52100 Thép chịu lực | 1.3505 | 100Cr6

2. Tính chất của thép chịu lực 52100

Phần này trình bày chi tiết các đặc điểm quan trọng của thép AISI/SAE 52100 khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng trong nhiều ngành công nghiệp.

Độ cứng tiềm năng và phản ứng xử lý nhiệt

Một trong những nổi bật 52100 tính chất thép chịu lực là khả năng cứng đặc biệt của nó.

• Độ cứng có thể đạt được: Với xử lý nhiệt thích hợp, thép 52100 luôn đạt độ cứng từ 60 đến 64 HRC trên toàn bộ tiết diện. Ví dụ, một miếng dày 1 inch có thể đạt khoảng 60 HRC khi được tôi luyện ở nhiệt độ khoảng 204°C (400°F).
• Ứng dụng vòng bi: Đối với các thành phần ổ bi quan trọng, độ cứng tối thiểu thường được chỉ định và đạt được là 62 HRC sau khi tôi và ram.
• Độ cứng nóng: Điều quan trọng cần lưu ý là độ cứng khi nóng của thép 52100 giảm đáng kể khi nhiệt độ vận hành tăng.

2.1 Đặc điểm cấu trúc vi mô

Cấu trúc vi mô của thép 52100 sau khi xử lý nhiệt đúng cách đóng vai trò cơ bản đối với hiệu suất của thép:

• Cấu trúc điển hình: Nó chủ yếu bao gồm martensit cacbon cao với các cacbua hình cầu sơ cấp (không hòa tan) phân tán mịn. Hàm lượng austenit giữ lại từ 5 đến 10% cũng là điển hình.
• Đóng góp khả năng chống mài mòn: Đối với các ứng dụng chịu lực, thép 52100 được austenit hóa cố ý dưới nhiệt độ Acm của nó. Quá trình này thúc đẩy sự hình thành các mảng cacbua cementite trong cấu trúc martensitic cuối cùng, tăng cường đáng kể khả năng chống mài mòn.
• Độ sạch sẽ: Cấu trúc vi mô sạch, không có tạp chất quá mức là rất quan trọng, đặc biệt đối với các ứng dụng yêu cầu bề mặt được đánh bóng cao, chẳng hạn như khuôn.

2.2 Độ bền cơ học cốt lõi của thép 52100

Thép hợp kim 52100 được thiết kế để có khả năng chịu tải và độ bền cao.

2.3 Hiệu suất mệt mỏi

Tuổi thọ chịu mỏi cao là một yếu tố quan trọng tính chất của thép chịu lực 52100, đặc biệt đối với các thành phần như ổ trục trượt chịu tải trọng tuần hoàn. Khả năng chống mỏi có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như hàm lượng tạp chất và độ chính xác của quá trình xử lý nhiệt. Kiểm soát chất lượng, bao gồm cả thử nghiệm mỏi, là tối quan trọng.

2.4 Khả năng chống mài mòn

Thép 52100 cho thấy khả năng chống mài mòn tốt. Điều này được cải thiện đáng kể nhờ sự hiện diện của các hạt cementite rất nhỏ, cứng được phân bố đều trong cấu trúc vi mô sau khi xử lý nhiệt tối ưu. Các phương pháp xử lý chuyên biệt, như quy trình duplex, có thể cải thiện thêm các đặc tính mài mòn so với quá trình mạ crom tiêu chuẩn hoặc các loại thép hợp kim khác như 8620 trong một số điều kiện nhất định.

2.5 Độ cứng

Nhờ hàm lượng crom, thép 52100 có khả năng làm cứng tốt. Điều này cho phép nó đạt được độ cứng đồng đều qua mặt cắt ngang ở các bộ phận dày tới khoảng 1 inch. Khả năng làm cứng của nó tương đương với thép 5280.

2.6 Khả năng gia công

Để có kết quả gia công tốt nhất và đảm bảo phản ứng đồng đều trong các quá trình làm cứng tiếp theo, cấu trúc vi mô hình cầu được khuyến nghị cho thép 52100. Điều kiện này cải thiện tuổi thọ dụng cụ và độ hoàn thiện bề mặt.

2.7 Độ sạch và chất lượng vật liệu

Chất lượng cao 52100 thép chịu lực được sản xuất với sự chú trọng mạnh mẽ vào độ chắc chắn bên trong, độ sạch và thành phần hóa học đồng nhất.

• Kiểm soát bao gồm: Đối với các ứng dụng quan trọng như ổ bi, hàm lượng tạp chất phi kim loại rất thấp (ví dụ: Loại A, B, C, D) và hàm lượng oxy tối thiểu là điều cần thiết.
• Quá trình nóng chảy: Các kỹ thuật nấu chảy tiên tiến như nấu chảy chân không bằng điện cực tiêu hao (CEVM) hoặc nấu chảy lại bằng điện xỉ (ESR) có thể cung cấp cấu trúc vi mô cực kỳ sạch cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như khuôn đánh bóng.
• Những cân nhắc khi đúc: Khi sản xuất thép 52100 bằng phương pháp đúc liên tục hiện đại, chu trình đồng nhất hóa không đủ có thể dẫn đến sự phân tách và phân bố cacbua không mong muốn, ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất và phản ứng xử lý nhiệt của thép.
• Tiêu chuẩn: ASTM A 535 bao gồm các phôi thép hợp kim chất lượng đặc biệt, thanh, ống tròn, thanh và ống dùng để sản xuất vòng bi chống ma sát.

2.8 Độ ổn định kích thước

Để đạt được độ ổn định kích thước rất cao trong các thành phần thép 52100 đòi hỏi phải kiểm soát chính xác quá trình xử lý nhiệt. Thép có thể nhạy cảm với biến dạng và việc tôi luyện ở độ cứng thấp hơn có thể cần thiết so với một số loại thép tiên tiến nếu độ ổn định cuối cùng là mục tiêu chính. Nhiệt độ austenit hóa hoặc thực hành tôi luyện không đúng cách có thể dẫn đến nứt.

2.9Khả năng hàn

Điều quan trọng cần lưu ý là thép chịu lực 52100 thường được coi là không hàn được do hàm lượng carbon cao, khiến thép dễ bị nứt trong và sau khi hàn.

2.10 Độ bền

Khi được tôi dầu đúng cách từ khoảng 850°C (1560°F) để đạt được cấu trúc vi mô của các cacbua hình cầu phân tán trong martensite đã tôi, thép 52100 thể hiện độ dẻo dai tốt. Điều này có thể được đánh giá bằng các thử nghiệm tiêu chuẩn như năng lượng va đập Charpy V-notch và độ dẻo dai gãy biến dạng phẳng (KIc). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bainite 52100 có thể cung cấp độ dẻo dai va đập cao hơn so với một số loại thép rèn bột.