việc giảm căng thẳng được thực hiện sau đó Trong quá trình làm nguội và ram, nhiệt độ giải phóng ứng suất phải được giữ thấp hơn nhiệt độ ram ban đầu (thường thấp hơn ít nhất 15°C hoặc 25°F) để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính cơ học đã được thiết lập trước đó.