Thép công cụ là gì: Câu trả lời trực tiếp
Thép công cụ là một họ thép cacbon và thép hợp kim được thiết kế đặc biệt để định hình, cắt hoặc tạo thành các vật liệu khác mà không làm mất độ cứng, cạnh hoặc độ chính xác về kích thước của chúng dưới áp suất cơ học và nhiệt lặp đi lặp lại. Không giống như thép kết cấu, được chọn chủ yếu vì độ bền và khả năng hàn, thép công cụ được chọn vì khả năng chống mài mòn, độ bền và khả năng giữ hình dạng chính xác qua hàng nghìn hoặc hàng triệu chu kỳ làm việc. Chúng là loại thép tạo nên khuôn dập, khuôn phun, lưỡi cắt, chày, mũi khoan và khuôn rèn.
Đặc điểm xác định của bất kỳ loại thép công cụ nào là tính chất hóa học hợp kim của nó. Các nhà sản xuất bổ sung lượng crom, vanadi, molypden, vonfram và đôi khi coban được kiểm soát vào thép cacbon trơn. Những nguyên tố này tạo thành các hạt cacbua cứng bên trong vi cấu trúc của thép trong quá trình rèn thép và xử lý nhiệt tiếp theo, và những cacbua đó là những gì thực sự chống mài mòn, biến dạng và làm mềm nhiệt trong công việc. Thép công cụ không có cấu trúc cacbua phù hợp chỉ là một cách tốn kém để tạo ra khuôn mềm.
Theo dữ liệu được công bố bởi hệ thống phân loại của Viện Sắt thép Hoa Kỳ, thép công cụ được nhóm thành bảy họ chính dựa trên ứng dụng chính và phương pháp làm nguội: làm cứng nước (W), chống sốc (S), gia công nguội (Ô, A, D), gia công nóng (H), tốc độ cao (T, M), thép chuyên dùng (L, F) và thép khuôn (P). Tiền tố của mỗi chữ cái sẽ cho nhà luyện kim hoặc người mua biết thông tin cụ thể về cách hoạt động của loại thép đó trước khi họ kiểm tra bảng thông số kỹ thuật.
Bảy họ thép công cụ và điều gì tạo nên sự khác biệt giữa chúng
Mỗi loại thép công cụ đều có nguồn gốc từ một trong các họ AISI bên dưới. Việc biết lớp thuộc họ nào sẽ cho bạn biết nhiều hơn về hành vi trong thế giới thực của nó hơn là chỉ riêng tỷ lệ phần trăm hợp kim.
| gia đình | Tiền tố | Đặc điểm chính | Sử dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| Làm cứng nước | W | Cacbon cao, độ cứng nông | Dụng cụ cầm tay, lưỡi cắt nhẹ |
| Chống sốc | S | Độ dẻo dai cao, độ cứng vừa phải | Mũi đục, dụng cụ khí nén |
| Công việc nguội | O, A, D | Chống mài mòn ở nhiệt độ phòng | Khuôn dập, đồng hồ đo |
| Công việc nóng bỏng | H | Duy trì độ cứng trên 500°C | Khuôn rèn, dụng cụ ép đùn |
| Tốc độ cao | T, M | Giữ cạnh ở nhiệt độ cắt | Mũi khoan, dụng cụ tiện |
| Mục đích đặc biệt | L, F | Hợp kim thấp, dễ gia công | Arbors, ống kẹp |
| Thép khuôn | P | Khả năng đánh bóng, độ biến dạng thấp | Khuôn ép nhựa |
Các loại được chỉ định phổ biến nhất trong mua hàng công nghiệp ngày nay là Thép gia công nguội D2 , Thép gia công nóng H13 và Thép tốc độ cao M2 . D2 chứa khoảng 12% crom và 1,5% carbon, mang lại khả năng làm cứng không khí và khả năng chống mài mòn mạnh. H13 chứa khoảng 5% crom cộng với molypden và vanadi, cho phép nó tồn tại trong chu trình nhiệt trong các ứng dụng rèn và đúc khuôn mà không bị nứt.
Các yếu tố hợp kim xác định hành vi của thép công cụ
Hiệu suất của thép công cụ không phải là một con số duy nhất trên bảng dữ liệu. Nó là kết quả kết hợp của một số nguyên tố hợp kim, mỗi nguyên tố đóng góp một hiệu ứng cơ học cụ thể. Việc hiểu rõ chức năng thực sự của từng yếu tố sẽ loại bỏ việc phỏng đoán khi so sánh hai điểm trông giống nhau trên giấy.
Carbon
Carbon là chất làm cứng chính trong bất kỳ loại thép công cụ nào. Trong quá trình làm nguội, các nguyên tử carbon bị mắc kẹt trong mạng sắt làm biến dạng cấu trúc tinh thể thành martensite, đây là chất giúp thép cứng có khả năng chống lõm. Các loại có hàm lượng cacbon trên 1,0%, chẳng hạn như D2 ở mức khoảng 1,5%, có thể đạt độ cứng cực đại cao hơn các loại có hàm lượng cacbon thấp như H13, nằm gần 0,4% cacbon.
crom
crom forms hard chromium carbides that resist abrasive wear, and it also improves the steel's ability to harden through thicker sections without a fast quench. High-chromium grades such as D2, with around 12% chromium, are described as air-hardening because the chromium slows the cooling rate needed to form martensite.
Vanadi
Vanadi forms extremely hard, fine-grained carbides that resist softening at elevated temperature and refine the steel's grain structure. Even small additions, typically under 1%, measurably improve wear resistance and grain stability during repeated heating cycles, which is why vanadium content is closely controlled in hot-work and high-speed grades.
Mơlybdenum
Mơlybdenum raises the temperature at which a tool steel begins to soften, a property directly relevant to hot-work and high-speed grades that operate under continuous frictional or radiant heat. It also reduces the risk of temper embrittlement during the tempering cycle, which matters for parts that undergo multiple reheating passes.
vonfram
vonfram performs a similar role to molybdenum in resisting softening at high temperature, but it does so with a denser, more stable carbide structure. Classic high-speed grades such as T1 rely on tungsten as the primary red-hardness contributor, though many modern shops favor molybdenum-based M-series grades for lower raw material cost.
cóbalt
cóbalt does not form carbides itself, but it strengthens the surrounding steel matrix and allows the existing carbides to remain effective at higher temperatures. Cobalt-bearing grades like M35 and M42 are specified when a high-speed tool must cut abrasive or high-temperature alloys that would rapidly dull a standard M2 edge.
Không có yếu tố đơn lẻ nào hoạt động độc lập. Hiệu suất cuối cùng của một loại thép xuất phát từ tỷ lệ giữa các nguyên tố này, đó là lý do tại sao hai loại thép có hàm lượng crom tương tự có thể hoạt động rất khác nhau khi mức molypden, vanadi hoặc carbon được điều chỉnh.
Thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn người mua nên nhận biết
Thép công cụ được giao dịch và chứng nhận theo một số tiêu chuẩn định kỳ. Việc nhận biết các tài liệu tham khảo này trên giấy chứng nhận của nhà máy hoặc báo giá của nhà cung cấp giúp xác nhận rằng vật liệu phù hợp với loại dự định thay vì dựa vào mô tả chung chung.
| Thân hình tiêu chuẩn | Hệ thống chỉ định | Nó bao gồm những gì |
|---|---|---|
| AISI | Số chữ cái (D2, H13, M2) | gia đình classification by application and hardening method |
| ASTM | A681, A600, A681 | Thành phần hóa học và giới hạn tính chất cơ học |
| DIN / EN | Số (1.2379, 1.2344) | Ký hiệu dựa trên hóa học của Châu Âu, phổ biến trong dụng cụ nhập khẩu |
| JIS | Dòng SKD, SKH | Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản, thường thấy trong dụng cụ đúc khuôn |
Một tài liệu tham khảo chéo thực tế đáng ghi nhớ: AISI D2 tương ứng chặt chẽ với DIN 1.2379 và JIS SKD11 , trong khi AISI H13 tương ứng với DIN 1.2344 và JIS SKD61 . Những tham chiếu chéo này quan trọng khi tìm nguồn cung ứng từ các nhà cung cấp ở các khu vực khác nhau, vì cùng một hợp kim vật lý thường được trích dẫn dưới các mã chỉ định khác nhau tùy thuộc vào vị trí của nhà máy.
Giấy chứng nhận của nhà máy đáng tin cậy sẽ liệt kê thành phần hóa học đo được thực tế, không chỉ tên cấp danh nghĩa, cùng với số nhiệt được sử dụng để truy xuất nguồn gốc. Người mua tìm nguồn cung ứng thép công cụ cho các công cụ quan trọng nên yêu cầu chứng chỉ này thay vì chỉ chấp nhận tên loại, vì hóa học có thể chênh lệch đôi chút giữa các đợt sản xuất ngay cả trong cùng một loại danh nghĩa.
Làm thế nào thép công cụ có được đặc tính của nó: Trình tự sản xuất
Thanh thép công cụ không đạt được độ cứng làm việc từ máy nghiền. Nó trải qua một trình tự xác định của các bước luyện kim và việc bỏ qua hoặc gấp rút bất kỳ bước nào trong số đó sẽ thay đổi vĩnh viễn hiệu suất của bộ phận cuối cùng.
- Nóng chảy và hợp kim — sắt cơ bản được kết hợp với crom, vanadi, vonfram hoặc molypden trong lò hồ quang điện để đạt được mục tiêu hóa học cho cấp độ này.
- Thép rèn hoặc cán nóng - phôi được gia công dưới áp lực để phá vỡ cấu trúc hạt đúc và căn chỉnh các cacbua, giúp cải thiện độ dẻo dai so với thép chỉ được đúc và không bao giờ rèn.
- Ủ - thanh rèn được làm nguội chậm đến trạng thái mềm, có thể gia công được để các nhà chế tạo công cụ có thể phay hoặc tiện hình học thô mà không làm dụng cụ bị mòn quá mức.
- Làm cứng (austenitizing và dập tắt) - bộ phận được làm nóng vượt quá nhiệt độ biến đổi tới hạn, thường là 980°C đến 1050°C tùy thuộc vào loại, sau đó được làm nguội nhanh trong dầu, không khí hoặc nước để khóa trong cấu trúc martensitic cứng.
- ủ - phần cứng được gia nhiệt lại đến nhiệt độ thấp hơn, thường là 150°C đến 600°C, trong một hoặc nhiều chu kỳ để giảm ứng suất bên trong và khôi phục đủ độ bền để ngăn ngừa nứt giòn khi sử dụng.
Bỏ qua bước rèn và chỉ sử dụng vật liệu đúc hoặc cán là một lối tắt cắt giảm chi phí phổ biến trong các công cụ cấp thấp hơn. Kết quả là một bộ phận đạt đến chỉ số độ cứng chính xác trên máy thử Rockwell nhưng lại không hoạt động sớm trong quá trình sử dụng do sự phân bố cacbua không đồng đều và dễ bị nứt.
Các thông số xử lý nhiệt: Tại sao các con số thay đổi theo cấp
Mỗi họ thép công cụ có nhiệt độ đông cứng, môi trường tôi và phạm vi tôi riêng, và việc sử dụng sai bộ tham số là một trong những cách nhanh nhất để làm hỏng một bộ phận được gia công chính xác. Các số liệu dưới đây phản ánh các cửa sổ xử lý nhiệt được công bố phổ biến được sử dụng bởi các thiết bị xử lý nhiệt thương mại.
| Lớp | Nhiệt độ austenit hóa | Làm nguội vừa | ủ Range |
|---|---|---|---|
| O1 | 790–815°C | Dầu | 175–260°C |
| A2 | 925–955°C | không khí | 175–540°C |
| D2 | 1000–1030°C | không khí | 150–540°C |
| H13 | 995–1025°C | không khí or salt bath | 540–650°C |
| M2 | 1190–1230°C | Dầu, salt, or air | 540–595°C, nhiều chu kỳ |
Chú ý rằng M2 yêu cầu nhiệt độ austenit hóa cao hơn O1 khoảng 200°C , bởi vì thép tốc độ cao cần lượng nhiệt bổ sung đó để hòa tan hoàn toàn cacbua vonfram và molypden đậm đặc của chúng vào dung dịch trước khi tôi. Những người xử lý nhiệt áp dụng chu trình kiểu O1 cho bộ phận M2 sẽ tạo ra một bộ phận không bao giờ đạt được độ cứng như mong muốn, bất kể nó nằm trong lò bao lâu.
Quá trình ủ nhiều chu kỳ, được sử dụng trên M2 và các loại tốc độ cao khác, không phải là tùy chọn. Chu trình ủ đầu tiên biến austenite còn lại thành martensite, sau đó yêu cầu chu trình ủ thứ hai để giảm bớt ứng suất mà quá trình biến đổi tạo ra. Việc bỏ qua chu kỳ thứ hai ở cấp độ tốc độ cao sẽ để lại martensite không được tôi luyện trong cấu trúc, một nguyên nhân đã biết gây ra vết nứt trong quá trình sử dụng dưới tải trọng cắt theo chu kỳ.
Thép công cụ so với các loại thép khác: Đường được vẽ ở đâu
Những người mua mới mua sắm kim loại thường nhầm lẫn giữa thép công cụ với thép không gỉ hoặc thép kết cấu vì cả ba đều có chung từ "thép". Sự khác biệt nằm ở chức năng dự kiến, không chỉ ở tính chất hóa học.
Thép công cụ so với thép không gỉ
Thép không gỉ được chế tạo dựa trên khả năng chống ăn mòn, đạt được với ít nhất 10,5% crôm. Thép công cụ được chế tạo dựa trên khả năng chống mài mòn và ổn định kích thước khi chịu tải. Một số loại thép công cụ, chẳng hạn như dòng A và D, chứa đủ crom để chống ăn mòn nhẹ, nhưng khả năng chống ăn mòn chỉ là tác dụng phụ chứ không phải là mục tiêu thiết kế.
Thép công cụ so với thép kết cấu
Thép kết cấu, chẳng hạn như A36 hoặc A572, được tối ưu hóa cho khả năng hàn và cường độ năng suất có thể dự đoán được trong dầm và khung. Nó hầu như không bao giờ được xử lý nhiệt đến độ cứng cao vì điều đó sẽ làm cho nó trở nên giòn khi sử dụng trong xây dựng. Thép công cụ thì ngược lại: nó được cố tình xử lý nhiệt để trở nên cứng, thường hy sinh hoàn toàn khả năng hàn.
Thép công cụ so với thép lò xo
Thép lò xo, như 1095 hoặc 5160, được tôi luyện đến một phạm vi độ cứng cụ thể nhằm tối đa hóa khả năng chống uốn đàn hồi và chống mỏi khi uốn lặp đi lặp lại. Thép công cụ được tôi luyện để duy trì độ cứng tĩnh khi tiếp xúc với mài mòn hoặc va đập, không dùng để uốn đàn hồi.
Xử lý bề mặt và lớp phủ giúp kéo dài tuổi thọ của thép công cụ
Xử lý nhiệt thiết lập độ cứng tổng thể của bộ phận thép công cụ, nhưng kỹ thuật bề mặt bổ sung thêm lớp bảo vệ thứ hai ở bề mặt mài mòn thực tế. Đối với dụng cụ sản xuất chu kỳ cao, lớp phủ hoặc xử lý bề mặt thường quyết định tuổi thọ của dụng cụ cũng như việc lựa chọn hợp kim cơ bản.
| Điều trị | Độ cứng bề mặt được thêm vào | Phù hợp nhất cho |
|---|---|---|
| thấm nitơ | Tương đương lên tới 70 HRC | Khuôn gia công nóng, dụng cụ ép đùn |
| lớp phủ TiN | Độ cứng bề mặt ~2.300 HV | Dụng cụ cắt, đục lỗ |
| lớp phủ TiCN | Độ cứng bề mặt ~3.000 HV | Khuôn dập có độ mài mòn cao |
| lớp phủ DLC | Hệ số ma sát thấp | Dụng cụ tạo hình, khuôn tiếp xúc trượt |
| Oxit đen | Thay đổi độ cứng tối thiểu | Chỉ bảo vệ chống ăn mòn nhẹ |
Thấm nitơ khuếch tán nitơ vào bề mặt thép ở nhiệt độ đủ thấp để tránh làm ảnh hưởng đến độ cứng lõi đạt được trong quá trình xử lý nhiệt ban đầu, điều này khiến nó đặc biệt có giá trị đối với các khuôn gia công nóng H13 cần bề mặt cứng mà không làm mất đi độ dẻo dai của vật liệu khối. Các lớp phủ PVD như TiN và TiCN được áp dụng sau quá trình mài lần cuối và thêm một lớp mỏng, cực kỳ cứng giống như gốm để chống lại sự ăn mòn và mài mòn do dính trong quá trình tạo hình kim loại tấm.
Một điểm đáng lưu ý đối với người mua: lớp phủ không thể bù đắp cho lớp nền sai. Cú đấm O1 được phủ TiN vẫn sẽ bị hỏng do biến dạng khối dưới tải trọng vượt quá độ bền lõi của O1, vì lớp phủ chỉ dày micron và không chịu tải trọng cấu trúc của bộ phận. Lựa chọn lớp phủ phải luôn tuân theo lựa chọn cấp chính xác, không thay thế nó.
Điểm chuẩn hiệu suất: Độ cứng, độ dẻo dai và giới hạn nhiệt theo cấp
Các bảng thông số kỹ thuật mô tả hiệu suất của thép công cụ bằng cách sử dụng ba số định kỳ: độ cứng Rockwell C (HRC), độ bền va đập tính bằng foot pound và trần nhiệt độ có độ cứng màu đỏ. Việc so sánh những con số này giữa các loại thép thông thường sẽ làm rõ lý do tại sao người thiết kế khuôn lại chọn loại thép này mà không phải loại thép khác.
| Lớp | Độ cứng làm việc (HRC) | Đánh giá độ bền | Trần chịu nhiệt |
|---|---|---|---|
| O1 | 57–62 | Mơderate | 175°C |
| A2 | 57–62 | Mơderate-High | 250°C |
| D2 | 58–62 | Thấp-Trung bình | 425°C |
| H13 | 44–54 | Cao | 540°C |
| M2 | 62–66 | Thấp | 600°C |
Một quy tắc hữu ích mà những người chế tạo công cụ có kinh nghiệm áp dụng: độ cứng và độ dẻo di chuyển theo hướng ngược nhau trong cùng một lớp . Đẩy D2 lên mức tối đa 62 HRC thông qua nhiệt độ ủ thấp hơn sẽ cải thiện tuổi thọ mài mòn nhưng làm tăng nguy cơ sứt mẻ khi va chạm. Việc tôi luyện nó trở lại 58 HRC sẽ đánh đổi một số tuổi thọ mài mòn để có được một cạnh bền hơn một cách có ý nghĩa. Sự đánh đổi này, không phải là một con số cố định, là điều mà một nhà luyện kim thực sự điều chỉnh khi lựa chọn lịch trình ram cho một ứng dụng khuôn cụ thể.
Nơi mỗi dòng thép công cụ hoạt động tốt nhất trong sản xuất thực tế
Việc kết hợp họ thép với chế độ hư hỏng thực tế mà dụng cụ gặp phải trong quá trình sử dụng là yếu tố lớn nhất quyết định tuổi thọ của dụng cụ. Các danh mục bên dưới phản ánh các kiểu lỗi phổ biến được báo cáo trong các hoạt động rèn và dập kim loại.
Khuôn dập khối lượng lớn
D2 và A2 thống trị loại này vì dập kim loại tấm mài mòn khuôn do tiếp xúc trượt mài mòn hơn là do nhiệt. Hàm lượng cacbua crom cao của D2 mang lại cho nó khả năng chống mài mòn mạnh mẽ và quá trình làm cứng bằng không khí của nó giúp giảm thiểu sự biến dạng ở các hình dạng khuôn lớn, phức tạp.
Dụng cụ rèn và đúc nóng
H13 là lựa chọn tiêu chuẩn ở đây vì bề mặt dụng cụ tiếp xúc nhiều lần với kim loại ở nhiệt độ 700°C trở lên. Hàm lượng molypden và vanadi của H13 cho phép nó chống lại sự mềm đi ở những nhiệt độ này, một đặc tính gọi là độ cứng màu đỏ, trong khi hàm lượng carbon thấp hơn giúp nó đủ cứng để tồn tại trong chu kỳ sốc nhiệt mà không bị nứt.
Dụng cụ cắt và mũi khoan
Thép tốc độ cao M2 vẫn là loại phù hợp cho dụng cụ khoan, mũi taro và máy tiện vì nó vẫn giữ được độ cứng vượt trội ngay cả khi ma sát làm nóng đầu dụng cụ trong quá trình gia công. Các biến thể được tăng cường coban như M35 thậm chí còn đẩy khả năng chịu nhiệt đó lên cao hơn nữa để cắt các hợp kim cứng hoặc ngoại lai.
Khuôn ép nhựa
Thép khuôn P20 được chọn vì khả năng gia công ở trạng thái đông cứng trước và khả năng có độ bóng cao, điều này rất quan trọng để đúc các bộ phận bằng nhựa trong hoặc mỹ phẩm nơi các khuyết tật bề mặt trên khuôn truyền trực tiếp đến mọi bộ phận được sản xuất.
Khuôn dập nguội và khuôn định hình dây
Khuôn dập nguội, được sử dụng để tạo thành các đầu dây buộc và hình dạng dây thông qua biến dạng nén thuần túy, thường dựa vào loại D2 hoặc dòng D hợp kim cao hơn vì quá trình này tạo ra áp suất cục bộ cường độ cao mà không có nhiệt đáng kể. Kiểu hư hỏng chủ yếu ở đây là sứt mẻ ở các góc nhọn bên trong chứ không phải mòn dần, điều này làm cho độ bền ở phạm vi độ cứng làm việc cũng quan trọng như chỉ số chống mài mòn trên bảng thông số kỹ thuật.
Lưỡi cắt và dao rạch
Lưỡi cắt cắt kim loại tấm hoặc cuộn dây kết hợp tải trọng va đập với tiếp xúc trượt mài mòn ở lưỡi cắt, điều này làm cho các loại S-series chống sốc hoặc các loại gia công nguội dòng A cứng hơn được lựa chọn phổ biến hơn so với thép dòng D cứng hơn nhưng giòn hơn. Lưỡi được mài từ D2 có thể giữ cạnh lâu hơn trong vật liệu có kích thước nhẹ nhưng dễ bị sứt mẻ hơn khi dây gặp vật liệu dày hơn hoặc cuộn hợp kim cứng hơn so với quy định ban đầu.
Câu hỏi rèn: Tại sao nó thay đổi tuổi thọ công cụ nhiều hơn những gì người mua mong đợi
Phôi thép công cụ rèn và phôi đúc có thể mang các chứng chỉ hóa học giống hệt nhau và vẫn hoạt động hoàn toàn khác nhau trên thực tế. Sự khác biệt nằm ở cấu trúc hạt chứ không phải ở bảng hóa học.
Việc rèn thép nén và gia công kim loại một cách cơ học, giúp đóng lại độ xốp bên trong còn sót lại sau quá trình đúc và điều chỉnh dòng hạt dọc theo trục chịu tải của bộ phận. Đối với khuôn hoặc chày chịu tác động lặp đi lặp lại, sự căn chỉnh hạt này là thứ ngăn ngừa các vết nứt do mỏi bắt đầu ở các khoảng trống bên trong. Dữ liệu ngành về các bộ phận thép rèn so với thép công cụ đúc luôn cho thấy các bộ phận rèn đạt được khoảng thời gian phục vụ lâu hơn dưới tải theo chu kỳ, đó là lý do tại sao hầu hết các bộ khuôn cao cấp chỉ định các phôi được rèn mặc dù chúng có giá cao hơn trên mỗi đơn vị so với các sản phẩm tương đương được đúc hoặc cán.
Đối với người mua đánh giá báo giá của nhà cung cấp, việc hỏi cụ thể xem phôi được rèn, cán nóng hay đúc là một trong những câu hỏi hữu ích nhất hiện có, bởi vì câu trả lời có liên quan trực tiếp đến tuổi thọ dụng cụ dự kiến ngay cả khi cấp hợp kim trên giấy là như nhau.
Các dạng hư hỏng phổ biến của thép công cụ và nguyên nhân gốc rễ của chúng
Hầu hết các hư hỏng của thép công cụ rơi vào một số ít các dạng dễ nhận biết. Xác định kiểu nào đã xảy ra là cách nhanh nhất để chẩn đoán xem vấn đề là do lựa chọn cấp độ, xử lý nhiệt hay điều kiện vận hành.
mài mòn
Mất dần độ chính xác về kích thước dọc theo bề mặt làm việc, có thể nhìn thấy dưới dạng các cạnh tròn hoặc mặt tiếp xúc bị trầy xước, xỉn màu. Nguyên nhân sâu xa thường là hàm lượng cacbua không đủ để tạo ra độ mài mòn của vật liệu đang được xử lý hoặc lớp phủ đã bị mòn ở thép cơ bản.
sứt mẻ
Các mảnh nhỏ vỡ ra khỏi lưỡi cắt hoặc góc cắt, thường là khi khởi động hoặc khi vật lạ xâm nhập vào khuôn. Nguyên nhân cốt lõi thường là do độ cứng được đặt quá cao so với độ bền mà ứng dụng yêu cầu hoặc chu trình ủ khiến bộ phận trở nên giòn hơn mức có khả năng chịu đựng.
Kiểm tra nhiệt
Một mạng lưới các vết nứt bề mặt mịn giống như bùn khô, phổ biến trên các dụng cụ gia công nóng và đúc khuôn. Nguyên nhân cốt lõi là chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại giữa tiếp xúc với kim loại nóng và làm mát, làm cho bề mặt bị mỏi nhanh hơn lõi và được tăng tốc khi dòng chất làm mát không đều trên mặt khuôn.
Biến dạng nhựa
Có thể nhìn thấy sự uốn cong, mọc lên như nấm hoặc làm phẳng cạnh làm việc khi chịu tải chứ không phải bị nứt. Nguyên nhân cốt lõi thường là lớp có độ cứng không đủ cho áp suất áp dụng hoặc một bộ phận không bao giờ được làm cứng chính xác do vấn đề hiệu chuẩn lò.
Mài mòn và bám dính
Vật liệu từ phôi chuyển lên bề mặt dụng cụ, tạo ra sự tích tụ làm suy giảm độ bóng bề mặt của các bộ phận tiếp theo. Nguyên nhân cốt lõi thường là do độ cứng bề mặt hoặc độ bôi trơn không đủ so với vật liệu phôi và là một trong những dạng hư hỏng mà lớp phủ PVD giải quyết hiệu quả nhất.
Các yếu tố chi phí thúc đẩy giá thép công cụ
Giá thép công cụ trên mỗi kg thay đổi nhiều hơn so với thép kết cấu vì hàm lượng hợp kim, quy trình xử lý và yếu tố hình thức đều di chuyển giá một cách độc lập. Hiểu được yếu tố nào đang dẫn đến báo giá giúp người mua đánh giá liệu chênh lệch giá giữa các nhà cung cấp phản ánh sự khác biệt về chất lượng thực sự hay chỉ đơn giản là một lộ trình sản xuất khác.
| cóst Driver | Tác động điển hình | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|---|
| Hàm lượng hợp kim | Cao | vonfram, molybdenum, and cobalt are priced on volatile global commodity markets |
| Rèn so với đúc / cán | Mơderate-High | Quá trình rèn tăng thêm thời gian và năng lượng cho máy ép nhưng cải thiện cấu trúc hạt |
| Kích thước và hình thức thanh | Mơderate | Mặt cắt ngang lớn hơn và phôi phẳng trước khi mài mang lại ưu thế hơn so với thanh tròn |
| Dịch vụ xử lý nhiệt | Mơderate | Làm cứng chân không và ủ nhiều chu kỳ tốn kém hơn so với chu trình lò cơ bản |
| Chứng nhận và truy xuất nguồn gốc | Thấp-Trung bình | Giấy chứng nhận nhà máy đầy đủ với số nhiệt tăng thêm chi phí hành chính nhưng giảm rủi ro |
Giá vonfram và coban đặc biệt biến động vì cả hai kim loại này đều phụ thuộc nhiều vào một số ít quốc gia sản xuất, điều đó có nghĩa là các loại thép tốc độ cao như M2 và M35 có thể có sự dao động giá lớn hơn đáng kể trong một năm nhất định so với các loại gia công nguội dựa trên crom như D2 hoặc A2. Người mua lập kế hoạch cho các chương trình gia công lớn xung quanh các loại tốc độ cao đôi khi khóa giá nguyên liệu trước khi chạy sản xuất để quản lý sự biến động này.
Khi so sánh báo giá từ các nhà cung cấp khác nhau cho những sản phẩm có cùng loại, nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến mức giá thấp bất thường là việc thay thế nguyên liệu cán hoặc đúc bằng nguyên liệu rèn hoặc giảm số chu trình ủ áp dụng trong quá trình xử lý nhiệt. Cả hai phím tắt đều tạo ra một bộ phận vượt qua bài kiểm tra độ cứng ban đầu nhưng có tuổi thọ sử dụng dự kiến ngắn hơn đáng kể.
Khung thực hành để chọn thép công cụ phù hợp
Việc chọn loại thép công cụ cần phải trả lời bốn câu hỏi theo thứ tự, thay vì bắt đầu từ loại yêu thích và làm ngược lại.
- Chế độ thất bại chiếm ưu thế là gì? Độ mài mòn hướng tới các loại gia công nguội có hàm lượng crom cao như D2; điểm chịu lực tác động lên cấp S chống va đập; điểm tiếp xúc nhiệt đối với cấp độ gia công nóng dòng H.
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động là gì? Bất cứ thứ gì chạy ổn định trên 300°C sẽ loại bỏ hầu hết các loại gia công nguội bất kể số lượng độ cứng ở nhiệt độ phòng của chúng.
- Hình học của bộ phận phức tạp đến mức nào? Hình học phức tạp với các mặt cắt mỏng ưu tiên các loại làm cứng bằng không khí, vì chúng ít biến dạng hơn trong quá trình làm nguội so với các loại làm cứng bằng nước hoặc dầu.
- Những bước gia công và hoàn thiện nào sau quá trình xử lý nhiệt? Các cấp độ được thiết kế để mài đến độ hoàn thiện mịn, như D2, cần phải được chỉ định với lượng cho phép mài, vì chuyển động kích thước sau khi đông cứng thay đổi tùy theo cấp độ.
Việc xem qua bốn câu hỏi này trước khi yêu cầu báo giá sẽ ngăn ngừa được sai lầm phổ biến và tốn kém nhất trong việc mua sắm dụng cụ: đặt hàng loại phù hợp với thông số độ cứng trên giấy nhưng không đạt được cơ chế mài mòn thực tế mà bộ phận gặp phải khi sử dụng.
Câu hỏi thường gặp về thép công cụ
Điều gì làm cho thép trở thành "thép công cụ" thay vì thép hợp kim thông thường?
Việc phân loại phụ thuộc vào mục đích sử dụng và chế biến, không chỉ về mặt hóa học. Thép được coi là thép công cụ khi nó được chế tạo và xử lý nhiệt đặc biệt để giữ được độ cứng, hình dạng cạnh và khả năng chống mài mòn trong khi định hình hoặc cắt các vật liệu khác, thay vì được sử dụng làm thành phần kết cấu chịu lực.
Thép công cụ có thể hàn được không?
Một số loại có thể được hàn bằng cách xử lý nhiệt trước và sau hàn, nhưng điều này thường tránh được trên các dụng cụ đã cứng và hoàn thiện vì nhiệt từ hàn sẽ làm cứng lại hoặc làm cứng lại khu vực đó, tạo ra vùng giòn dễ bị nứt. Việc sửa chữa thường được thực hiện trước khi làm cứng lần cuối bất cứ khi nào có thể.
Tại sao thép công cụ rèn có giá cao hơn thép công cụ cán hoặc đúc?
Việc rèn thép đòi hỏi thêm năng lượng, thiết bị ép chuyên dụng và nhiều thời gian xử lý hơn để gia công phôi thành hình dạng cơ học. Chi phí tăng thêm phản ánh cấu trúc hạt được cải thiện và độ xốp bên trong giảm, trực tiếp kéo dài tuổi thọ sử dụng trong các ứng dụng chu kỳ cao.
Sự khác biệt giữa thép công cụ làm cứng bằng không khí và làm cứng bằng dầu là gì?
Các loại làm cứng bằng không khí, chẳng hạn như A2 và D2, đạt độ cứng hoàn toàn khi được làm lạnh trong không khí tĩnh sau khi austenit hóa, giúp giảm thiểu cong vênh ở các hình dạng phức tạp. Các lớp làm cứng bằng dầu nguội nhanh hơn trong bể làm nguội bằng dầu, đạt được độ cứng nhanh hơn nhưng có nguy cơ biến dạng cao hơn ở các phần mỏng hoặc phức tạp.
Khuôn thép công cụ được lựa chọn phù hợp thường có tuổi thọ bao lâu?
Tuổi thọ sử dụng thay đổi rất nhiều tùy theo ứng dụng, nhưng khuôn dập D2 được khớp chính xác trong gia công kim loại tấm có khối lượng vừa phải thường đạt đến hàng trăm nghìn nét trước khi yêu cầu mài lại, trong khi lớp không khớp trong cùng điều kiện có thể bị hỏng trong một phần nhỏ của số chu kỳ đó.
Độ cứng cao hơn có nghĩa là hiệu suất dụng cụ tốt hơn không?
Không. Độ cứng và độ dẻo dai có sự khác nhau ở mỗi loại thép công cụ. Đẩy độ cứng lên mức tối đa giúp cải thiện khả năng chống mài mòn nhưng làm tăng độ giòn, có thể gây sứt mẻ dưới tải trọng va đập. Mục tiêu độ cứng chính xác phụ thuộc vào việc ứng suất chủ yếu trên dụng cụ là mài mòn hay sốc cơ học.
Sự khác biệt giữa thép công cụ gia công nóng và gia công nguội là gì?
Thép công cụ gia công nguội được thiết kế cho các ứng dụng ở nhiệt độ phòng chẳng hạn như khuôn dập và khuôn dập, trong đó khả năng chống mài mòn chống tiếp xúc trượt mài mòn là ưu tiên hàng đầu. Thép công cụ gia công nóng, được xác định bằng tiền tố H, được chế tạo để giữ độ cứng và chống mỏi nhiệt khi bề mặt dụng cụ tiếp xúc nhiều lần với kim loại được nung nóng đến vài trăm độ, như khi rèn và đúc khuôn.
Có thể thay thế loại thép công cụ bằng loại rẻ hơn mà không làm giảm hiệu suất không?
Đôi khi, nhưng chỉ khi lớp thay thế phù hợp với dạng lỗi chủ yếu của bản gốc. Việc thay thế O1 cho A2 trong ứng dụng khối lượng thấp bằng hình học đơn giản có thể hoạt động chấp nhận được vì cả hai đều có độ cứng tương tự nhau, nhưng việc thay thế O1 cho D2 trong ứng dụng dập mài mòn khối lượng lớn thường sẽ rút ngắn đáng kể tuổi thọ dụng cụ vì O1 thiếu hàm lượng cacbua crom cần thiết cho khả năng chống mài mòn bền vững.
Thép công cụ thường được cung cấp cho xưởng máy hoặc nhà sản xuất khuôn dập như thế nào?
Thép công cụ thường được cung cấp dưới dạng thanh tròn đã ủ, thanh phẳng hoặc phôi phẳng đã được mài trước, tất cả đều ở trạng thái mềm, có thể gia công được. Sau đó, người mua hoặc nhà xử lý nhiệt theo hợp đồng sẽ thực hiện chu trình làm cứng và ủ sau khi bộ phận đó đã được gia công đến dạng thô hoặc gần như hình dạng cuối cùng, do việc gia công trực tiếp thép công cụ đã cứng sẽ chậm và gây ra mài mòn dụng cụ quá mức trên thiết bị cắt.
Tại sao một số bộ phận thép dụng cụ bị nứt trong quá trình xử lý nhiệt thay vì sau nhiều năm sử dụng?
Vết nứt trong quá trình làm cứng, thay vì trong quá trình sử dụng, thường dẫn đến sốc nhiệt do tốc độ làm nguội quá nhanh so với độ dày và hình dạng của bộ phận, các góc bên trong sắc nét tập trung ứng suất hoặc gia nhiệt trước không đủ trước bước austenitizing cuối cùng. Đây là các vấn đề về quy trình xử lý nhiệt chứ không phải là vấn đề lựa chọn hợp kim và chúng thường ảnh hưởng đến một lô thay vì các bộ phận riêng biệt.
Thép công cụ có từ tính không?
Hầu hết các loại thép công cụ đều có từ tính ở trạng thái cứng, martensitic vì martensite vẫn giữ được đặc tính sắt từ của mạng sắt bên dưới. Một số ít các loại đặc biệt có hàm lượng austenite được giữ lại rất cao có thể cho thấy phản ứng từ bị giảm, nhưng điều này không phổ biến ở các loại thương mại tiêu chuẩn như O1, A2, D2, H13 hoặc M2.
