Tổng quan kỹ thuật thép 52100

Tổng quan kỹ thuật thép 52100: 52100 là loại thép hợp kim thấp chủ yếu được công nhận là tiêu chuẩn cổ điển cho các ứng dụng ổ trục lăn. Do hàm lượng carbon cao và bổ sung crom, các đặc tính hiệu suất của nó, đặc biệt là độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi, đóng vai trò là chuẩn mực để đánh giá các loại thép ổ trục khác. Điều này chứng minh độ tin cậy đã được chứng minh của nó trong các thành phần công nghiệp đòi hỏi khắt khe.

1. Thành phần hóa học của thép 52100

• Cacbon (C):98 – 1.10%
• Crom (Cr):30 – 1.60%
• Mangan (Mn):25 – 0,50%
• Silic (Si):15 – 0,35%

Lượng vết Phốt pho (P) và Lưu huỳnh (S) được giữ ở mức tối thiểu theo thông lệ sản xuất thép tiêu chuẩn. Lưu ý rằng tỷ lệ phần trăm chính xác có thể thay đổi đôi chút dựa trên các tiêu chuẩn cụ thể (ví dụ: ASTM A295, AMS 6490/6491).

2. 52100 Xử lý nhiệt thép và các tính chất thu được

Để đạt được những tính chất tối ưu của thép 52100 phụ thuộc rất nhiều vào quy trình xử lý nhiệt chính xác.

2.1 Xử lý nhiệt

1. Austenit hóa (Xử lý bằng dung dịch): Đun nóng đến khoảng 850°C (1560°F).
2. Làm nguội: Thường được thực hiện trong dầu.
3. Ủ: Thực hiện trong phạm vi nhiệt độ 180-250°C (355-480°F), tùy thuộc vào độ cứng mục tiêu và sự cân bằng độ dẻo dai.

2.2 Cấu trúc vi mô

Xử lý nhiệt thích hợp tạo ra cấu trúc vi mô chủ yếu bao gồm martensite được tôi luyện nhẹ. Các đặc điểm chính bao gồm các cacbua sơ cấp (không hòa tan) phân tán mịn, góp phần đáng kể vào khả năng chống mài mòn và có khả năng có một tỷ lệ nhỏ (lên đến ~5%) austenit giữ lại.

2.3 Tầm quan trọng của việc xử lý đúng

Kiểm soát chính xác quá trình xử lý nhiệt, đặc biệt là nhiệt độ tôi luyện, là rất quan trọng. Nhiệt độ tôi luyện cao hơn thường làm giảm độ cứng và độ bền nhưng có thể làm tăng độ dai. Các quy trình không chính xác, chẳng hạn như nhiệt độ ủ không phù hợp (ví dụ: 350°C / 660°F), có thể tạo ra các cấu trúc vi mô không mong muốn chứa perlit và quá nhiều cementit tự do, dẫn đến hỏng hóc thành phần sớm. Mối quan hệ giữa nhiệt độ tôi luyện và độ dai gãy là một cân nhắc thiết kế chính.

2.4 Tính chất cơ học

• Độ cứng: Độ cứng cao có thể đạt được sau khi xử lý nhiệt. Ví dụ, 59-61 HRC thường được nhắm đến để có tuổi thọ khuôn tối ưu.
• Khả năng chống mài mòn: Tuyệt vời, nhờ hàm lượng carbon cao và sự hiện diện của crom cacbua cứng trong cấu trúc vi mô.
• Độ bền chịu mỏi: Độ bền chịu mỏi cao là đặc trưng và cần thiết cho khả năng chống mỏi tiếp xúc lăn trong ổ trục.
• Mô đun Young: Khoảng 210 GPa, cho thấy độ cứng của vật liệu cao.

2.5 Khả năng hàn:

Do hàm lượng carbon cao, thép 52100 thường được coi là không thể hàn bằng các phương pháp thông thường. Các nỗ lực hàn thường dẫn đến nứt ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

3. 52100 Ứng dụng thép

Sự kết hợp giữa độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi làm cho thép 52100 phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe khác nhau:

• Vòng bi lăn: Chúng chủ yếu được sử dụng cho vòng bi trong, vòng ngoài, bi và con lăn. Các loại chất lượng cao cấp (ví dụ: AMS6490D, AMS6491E) thường chỉ định vật liệu nấu chảy chân không (VIM) hoặc nấu chảy lại bằng điện xỉ (ESR) để tăng cường độ sạch và cải thiện tuổi thọ chịu mỏi trong các ứng dụng quan trọng như hàng không vũ trụ.
• Dụng cụ và Khuôn: Thích hợp cho một số khuôn nhỏ hơn (lên đến khoảng 50mm / 2in), đặc biệt là khi cần bề mặt được đánh bóng cao. Nó cũng có thể được sử dụng cho khuôn có độ nổi thấp được tạo ra bằng phương pháp khắc quang hóa.
• Các thành phần chính xác khác: Ứng dụng bao gồm khối đo, công cụ đo chính xác, trục lai và các thành phần khác yêu cầu độ ổn định kích thước cao và khả năng chống mài mòn.
• Dao: Chúng được sử dụng trong một số loại lưỡi dao hiệu suất cao đòi hỏi khả năng giữ lưỡi tốt.

4. Tùy chọn cải tiến bề mặt

Có thể áp dụng các phương pháp xử lý bề mặt cho thép 52100 để cải thiện thêm các đặc tính bề mặt như khả năng chống mài mòn hoặc ăn mòn. Ví dụ bao gồm các quy trình mạ crom hoặc song công (như kết hợp lắng đọng/khuếch tán nhiệt (TRD) và thấm nitơ plasma (PN)). Nghiên cứu chỉ ra rằng một số phương pháp xử lý song công có thể mang lại hiệu suất chống mài mòn vượt trội so với mạ crom thông thường.

5. Tiêu chuẩn tương đương và các lựa chọn thay thế

5.1 Tên gọi chung:

• AISI/SAE: 52100
• Trung Quốc (Anh): GCr15
• UNS: G52986
• DIN (W-Nr): 3505 (còn được gọi là 100Cr6)
• JIS: SUJ2
• AMS: AMS 6490, AMS 6491 (Thép chịu lực chất lượng cao cấp cho máy bay)
• ASTM: A295 (Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép chịu lực chống ma sát cacbon cao)

(Lưu ý: Luôn xác minh tiêu chuẩn sửa đổi cụ thể cần thiết cho đơn đăng ký của bạn)

5.2 Các giải pháp thay thế:

Nghiên cứu và phát triển vẫn tiếp tục trong lĩnh vực thép chịu lực. Các loại thép thay thế, chẳng hạn như thép 5280, đã được khám phá để cung cấp các đặc tính tương đương trong khi có khả năng đơn giản hóa các quy trình sản xuất như đúc liên tục so với 52100.

6. Tóm tắt

52100 là thép hợp kim thấp, crom, cacbon cao nổi tiếng với độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi tuyệt vời sau khi xử lý nhiệt thích hợp. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào việc đạt được cấu trúc vi mô martensitic tôi luyện mong muốn với các cacbua mịn. Nó vẫn là tiêu chuẩn công nghiệp cho nhiều ứng dụng ổ trục lăn và được sử dụng hiệu quả trong các thành phần chính xác và dụng cụ cụ thể.

Tại Aobo Steel, chúng tôi có nhiều kinh nghiệm trong việc rèn và cung cấp thép 52100. Hãy liên hệ với chúng tôi để thảo luận về các yêu cầu kỹ thuật cụ thể của bạn và cách chúng tôi có thể cung cấp giải pháp vật liệu phù hợp cho ứng dụng của bạn.

7. Thép 52100 so với thép D2

• Hàm lượng Cacbon và Crom: D2 có hàm lượng cacbon và crom cao hơn đáng kể so với 52100.

• Ứng dụng: 52100 chủ yếu là thép chịu lực, trong khi D2 là thép công cụ, đặc biệt dùng cho các ứng dụng gia công nguội.

• Độ cứng: D2 có thể đạt được độ cứng tối đa tương tự hoặc thấp hơn một chút so với lớp phủ 52100 đã qua xử lý nhiệt, nhưng khả năng chống mài mòn là đặc điểm chính của nó.

• Độ bền: Nhìn chung, 52100 được coi là cứng hơn các loại thép khuôn có hàm lượng carbon cao hơn như D2, mặc dù D2 mang lại sự cân bằng tốt trong cùng loại.

• Độ cứng: Cả hai đều có thể được làm cứng toàn bộ, nhưng D2 được làm cứng bằng không khí, giúp giảm thiểu biến dạng ở các phần lớn hơn.

• Chống mài mòn: D2 được thiết kế đặc biệt để có khả năng chống mài mòn tuyệt vời, một điểm khác biệt quan trọng so với 52100.

• Chống ăn mòn: Thép 52100 có khả năng chống ăn mòn tương đối thấp hơn các loại thép chịu lực khác, trong khi hàm lượng crom cao của D2 góp phần mang lại khả năng chống mài mòn tốt chứ không chỉ riêng khả năng chống ăn mòn.

Câu hỏi thường gặp

1. Thép 52100 có tác dụng gì?

• Vòng bi lăn. Đây được coi là vật liệu cổ điển và tiêu chuẩn cho các ứng dụng vòng bi có hàm lượng carbon cao, đặc biệt là vòng bi bi và vòng bi lăn.

• Các phần khuôn. Có thể sử dụng cho các khuôn có đường kính lên tới 50 mm, yêu cầu bề mặt được đánh bóng kỹ lưỡng.

• Vật liệu phủ trong hàn hồ quang chuyển bột (PTA).

• Các ứng dụng yêu cầu khả năng chống mài mòn tốt mà không cần thấm cacbon.

2. Độ bền của thép 52100 là bao nhiêu?

Độ bền của thép 52100 phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp xử lý nhiệt cụ thể được áp dụng.

• Độ bền kéo:

◦Có thể dao động từ 585-620 MPa (85-90 ksi).

◦Sau khi làm nguội dầu từ 850 °C (1560 °F), độ bền kéo thay đổi theo nhiệt độ tôi luyện.

◦Đối với ứng dụng khuôn, độ bền kéo được liệt kê là 80.000 psi (552 MPa) trong điều kiện ủ và 120.000 psi (827 MPa) khi tôi bằng dầu và ram ở nhiệt độ 400°F (204°C).

• Cường độ chịu lực:

◦Có thể đạt tới 450 MPa (65 ksi).

◦Sau khi làm nguội dầu từ 850 °C (1560 °F), giới hạn chảy thay đổi theo nhiệt độ tôi.

◦Đối với ứng dụng khuôn, giới hạn chảy được liệt kê là 35.000 psi (241 MPa) trong điều kiện ủ và 93.000 psi (641 MPa) khi tôi dầu và ram ở 400°F (204°C).

• Cường độ nén:

◦Có thể đạt tới 2760 MPa (400 ksi) hoặc 2930 MPa (425 ksi).

3. Sự khác biệt giữa thép 52100 và thép 1095 là gì?

Tóm tắt những điểm khác biệt chính:

• Nội dung Crom: 52100 chứa crom, trong khi 1095 là thép cacbon cao thông thường không có hàm lượng crom đáng kể.

• Ứng dụng chính: 52100 chủ yếu là thép chịu lực, trong khi 1095 là loại thép cacbon cao có mục đích chung hơn, thường được dùng làm lò xo và cánh.

• Độ cứng:Cả hai đều có thể làm cứng, nhưng hàm lượng crom trong 52100 ảnh hưởng đến phản ứng xử lý nhiệt của nó.

• Chống ăn mòn:52100 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn một chút so với carbon 1095 thông thường do có hàm lượng crom, mặc dù không có loại thép nào được coi là chống ăn mòn.