Thép 9SiCr Tổng quan kỹ thuật

Tổng quan kỹ thuật về thép 9SiCr: Đây là thép công cụ hợp kim thấp và các đặc điểm chính của nó đến từ silicon (Si) và crom (Cr) là các nguyên tố hợp kim chính. Thành phần hóa học điển hình, theo phần trăm trọng lượng (wt%), thường nằm trong các phạm vi này, mặc dù bạn sẽ thấy sự khác biệt nhỏ giữa các tiêu chuẩn khác nhau.

1. Thành phần hóa học của thép công cụ 9SiCr

• Cacbon (C):85% đến 0,95%.
• Silic (Si): Thông thường là từ 1.20% đến 1.60%, mặc dù một số tiêu chuẩn như DIN 90CrSi5 của Đức chỉ định từ 1.05% đến 1.25%.
• Mangan (Mn): Thông thường là 0,30% đến 0,60%. Một lần nữa, tiêu chuẩn của Đức có thể cho thấy phạm vi cao hơn một chút (0,60% đến 0,80%).
• Crom (Cr): Nhìn chung là từ 0,95% đến 1,25%, theo tiêu chuẩn của Đức là từ 1,05% đến 1,30%.
• Phốt pho (P) và Lưu huỳnh (S): Đây là những tạp chất, thường được giữ ở mức thấp, với giới hạn tối đa thường được đặt ở mức ≤0,030% cho cả hai.

Thật tốt khi biết các giá trị tương đương giữa các tiêu chuẩn quốc tế khác nhau: 9SiCr phù hợp với AISI L3 (Hoa Kỳ), DIN 90CrSi5 / 1.2067 (Đức), BS BL3 (Anh), ГОСТ 9ХС (Nga) và UNE 100Cr6 (Tây Ban Nha). Trong hệ thống Trung Quốc (ISC), đó là T30100.

2. Tính chất vật lý của thép 9SiCr

Về tính chất vật lý:

2.1 Mật độ: Khoảng 7,80 g/cm³.

2.2 Nhiệt độ tới hạn: Những điều này rất quan trọng khi lập kế hoạch xử lý nhiệt:

• Ac1 (bắt đầu hình thành austenit khi đun nóng): ~770°C
• Accm (cementite hòa tan hoàn toàn): ~870°C
• Ar1 (bắt đầu hình thành perlit khi làm mát): ~730°C
• Ms (bắt đầu martensite): ~160°C
• Mf (hoàn thiện martensit): ~ -30°C

2.3 Tính chất từ tính: Lực kháng từ khoảng 795,8 A/m, cảm ứng từ bão hòa từ 1,78 đến 1,82 T.

2.4 Hệ số giãn nở tuyến tính: Mặc dù các giá trị cụ thể không có trong tài liệu nguồn được cung cấp, nhưng đây là một yếu tố quan trọng đối với các bộ phận chính xác, đặc biệt là khi xem xét đến những thay đổi nhiệt độ trong quá trình xử lý nhiệt và sử dụng.

3. Xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt rất quan trọng để có được các tính chất cơ học phù hợp từ 9SiCr. Quy trình tiêu chuẩn bao gồm làm cứng (làm nguội) và ram.

3.1 Các tùy chọn xử lý nhiệt trước

• Ủ sau khi rèn: Đun nóng đến 790-810°C, giữ trong 1-2 giờ, để lò nguội xuống dưới 550°C, sau đó làm mát bằng không khí. Kết quả là độ cứng HBW đạt 197-241. Ủ đẳng nhiệt (nung tương tự, giữ ở 700-720°C) đạt được cùng phạm vi độ cứng và thường tạo ra cấu trúc perlit hình cầu.
• Ủ ở nhiệt độ cao: Đun nóng đến 600-700°C trong 2-4 giờ, sau đó làm mát bằng lò hoặc không khí. Dùng để giảm căng thẳng khi làm việc ở nhiệt độ lạnh.
• Chuẩn hóa: Đun nóng đến 900-920°C, sau đó làm mát bằng không khí. Làm tinh các hạt trong thép quá nóng và loại bỏ các cacbua mạng, tạo ra độ cứng 321-415 HBW.
• Làm nguội và tôi luyện (phương pháp xử lý trước thay thế): Đun nóng đến 880-900°C, làm nguội bằng dầu, sau đó tôi ở 680-700°C (2-4 giờ) để đạt độ cứng HBW 197-241. Đôi khi, các bộ phận rèn có thể được tôi trực tiếp từ nhiệt rèn sau đó là tôi ở nhiệt độ cao.

3.2 Làm cứng (làm nguội)

Nhiệt độ khuyến nghị là 860-880°C.

• Làm nguội bằng dầu: Làm nguội trong dầu (có thể ở nhiều nhiệt độ khác nhau), sau đó làm nguội bằng không khí. Độ cứng: 62-65 HRC.
• Làm nguội bằng muối/kiềm: Sử dụng bồn nóng chảy (150-200°C) trong thời gian cụ thể, sau đó làm mát bằng không khí. Độ cứng: 59-63 HRC. Các phương pháp này giúp giảm thiểu biến dạng ở các bộ phận phức tạp. Cấu trúc sau khi tôi chủ yếu là mactenxit thanh, cacbua mịn và một số austenit giữ lại.

3.3 Điều trị lạnh

Đối với các dụng cụ có độ chính xác cao, ổn định về kích thước, xử lý lạnh (-70°C) ngay sau khi tôi có thể làm tăng nhẹ độ cứng (0-1 HRC). Tốt nhất nên thực hiện trong vòng một giờ sau khi tôi.

3.4 Làm nguội

Bước này làm giảm ứng suất và tinh chỉnh độ cứng và độ dẻo dai. Kết quả điển hình:

• 140-160°C Nhiệt độ: 62-65 HRC
• 160-180°C Nhiệt độ: 61-63 HRC
• 180-200°C Nhiệt độ: 60-62 HRC
• 200-220°C Nhiệt độ: 58-62 HRC

Nhiệt độ tôi cao hơn làm giảm độ cứng hơn nữa. Tôi gấp đôi (ví dụ, 180°C sau đó là nhiệt độ cao hơn như 240°C) có thể cải thiện đáng kể độ bền và tuổi thọ của dụng cụ.

4. Tính chất cơ học của thép 9SiCr

Các tính chất cơ học của 9SiCr phụ thuộc rất nhiều vào quá trình xử lý nhiệt. Sau khi tôi và ram ở nhiệt độ thấp, nó có độ cứng cao (có thể duy trì khoảng 60 HRC ngay cả sau khi ram ở nhiệt độ 300-400°C), khả năng tôi tốt và khả năng chống mài mòn tốt. Độ bền uốn sau khi tôi ở nhiệt độ 850°C là khoảng 2250 MPa. Tuy nhiên, đối với một số công việc rất đòi hỏi, độ bền nén và khả năng chống mài mòn của nó có thể không đủ.

5. Ứng dụng thép công cụ 9SiCr

Về ứng dụng, 9SiCr là lựa chọn đa năng cho khuôn và dụng cụ làm việc nguội cần khả năng chống mài mòn cao với độ biến dạng tối thiểu trong quá trình xử lý nhiệt. Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

• Dụng cụ cắt tốc độ thấp (khi khả năng chống mài mòn là yếu tố quan trọng).
• Khuôn dập nguội phức tạp: dao doa thủ công, lưỡi cắt, khuôn ren, trục cán nguội/con lăn thẳng, khuôn cán ren, khuôn kéo sâu, khuôn dập, khuôn cán nguội.
• Dụng cụ đo lường và đồng hồ đo chính xác.
• Khuôn dập, khuôn đột nguội và khuôn cắt cỡ nhỏ/vừa.
• Các bộ phận khuôn nhựa (khi thép cacbon không đủ đáp ứng).
• Ép đùn và ép nguội.
• Khuôn cam, khuôn đột, khuôn cắt.
• Khuôn kéo, khuôn định hình, khuôn đùn, khuôn cán.
• Chốt đẩy.
• Khuôn nhựa lớn, phức tạp và có độ chính xác cao.
• Lưỡi cắt (ví dụ, lưỡi cắt lớn đạt 57-60 HRC với biến dạng được kiểm soát thông qua quá trình tôi/ram đẳng nhiệt).

6. So sánh và cân nhắc về thép 9SiCr

So với thép công cụ cacbon cơ bản, 9SiCr có khả năng tôi, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn tốt hơn. Nhược điểm của nó bao gồm độ nhạy với quá trình khử cacbon trong quá trình gia nhiệt và độ cứng ủ tương đối cao.

• Một loại như Cr8MoWV3Si (có nhiều thành phần cacbon và cacbua hơn) có thể được cân nhắc nếu bạn cần khả năng chống mài mòn và độ bền cao hơn.
• Đối với các khuôn lớn cần xử lý nhiệt đơn giản hơn, thép tôi bằng không khí như 7CrSiMnMoV có thể là giải pháp thay thế.
• Xử lý bề mặt (như thấm nitơ kết hợp với làm nguội) có thể kéo dài tuổi thọ của khuôn 9SiCr trong các ứng dụng như dập nguội.
• Xử lý nhiệt cơ có thể cải thiện độ bền và độ dẻo nếu cường độ uốn cao là yếu tố quan trọng.

Cuối cùng, việc xác định xem 9SiCr có phải là lựa chọn phù hợp hay không hoàn toàn phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng—loại hoạt động, vật liệu được gia công, tuổi thọ dụng cụ dự kiến và độ phức tạp của bộ phận đều là những yếu tố quan trọng. Chúng tôi có thể thảo luận thêm về nhu cầu cụ thể của bạn để đảm bảo bạn đang sử dụng loại thép và phương pháp xử lý nhiệt tốt nhất cho tình huống của mình.