Thép không gỉ Mactenxit và ứng dụng

Thép không gỉ được biết tới với khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt, độ bền cao, bóng sáng và nhiều ưu điểm khác. Thép không gỉ được phân thành 5 loại, dựa trên sự khác nhau về thành phần hóa học các nguyên tố trong chúng. Thép không Mactenxit là một dạng thép không gỉ có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn vừa phải và độ bền. Những ưu điểm trên làm cho thép không gỉ được lựa chọn nhiều trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây chúng tôi sẽ thảo luận về tính chất, thành phần hóa học, những ưu điểm và ứng dụng của thép không gỉ mactenxit.

THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT LÀ GÌ?

Thép không gỉ mactenixt là một họ thép của thép không gỉ, bởi vì thành phần hóa học của nó, do đó có thể hóa bền và tăng độ cứng thông qua quá trình nhiệt luyện. Thông qua nhiệt luyện thép không gỉ mactenxit là sự lựa chọn tốt cho chế tạo thiết bị y tế, van cơ khí, các bộ phận tuốc bin, chi tiết cơ khí và nhiều ứng dụng đa dạng khác.

THÀNH PHẦN CỦA THÉP MACTENXIT

Tương tự tất cả các thép không gỉ khác, thành phần chính của thép không gỉ mactenxit gồm crom chiếm khoảng 11,5-18% thành phần khối lượng. Các thành phần phổ biến khác bao gồm cacbon lên tới 1,2% và niken. Thành phần cacbon cao trong họ thép này cung cấp cho thép cấu trúc phân tử bền nhưng ít niken làm cho khả năng chống ăn mòn kém hơn so với các họ thép không gỉ khác. Ngoài ra còn có thành phần các nguyên tố hợp kim như Mangan, Molipden, và niken được đồng thời thêm vào.

Quá trình xử lý thép máctenxit

Làm nguội nhanh họ thép mactenxit

Mác thép thông dụng nhất của mactenxit là mác 410 và mác 420, 440A. Các mác thép này nhiệt luyện tương tự thép cacbon. Độ cứng tối đa của thép sau tôi phụ thuộc vào thành phần cacbon ban đầu. Tham khảo các dạng nhiệt luyện thép không gỉ trong web của chúng tôi.

Thép có thể được hóa bền bằng cách nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ austenit sau đó làm nguội nhanh. Bởi vì khả năng hóa bền của thép cao nên thường được gọi là thép hóa bền không khí.

Thép sau tôi có độ cứng cao nhưng giòn, vật liệu này thường được nung trở lại nhiệt độ thấp để khử ứng suất hoặc ở nhiệt độ cao hơn với mục đích cụ thể khác.

Quá trình ủ không hoàn toàn được thực hiện khi nung nóng thép đến nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn; ủ hoàn toàn đạt được khi nung nóng trên nhiệt độ giới hạn. Để hiểu về khái nhiệm nhiệt độ giới hạn cần hiểu về giản đồ pha.

Phân loại thép không gỉ mactenxit

Thép không gỉ mactenixit được chia thành hai dạng phân biệt dựa trên thành phần cabcon.

THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT CACBON THẤP

Thành phần cacbon trong thép không gỉ mactenxit cacbon thấp từ 0,05 đến 0,25%. Thành phần cacbon thấp giúp thép có khả năng chống ăn mòn cao hơn, nâng cao khả năng chế tạo.

THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT CACBON CAO

Thép không gỉ mactenxit cacbon cao có thành phần trong khoảng 0,61% đến 1,5%. Thành phần cacbon cao hơn làm cho thép có cấu trúc bền hơn và độ cứng cao hơn. Tuy nhiên thành phần cacbon cao làm cho thép giòn hơn và không dễ hàn cũng như tạo hình.

THÉP KHÔNG GỈ 410

Thép không gỉ 410 là họ thép cơ sở và sử dụng cho các ứng dụng thông thường của thép không gỉ mactenxit. Các ứng dụng bao gồm ốc vít, lò xo, chốt, dao kéo, phần cứng, kẹp súng, bộ phận micromet, cánh tua bin, màn than, thanh bơm, đai ốc, bu lông, phụ kiện, ổ bi, trục, cánh quạt, piston và van. Độ cứng có thể thay đổi nhẹ dựa vào chế độ nhiệt luyện thép.

Thông thường, thép 410 được cung cấp ở dạng Ủ, tuy nhiên THT có thể cung cấp ở dạng nhiệt luyện với độ cứng theo yêu cầu của khác hàng.

THÉP KHÔNG GỈ 420

Thép không gỉ 420 bao gồm thành phần cacbon trong khoảng 0,15 đến 0,45%, do đó thép có độ cứng cao sau tôi và ram.

Thép sau nhiệt luyện có độ cứng trong khoảng 40-50 HRC. Nhưng ứng dụng trong khuôn nhựa khuyến cáo nên lấy 50 HRC. Một số ứng dụng của thép không gỉ 420 bao gồm ốc vít, dao kéo, bộ phận máy móc, ống lót, dụng cụ phẫu thuật, súng cầm tay và trang trí van.

THÉP KHÔNG GỈ 440

Thép không gỉ 440 có khả năng hóa bền cao hơn hai thép 410 và 420, nhưng giới hạn khả năng tạo hình ở điều kiện ủ. Mác thép này sau nhiệt luyện có độ cứng trên 50 HRC, do đó rất phù hợp để chế tạo lưỡi dao. Độ cứng cao của mác thép này giúp duy trì độ sắc của dao.

Sử dụng điển hình bao gồm:

• Dao kéo
• Dụng cụ phẫu thuật
• Vòng bi

Loại 440A cũng được sử dụng trong các ứng dụng khác, nơi độ cứng cao là quan trọng cùng với khả năng chống ăn mòn

MÁC THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT KHÁC

Những mác thép không gỉ 410, 420 và 440 ở trên là phổ biến nhất, nhưng có các mác thép tương tự dựa trên tham chiếu với các mác thép trên. Ví dụ như mác thép không gỉ 403 có thành phần crom thấp hơn 410.

ĐẶC ĐIỂM THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT

Bên cạnh độ bền của nó, thép không gỉ mactenxit có rất nhiều tính chất khác phân biệt với họ không gỉ khác. Các mác thép không gỉ Mactenxit  ứng dụng rộng, từ việc chống lại các điều kiện ăn mòn tương đối nhẹ để tạo ra độ bền và độ cứng tối đa cho các bộ phận được tạo hình nguội. Các loại thép Martensitic được nhóm lại với nhau vì chúng có nhiều đặc điểm giống nhau mà các nhà sản xuất xem xét khi chỉ định các hợp kim thép.

KHẢ NĂNG HÀN

Thép không gỉ mactenxit có đặc điểm điển hình là cứng giòn, và hầu hết không phù hợp để hàn. Tuy nhiên khi tôi và ram thép không gỉ mactenxit có thể giảm giòn và tăng ứng dụng của nó. Thép sau quá trình tôi và ram bao gồm nung nóng và tôi (không khí). Thành phần cacbon cao trong thép không gỉ thông thường không khuyến khích hàn, mặc dù thép 410 hàn tương đối dễ.

TỪ TÍNH

Nhiều loại thép không gỉ mactenxit có từ tính. Từ tính giúp thép có thể dễ dàng phân loại, nhưng khó hàn và gia công. Thép không gỉ mactenxit ở dạng cung cấp và tôi đều có từ.

KHẢ NĂNG TẠO HÌNH

Khả năng tạo hình là khả năng kim loại được tạo thành các hình dạng khác nhau mà không bị vỡ hoặc nứt. Khả năng định hình của thép Martensitic giảm khi hàm lượng cacbon tăng lên. Các dạng cacbon thấp không phải là lý tưởng để tạo hình, nhưng nó hoàn toàn có thể.

CƠ TÍNH THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT

Thép không gỉ thường được lựa chọn do khả năng chống ăn mòn của chúng, nhưng chúng đồng thời cũng lựa chọn để làm vật liệu xây dựng nhờ tính chất cơ học của thép không gỉ như độ bền, độ bền nhiệt độ cao, độ dẻo dai. Sự khác biệt về tính chất cơ học của các loại thép không gỉ khác nhau có lẽ được nhìn thấy rõ ràng nhất trong các đường cong biến dạng trong hình dưới. Trên thép mactenxit, giới hạn chảy và độ bền kéo cao nhưng độ dẻo thấp, thép austenit giới hạn chảy thấp nhưng độ dẻo rất cao. Thép ferrit-austenit và thép ferit nằm ở mức giữa hai thép mactenxit và austenit.

Các loại thép ferit thường có giới hạn chảy cao hơn thép austenit, trong khi thép ferrit-austenit có giới hạn chảy cao hơn đáng kể so với cả thép austenit và ferit. Độ dẻo của thép ferit và ferit-autenit có cùng độ lớn.

Thép Mactenxit và ferrit-mactenxit được đặc trưng bởi độ bền cao và độ bền của nó bị ảnh hưởng mạnh bởi xử lý nhiệt. Thép mactenxit thường được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ cao. Trong điều kiện này, độ bền tăng theo hàm lượng cacbon. Thép với hàm lượng trên 13% crôm và hàm lượng cacbon trên 0,15% là thép mactenxit. Giảm hàm lượng cacbon làm gia tăng hàm lượng ferit và do đó giảm độ bền của thép xuống. Độ dẻo của thép mactenxit là tương đối thấp. Thép ferit-mactenxit có độ bền cao trong điều kiện cứng và nóng, hàm lượng cacbon tương đối thấp và độ dẻo tốt. Chúng cũng có độ cứng cao thậm chí biến cứng trên toàn bộ tiết diện và các loại thép này do đó sẽ giữ được các tính chất cơ học tốt của chúng ngay cả khi tiết diện chi tiết lớn.

ỨNG DỤNG THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT

Thép không gỉ mactenxit được sử dụng rộng rãi trong các môi trường ăn mòn yếu và đòi hỏi độ bền cao. Với hàm lượng crom thấp và nguyên tố hợp kim thấp thép không gỉ mactenxit là một lựa chọn kinh tế hơn trong lúc các nguyên tố hợp kim trên thị trường càng ít dần, cũng như giá nguyên tố Niken ngày càng tăng. Họ thép mactenxit cơ bản 410 được phát minh bởi Harry Brearley vào năm 1913 là thép không gỉ đầu tiên được sản xuất và được thương mại hóa và tiêu chuẩn hóa trong những năm 1930 và 1940, các ứng dụng quan trọng của thép không gỉ mactenxit bao gồm dao kéo, dụng cụ phẫu thuật, lò xo, van, trục, vòng bi, thiết bị tuabin và thiết bị hóa dầu.

Thép không gỉ được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, dầu khí, xây dựng, sinh hoạt… Theo tiêu chuẩn Mỹ mác 410 được ứng dụng làm dao kéo không gỉ. tua bin khí, hơi nước, xô, ống lót. Thép 416 được bổ sung thêm hàm lượng lưu huỳnh hoặc selenium để tăng khả năng gia công, ứng dụng làm các loại ốc vít, bánh răng. Thép 420 ứng dụng làm các thiết bị nha khoa, phẫu thuật trong y tế, hoặc làm các loại khuôn dập không gỉ, thép 431 có khả năng chống ăn mòn ở cường độ cao ứng dụng trong lĩnh vực axit nitric.

SỰ KHÁC BIỆT GIỮA THÉP KHÔNG GỈ MACTENXIT VÀ CÁC HỌ THÉP KHÔNG GỈ KHÁC?

Như đã đề cập trước đó, thép không gỉ khác nhau về thành phần nguyên tố. Những yếu tố này quyết định tới ứng sử và ứng dụng có thể có của thép.

THÉP KHÔNG GỈ AUSTENIT

Đây là họ thép không gỉ có thành phần crom cao khi so sánh với các dạng thép không gỉ khác. Chúng đồng thời bao gồm mangan, nito và niken. Những thành phần này sẽ tạo nên khả năng chống ăn mòn cao của thép không gỉ astenit. Không giống như thép không gỉ mactenxit, thép austenit không có khả năng hàn, hóa biền bằng nhiệt luyện, khả năng gia công tạo hình thấp và là vật liệu không từ tính. Chúng chỉ có khả năng hóa bền bằng biến dạng nguội.

THÉP KHÔNG GỈ FERRIT

Thép không gỉ ferrit là họ thép có thành phần crom cao và thành phần cacbon thấp. Kết quả là ferrit trong thép không cứng như thép mactenxit nhưng khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép mactenxit và có từ tính. Họ thép này được ứng dụng trong công nghiệp ôt, trong dụng cụ nhà bếp, xây dựng và công nghiệp máy. Thép không gỉ Ferrit đồng thời không nhiệt luyện được, và hầu như được sử dụng ở trạng thái ủ.

THÉP KHÔNG GỈ HÓA BỀN TIẾT PHA

Thép không gỉ hóa bền tiết pha được thêm đồng, molipđen, nhôm và titan. Những kim loại này có thể cứng hơn thép Austenit ba hoặc bốn lần và có độ dẻo dai tương đối thấp. Thép PH thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, dầu khí và hạt nhân vì nó là sự pha trộn độc đáo giữa sức mạnh và khả năng định hình tốt.

THÉP KHÔNG GỈ HÓA BỀN QUA TÔI VÀ RAM

Một trong những lợi thế của thép không gỉ mactenxit là khả năng hóa bền sau nhiệt luyện. Khi dạng thép này được nâng nhiệt và làm nguội nhanh, cacbon và cacbit sẽ hòa tan vào austenit, sau đó không kịp tiết ra khi làm nguội nhanh. Tạo ra pha mactenxit, có thể đây cũng là nguyên nhân đặt tên cho họ thép không gỉ này.

HÓA GIÀ

Quá trình này làm cứng thép bằng cách nung nóng nó để tạo thành kết tủa ngăn cản sự di chuyển của các khuyết tật trong cấu trúc phân tử của thép. Việc ngăn chặn các khuyết tật này làm cho kim loại cứng hơn và chắc hơn. Sau khi gia nhiệt, nó sẽ được bảo quản trong nhiều giờ ở nhiệt độ cao cho đến khi quá trình hoàn tất. Quá trình này thường được sử dụng để tăng độ bền của thép Mactenxit.

Ủ

Ủ thép là quá trình nâng nhiệt và giữ nhiệt để cấu trúc thép được đồng nhất, khử ứng xuất. Quá trình này làm thép trở nên mền hơn và dễ gia công hơn.

Trong bước nhiệt luyện sơ bộ, dùng phương pháp ủ cân bằng trong khoảng nhiệt độ 840 ^oC đến 900 ^oC, thời gian ủ là một giờ. Tác dụng của việc ủ là khủ bỏ ứng suất trong quá trình gia công chế tạo phôi, làm đồng đền tổ chức, nhỏ mịn các hạt cacbit, ủ còn làm đồng nhất vật đúc hoặc mối hàn, đưa mẫu về trạng thái cân bằng tức có thành phần theo giản đồ pha.

TÔI VÀ RAM

Tùy mác thép mà nhiệt độ tôi và ram các mác thép khác nhau. Thép không gỉ mactenxit có hàm lượng cacbon khá cao trong các loại thép không gỉ, có thể lên đến 1,2% C đối với mác thép 440C cùng với hàm lượng nguyên tố hợp kim cao do đó nhiệt độ tôi tương đối cao từ 950 ^oC đến 1050 ^oC. Nung phân cấp thường áp dụng đối với các mác thép hợp kim cao, thành phần phức tạp nói chung cũng như thép không gỉ mactenxit, nhiệt độ nung phân cấp thường được thực hiện ở 850^oC và được giữ nhiệt trong khoảng 10 phút đảm bảo rằng tất cả các phần của chi tiết đều đạt đến nhiệt độ đó. Những chi tiết lớn và nặng đôi khi được nung sơ bộ ở khoảng 530^oC trước khi nâng nhiệt lần nữa ở 850^oC. Các dòng 403, 410 và 416 ít cần nung sơ bộ hơn so với các dòng thép cacbon cao 414, 431, 420 và 440.

Thép không gỉ Mactenxit được tôi bằng cách nung nóng lên trên khoảng nhiệt độ chuyển biến austenit từ 925^oC đến 1050^oC và sau đó được làm nguội nhanh trong dầu hoặc không khí. Vì độ dẫn nhiệt của thép không gỉ Mactenxit thấp hơn so với thép cacbon và thép hợp kim thấp, ứng suất lớn trong quá trình gia nhiệt nhanh có thể là nguyên nhân gây nứt trong một số thành phần. Do đó cần phải cẩn thận trước khi ủ hoặc tôi.

Ram là phương pháp nhiệt luyện sau tôi nhằm điều chỉnh độ cứng sau tôi, cũng như khử bỏ ứng suất nhiệt sau qua trình tôi tạo ra. Độ cứng thường giảm từ 1 đến 3 HRC đối với ram thấp nhiệt độ khoảng từ 150 ^oC đến 250 ^oC tổ chức thu được mactenxit ram, tổ chức trôtxit ram khi ram ở nhiệt độ 300 ^oC đến 450 ^oC và tổ chức là xoocbit ram khi ram 500 ^oC đến 650 ^oC. Tùy thuộc vào điều kiện làm việc cũng như yêu cầu về cơ tính ta chọn chế độ ram khác nhau.

TỔNG KẾP