Thép dụng cụ 9SiCr

Thép công cụ 9SiCr 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.