Tổng quan kỹ thuật thép 9CrWMn

1. Tổng quan và các đặc điểm chính

Tổng quan kỹ thuật của thép 9CrWMn: 9CrWMn là thép công cụ làm nguội hợp kim thấp đáng tin cậy, được sử dụng rộng rãi để sản xuất nhiều loại công cụ và khuôn. Ưu điểm chính của nó nằm ở sự thay đổi kích thước tối thiểu trong quá trình tôi luyện – nó thường được gọi là thép 'biến dạng vi mô'. Độ ổn định đặc biệt này khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời để chế tạo các thành phần phức tạp, có độ chính xác cao, trong đó việc duy trì dung sai chặt chẽ sau khi xử lý nhiệt là hoàn toàn quan trọng.

Cấp độ này mang lại sự cân bằng mạnh mẽ giữa các đặc tính thiết yếu:

• Độ cứng tốt: Đạt được độ cứng đồng đều, ngay cả ở những phần dày hơn, khi được tôi đúng cách.
• Khả năng chống mài mòn cao: Có độ bền tuyệt vời chống mài mòn, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.
• Độ bền đáng tin cậy: Có khả năng chống gãy khi được xử lý nhiệt đúng cách.

Các nguyên tố hợp kim cụ thể đóng vai trò quan trọng đối với hiệu suất của nó:

• Crom (Cr): Tăng cường khả năng làm cứng và tăng đáng kể khả năng chống mài mòn.
• Vonfram (W): Góp phần tăng khả năng chống mài mòn, giúp tinh chỉnh cấu trúc hạt (cải thiện độ dẻo dai) và giảm độ nhạy với quá nhiệt trong quá trình xử lý nhiệt.
• Mangan (Mn): Cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng làm cứng của thép.

2. Thành phần hóa học của thép 9CrWMn

Thành phần hóa học tiêu chuẩn của 9CrWMn theo GB/T 1299 là:

• Cacbon (C): 0.85 – 0.95%
• Silic (Si): ≤ 0,40%
• Mangan (Mn): 0.90 – 1.20%
• Crom (Cr): 0.50 – 0.80%
• Vonfram (W): 0.50 – 0.80%
• Phốt pho (P): ≤ 0,030%
• Lưu huỳnh (S): ≤ 0,030%

Lưu ý: Có các tiêu chuẩn tương đương quốc tế như AISI O1, DIN 1.2510 và JIS SKS3, nhưng có thể có một số thay đổi nhỏ về phạm vi thành phần. Luôn tham khảo tiêu chuẩn cụ thể nếu cần tuân thủ chính xác.

3. Điểm tương đương

9CrWMn là cấp độ được công nhận rộng rãi trên toàn cầu. Các cấp độ tương đương phổ biến bao gồm:

• Hoa Kỳ (AISI/ASTM): O1 (UNS T31501)
• Đức (DIN): 1.2510 (còn được gọi là 100MnCrW4)
• Nhật Bản (JIS): SKS3
• Nga (GOST): 9ХВГ (hoặc 9XC)
• Tiêu chuẩn: 95MnWCr1
• Anh (BS): BO1
• Thụy Điển (SS / ASSAB / Uddeholm): 2140 / DF-3 / Arne
• Pháp (NF): 90MnWCrV5

Phạm vi tương đương rộng lớn này làm nổi bật việc sử dụng rộng rãi của nó trong các ngành công nghiệp trên toàn thế giới.

4. Tính chất của thép 9CrWMn

4.1 Độ cứng

9CrWMn có khả năng tôi luyện tốt, cho phép nó tôi luyện hiệu quả qua mặt cắt ngang thông qua quá trình tôi dầu, đặc biệt là đối với các mặt cắt dày tới 40-50mm. Điều này đạt được thông qua ảnh hưởng kết hợp của Mangan, Crom và Vonfram.

4.2 Khả năng chống mài mòn

Mong đợi khả năng chống mài mòn cao sau khi tôi cứng và quá trình tôi luyện ở nhiệt độ thấp thích hợp. Hàm lượng carbon cao, cùng với sự hình thành crom cứng và cacbua vonfram trong ma trận martensitic, mang lại độ bền tuyệt vời chống lại sự mài mòn.

4.3 Độ bền

Khi xử lý nhiệt đúng cách—thường là tôi ở khoảng 800°C và sau đó là tôi ở nhiệt độ thấp—9CrWMn thể hiện sự cân bằng đáng tin cậy về độ dẻo dai cho các ứng dụng gia công nguội. Tuy nhiên, hãy thận trọng khi tôi ở khoảng 300°C, vì phạm vi nhiệt độ này có thể làm giảm độ dẻo dai khi va đập.

4.4 Khả năng gia công

Khả năng gia công được coi là đủ đối với thép công cụ có độ cứng này. Thực hiện ủ cầu hóa thích hợp trước khi gia công là điều cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất và dễ gia công.

4.5 Độ ổn định kích thước (Xử lý nhiệt)

Mặc dù được biết đến với đặc tính biến dạng thấp ('biến dạng vi mô'), một số thay đổi về kích thước trong quá trình tôi vẫn có thể xảy ra. Các yếu tố như hình dạng chi tiết, tính đồng nhất của quá trình gia nhiệt và kỹ thuật tôi ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng. Sử dụng các quy trình thích hợp như gia nhiệt trước đúng cách, sử dụng phương pháp tôi dầu nóng (khoảng 100°C) cho các phần nhỏ hơn hoặc sử dụng các phương pháp tôi nhiệt/tôi đẳng nhiệt có thể giảm thiểu hiệu quả sự biến dạng.

4.6 Cấu trúc cacbua

Giống như nhiều loại thép công cụ khác, 9CrWMn có khả năng tạo thành mạng cacbua, đặc biệt là nếu không được xử lý đúng cách, điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ dẻo dai. Các phương pháp rèn cẩn thận và chu trình xử lý nhiệt thích hợp, bao gồm cả việc chuẩn hóa trước khi ủ, được khuyến nghị để tinh chỉnh cấu trúc cacbua và ngăn ngừa các mạng có hại.

4.7 Khả năng chịu nhiệt

Khả năng chống làm mềm ở nhiệt độ cao (khả năng chống tôi) ở mức trung bình. Độ cứng sẽ giảm đáng kể nếu tôi ở nhiệt độ cao hơn (ví dụ, trên 400-500°C). Do đó, tôi ở nhiệt độ thấp (thường là 160-200°C) là thông lệ tiêu chuẩn để duy trì độ cứng và khả năng chống mài mòn tối đa.

4.8 Nhiệt độ chính (Xấp xỉ)

Hiểu được nhiệt độ chuyển đổi quan trọng là rất quan trọng để xử lý nhiệt thành công:

• Ac1 (Bắt đầu quá trình Austenit hóa): ~750°C
• Accm (Austenit hóa hoàn toàn): ~900°C
• Ar1 (Bắt đầu hình thành Ferrite/Pearlite khi làm mát): ~700°C
• Ms (Martensite Start): ~205°C

5. Thép 9CrWMn Xử lý nhiệt

5.1 Ủ (để gia công)

Để đạt được khả năng gia công tối ưu:

1. Đun nóng đều đến nhiệt độ 770-790°C.
2. Giữ ở nhiệt độ đủ lâu để ngâm.
3. Làm nguội từ từ bên trong lò (tốc độ ≤ 30°C/giờ) xuống 550°C.
4. Làm mát bằng không khí từ 550°C. Độ cứng mong đợi: ≤ 217 khối lượng cơ thể. Ghi chú: Chuẩn hóa ở 960-980°C trước ủ được khuyến khích mạnh mẽ để tinh chế cacbua.

5.2 Làm cứng (làm nguội)

1. Làm nóng kỹ trước.
2. Đun nóng đến nhiệt độ austenit hóa: 800-830°C (sử dụng mức thấp hơn cho các phần lớn hơn hoặc phức tạp hơn).
3. Giữ trong thời gian đủ dài để đảm bảo nhiệt độ đồng đều.
4. Làm nguội nhanh trong dầu. Đối với các phần ≤ 30-50mm, làm nguội trong dầu được đun nóng đến ~100°C có thể giúp giảm thiểu nguy cơ biến dạng và nứt. Độ cứng mong đợi (khi tôi): ≥ 62 HRC, thường đạt tới 64-66 HRC.

5.3 Làm nguội

Làm nguội ngay sau khi tôi để giải phóng ứng suất bên trong và đạt được các tính chất cuối cùng mong muốn:

1. Đun nóng đều đến nhiệt độ tôi luyện đã chọn (thường là 160-300°C).
2. Giữ nguyên trong 1-2 giờ cho mỗi inch (25mm) độ dày (tối thiểu 2 giờ).
3. Làm mát bằng không khí. Phạm vi tôi luyện điển hình và độ cứng thu được:
   
   • 160-180°C: ~61-64 HRC (để có độ cứng và khả năng chống mài mòn tối đa)
   • 200-230°C: ~60-62 HRC
   • 250-275°C: ~56-60 HRC Thận trọng: Tránh tôi luyện ở nhiệt độ 275-325°C vì độ dẻo dai có thể bị giảm (giòn do tôi luyện).

5.4 Xử lý nhiệt nâng cao

Đối với các yêu cầu cụ thể như giảm thiểu biến dạng hoặc tối đa hóa độ dẻo dai, có thể cân nhắc các quy trình như tôi đẳng nhiệt (martempering) hoặc xử lý tinh chế siêu tinh chế carbide chuyên dụng. Những quy trình này liên quan đến các chu trình gia nhiệt và làm mát phức tạp hơn.

6. Ứng dụng thép 9CrWMn

Các tính chất cân bằng của 9CrWMn làm cho nó trở thành loại thép có tính linh hoạt cao cho nhiều loại dụng cụ và thành phần gia công nguội:

• Chết: Khuôn dập, khuôn đột (đặc biệt đối với tấm kim loại ≤6mm), khuôn dập, dụng cụ tạo hình, khuôn uốn, khuôn kéo sâu, đục lỗ, dụng cụ đột dập tinh, khuôn dập nguội, khuôn cán ren và nhiều loại khuôn chèn khác nhau yêu cầu khả năng chống mài mòn và độ ổn định về kích thước tốt.
• Công cụ: Đồng hồ đo chính xác, dụng cụ đo, khối đo, máy doa, vòi, khuôn ren, dụng cụ cắt nhỏ hơn yêu cầu giữ cạnh cao, ống lót khoan và lưỡi cắt cho vật liệu mỏng hơn.
• Thành phần: Trụ dẫn hướng và ống lót cứng (mục tiêu 58-62 HRC), chốt đẩy, khuôn mẫu, linh kiện cho khuôn nhựa nhỏ và khuôn dập nổi đồ trang sức.