Tổng quan kỹ thuật thép 440C

Tổng quan kỹ thuật thép 440C: Thép 440C là thép không gỉ martensitic có hàm lượng cacbon cao, crom cao với thành phần điển hình là 0,95-1,20% Carbon và 16,0-18,0% Crom. Điều này tạo ra độ cứng cao, đạt khoảng Rockwell C 60, làm cho loại thép này phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn tuyệt vời, chẳng hạn như dao kéo và ổ bi. Nó cung cấp khả năng chống ăn mòn tốt.

1. Thành phần hóa học của thép 440C

Giới hạn thành phần hóa học tiêu chuẩn được nêu chi tiết dưới đây:

Thành phần	%
Cacbon (C)	0.95 – 1.20
Crom (Cr)	16.0 – 18.0
Mangan (Mn)	Tối đa 1.00
Silic (Si)	Tối đa 1.00
Molipđen (Mo)	0,75 tối đa
Phốt pho (P)	0,040 tối đa
Lưu huỳnh (S)	0,030 tối đa

2. Tính chất cơ học của thép 440C:

• Loại thép này có độ cứng cao, thường đạt 56-58 HRC sau khi ủ, và đạt tới 58 HRC sau khi xử lý nhiệt.
• Làm nguội từ 1050°C trong dầu tạo ra 60 HRC. Xử lý lạnh tiếp theo ở -75 °C trong 1 giờ có thể tăng lên 61,5 HRC.
• Quá trình tôi luyện làm giảm độ cứng: Tôi luyện ở nhiệt độ 150°C tạo ra độ cứng 61 HRC; tôi luyện ở nhiệt độ 200°C tạo ra độ cứng 59 HRC.
• Theo ASTM A 276-03, độ cứng tối đa đối với thanh/hình 440B và 440C hoàn thiện nguội (điều kiện A) đã ủ là 285 HB.
• Tiêu chuẩn JIS G 4303:1998 chỉ định độ cứng tối thiểu là 56 HRC đối với thép SUS440B hoàn thiện nóng (HF) (Q ≤ 75) và 58 HRC đối với thép SUS440C trong cùng điều kiện.

3. Tính chất vật lý của thép 440C:

Các tính chất vật lý chính được liệt kê ở đây:

Tài sản	Giá trị
Nhiệt độ quan trọng gần đúng
Ac1 (bắt đầu hình thành austenit khi nung nóng)	815-865°C
Ar1 (bắt đầu hình thành ferit/cacbua khi làm mát)	765-665°C
Ms (bắt đầu hình thành martensit)	145°C
Độ dẫn nhiệt (ở 20°C)	29,3 W/(m·K)
Hệ số giãn nở tuyến tính (20 đến 100°C)	10,5 μm/m·K
Hệ số giãn nở tuyến tính (20 đến 200°C)	10,5 μm/m·K
Hệ số giãn nở tuyến tính (20 đến 300°C)	10,5 μm/m·K
Hệ số giãn nở tuyến tính (20 đến 500°C)	11,7 μm/m·K

4. Ứng dụng

• Dao kéo: Độ cứng cao cho phép tạo ra lưỡi dao sắc bền, trong khi khả năng chống ăn mòn chịu được thức ăn và rửa. Do đó, lưỡi dao chất lượng cao thường được sử dụng.
• Vòng bi: Độ cứng và khả năng chống mài mòn cao của nó làm cho nó phù hợp với vòng bi và các thành phần, đặc biệt là nơi cũng yêu cầu khả năng chống ăn mòn. Nó được chỉ định là thép vòng bi chống mài mòn và chống ăn mòn.
• Dụng cụ phẫu thuật và nha khoa: Sự kết hợp giữa độ cứng cao (giữ được cạnh), khả năng chống mài mòn (độ bền) và khả năng chống ăn mòn tốt (chịu được khử trùng/chất dịch cơ thể) khiến 440C phù hợp để làm dụng cụ phẫu thuật và nha khoa.
• Linh kiện van: Khả năng chống ăn mòn của 440C đối với nhiều môi trường khác nhau và khả năng chống mài mòn đối với dòng chảy chất lỏng hỗ trợ việc sử dụng nó trong các vòi phun và bộ phận van.
• Khuôn nhựa: Độ bền cao, độ cứng và khả năng chống ăn mòn khiến 440C trở thành lựa chọn phổ biến cho khuôn nhựa.
• Ứng dụng trong hàng hải: Hàm lượng crom cao cung cấp khả năng chống ăn mòn đủ để sử dụng trong môi trường khí quyển biển hoặc nước biển, mặc dù vẫn có những hạn chế.
• Ứng dụng yêu cầu khả năng chống mài mòn cao: Nhìn chung, hàm lượng carbon cao làm cho thép không gỉ 440C trở thành lựa chọn được ưa chuộng khi cần khả năng chống mài mòn cao hơn.
• Linh kiện cho môi trường ăn mòn: AISI 440C được sử dụng rộng rãi ở những nơi khả năng chống ăn mòn là yếu tố quan trọng cần cân nhắc.

5. Xử lý nhiệt

Quy trình xử lý nhiệt được khuyến nghị cho thép 440C:

5.1 Rèn

Sau khi rèn, các loại cacbon cao hơn như 440C cần làm nguội chậm và cẩn thận để tránh nứt. Có thể sử dụng chu trình làm nguội ngắt quãng: làm nguội bằng không khí đến 150-250°C, nung nóng lại đến ~650°C, sau đó làm nguội cuối cùng. Điều này giảm thiểu sự hình thành cacbua ranh giới hạt quá mức.

5.2 Austenit hóa

Đun nóng đến nhiệt độ thích hợp, thường là 1038-1040°C (1900°F), để chuyển đổi cấu trúc vi mô thành austenit và đạt được độ cứng/khả năng chống ăn mòn tối ưu. Giữ ở nhiệt độ để đảm bảo hòa tan cacbua đầy đủ.

5.3 Làm nguội

Làm nguội nhanh sau khi austenit hóa tạo thành martensite. Làm nguội bằng dầu hoặc làm nguội bằng không khí là các phương pháp tiêu chuẩn, tùy thuộc vào kích thước tiết diện và tốc độ làm nguội mong muốn.

5.4 Làm nguội

Martensite đã tôi cần được tôi luyện để giảm độ giòn và tăng độ dai trong khi vẫn duy trì đủ Đối với 440C, tôi luyện ở mức từ 200°C đến 350°C (khoảng 400°F đến 660°F). Nhiệt độ cụ thể quyết định sự cân bằng độ cứng/độ dai cuối cùng.

5.5 Ủ ở nhiệt độ 204°C (400°F) sau khi austenit hóa và tôi dầu là phương pháp tiêu chuẩn để tối ưu hóa độ cứng và khả năng chống ăn mòn.

• Quá trình tôi luyện ở nhiệt độ từ 400°C đến 600°C thường được tránh vì có thể gây nhạy cảm (kết tủa các cacbua crom thô hơn), làm giảm khả năng chống ăn mòn.
• Giảm ứng suất: Để giảm ứng suất bên trong, hãy thực hiện giảm ứng suất sau khi rèn hoặc gia công nặng. Đối với vật liệu đã tôi, giảm ứng suất thấp hơn một chút (14 đến 28°C hoặc 25 đến 50°F) so với nhiệt độ tôi cuối cùng.

6. Khả năng chống ăn mòn của thép 440C

6.1 Sự hình thành cacbua và sự suy giảm crom:

Sự hình thành cacbua eutectic thô (trong quá trình đông đặc và xử lý nhiệt) liên kết với crom đáng kể, làm giảm crom 'tự do' có trong ma trận martensitic cho lớp thụ động bảo vệ. Điều này ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn tổng thể so với thép không gỉ có hàm lượng carbon thấp hơn.

6.2 So sánh với các loại thép Martensitic khác:

So với các loại như 420, 440C có khả năng chống mài mòn cao hơn (do có nhiều cacbua hơn) nhưng khả năng chống ăn mòn có thể thấp hơn một chút trong một số môi trường do sự suy giảm crom. Nó vẫn được coi là có khả năng chống ăn mòn tốt.

6.3 Ảnh hưởng của xử lý nhiệt: Xử lý nhiệt đúng cách là rất quan trọng.

• Quá trình austenit hóa nhằm mục đích hòa tan cacbua và tối đa hóa crom trong dung dịch, mặc dù dựa trên hàm lượng cacbon, cacbua không hòa tan sẽ vẫn còn.
• Nên xử lý nhiệt độ thấp hơn (200°C-350°C) để cân bằng độ cứng và khả năng chống ăn mòn.
• Tránh tôi luyện ở nhiệt độ từ 400°C đến 600°C vì điều này gây ra hiện tượng nhạy cảm (kết tủa crom cacbua thô hơn) và làm giảm khả năng chống ăn mòn.

6.4 Hiệu suất trong môi trường cụ thể:

• Thép 440C thụ động không bị rỉ sét khi thử nghiệm ngâm trong nước máy.
• Thép 440C thông thường có thể bị rỉ sét trong các thử nghiệm ngâm trong dung dịch NaCl 3,5%, không giống như một số loại thép hợp kim nitơ mới hơn.
• Nhìn chung, để đạt được khả năng chống ăn mòn tốt thông qua quá trình tôi thép cần ít nhất 10-11% 'crom tự do' trong ma trận sau khi xử lý nhiệt. Thép cacbon cao như 440C cần lượng crom dư thừa trong hợp kim ban đầu để đáp ứng điều này.

6.5 Bối cảnh ứng dụng

Mặc dù có tác dụng của cacbon, 440C vẫn được sử dụng rộng rãi ở những nơi cần độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn hợp lý (ví dụ như dao kéo, ổ trục). Tuy nhiên, so với các loại thép không gỉ khác hoặc hợp kim chuyên dụng, nó có thể không phải là lựa chọn tối ưu cho môi trường ăn mòn nghiêm trọng (ví dụ như tiếp xúc liên tục với nước mặn).

Câu hỏi thường gặp

1. Thép 440C có phải là thép của Nhật Bản không?

Không, 440C là tên gọi của Mỹ (AISI/ASTM).

2. Là Ngày 2 hoặc 440C tốt hơn?

• Chọn D2 để có khả năng chống mài mòn tối đa khi ăn mòn ít hoặc môi trường ôn hòa (ví dụ: dụng cụ gia công nguội, khuôn chạy dài). D2 mang lại khả năng chống mài mòn và độ ổn định kích thước vượt trội cho các ứng dụng như vậy.
• Chọn 440C để cân bằng giữa khả năng chống mài mòn tốt và khả năng chống ăn mòn đáng kể (ví dụ: khuôn mẫu, dao kéo và ổ trục trong môi trường ẩm ướt hoặc có ít hóa chất).

3. Thép 440C có tốt để làm dao không?

Có, sự kết hợp giữa độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn khiến 440C trở thành vật liệu rất phù hợp và phổ biến cho nhiều loại dao.