Giới thiệu về thép lò xo

Giới thiệu về các mác thép lò xo và nhiệt luyện mác thép lò xo

Thép lò xo có tên Spring steel là loại thép có lượng cacbon tương đối cao (0,55-0,65%C), sau tôi và ram trung bình nhận được tổ chức Trustit ram, có giới hạn đàn hồi cao, được dùng chế tạo các chi tiết đàn hồi như: lò xo, nhíp các loại.

1.Ảnh hưởng chung các nguyên tố trong thép lò xo
– Về thành phần cacbon: Do thường xuyên làm việc dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và va đập, yêu cầu không được biến dạng dẻo khi làm việc do vậy lượng cacbon không được quá thấp, , thường được giới hạn trong phạm vi 0,55-0,65%
– Về nguyên tố hợp kim: Đối với thép đàn hồi, nguyên tố hợp kim chủ yếu là Mn, Si với lượng chứa 1-2% vì chúng nâng tính đàn hồi cho thép. Ngoài ra còn thêm Cr, Ni, V để nâng độ thấm tôi và ổn định đàm hồi.
Để đạt được giới hạn đàn hồi cao nhất, thép được nhiệt luyện có tổ chức Trustit ram bằng cách tôi và ram trung bình.

2. Phân loại và kí hiệu thép lò xo
– Nhóm thép C60, C65 và mangan 60Mn, 65Mn là loại thép lò xo thường, chúng được cán kéo thành các bán thành phẩm tiết diện nhỏ và được cung cấp ở trạng thái đã qua nhiệt luyện
Nhóm thép 55Si2, 60Si2, 60SiMn có giới hạn đàn hồi cao, độ thấm tôi tốt, dùng để chế tạo lò xo nhíp có chiều dày tới 18mm trong oto, tàu biển, xe lửa, dây cót đồng hồ…Chú ý khi nung phải bảo vệ để tránh thoát cacbon.
Nhóm thép 60Si2CrA, 60Si2Ni2A có độ thấm tôi lớn (trên 50mm) dùng để chế tạo lò xo, nhíp lớn chịu tải trọng nặng và đặc biệt quan trọng.
Các mác 50CrV, 50CrMnV có tính chống ram cao có thể chế tạo lò xo nhỏ chịu nhiệt tới 3000C như lò xo supap xả.

Mác thép lò xo theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ:

• Mác thép lò xo 1070: 0.65-0.75% C, 0.60-0.90% Mn, max .050% S, max .040% P
• Mác thép lò xo 1074/1075: 0.70–0.80% C, 0.50–0.80% Mn, max. 0.030% P, max. 0.035% S
• Mác thép lò xo 1080 (A228): 0.7–1.0% C, 0.2–0.6% Mn, 0.1–0.3% Si
• Mác thép lò xo 1095 (A684): 0.90–1.03% C, 0.30–0.50% Mn, max. 0.030% P, max. 0.035% S
• Mác thép lò xo 5160 (A689): 0.55–0.65% C, 0.75–1.00% Mn, 0.70–0.90% Cr
• Mác thép lò xo 50CrV4 (EN 10277): 0.55–0.65% C, 0.75–1.00% Mn, 0.70–0.90% Cr
• Mác thép lò xo 9255: 0.50–0.60% C, 0.70–0.95% Mn, 1.80–2.20% Si
• Mác thép lò xo 301 thép lò xo không gỉ Ram: 0.08–0.15% C, max. 2.00% Mn, 16.00–18.00% Cr, 6.00–8.00% Ni[9]

3.Nhiệt luyện thép lò xo

Thép lò xo được ứng dụng trong các chi tiết yêu cầu đồ bền,đàn hồi và khả năng chịu mỏi cao. Những yêu cầu trên được đáp ứng bởi trong các mác thép này có thành phần cacbon cao, kết hợp với các nguyên tố hợp kim hợp lý. Nhưng để đạt được cơ tính phù hợp thép phải được nhiệt luyện đúng.

Sau khi tôi, thép nên có tổ chức 100% pha mactenxit để đạt tối đa độ bền, nhưng nó rất cứng, do đó thép sau tôi chỉ sử dụng trong một số ít các ứng dụng. Do đó thép sau tôi phải qua ram để tăng tính dẻo (giảm bớt độ cứng), việc tăng dẻo sẽ làm tăng độ dai va đập cho chi tiết. Về mặt tổ chức thép có cấu trúc Bainit hoặc cacbit phân bố đều trên nền ferrit sau ram.

Để nhiệt luyện thép lò xo, đầu tiên là quá trình Austenit hóa thép. Quá trình này có mục đích đồng nhất cacbon và các nguyên tố hợp kim. Tại nhiệt độ austenit hóa cao, giữ nhiệt trong thời gian hợp lý để tránh gây hiện tượng lớn hạt. Lựa chọn nhiệt độ austenit hóa (nhiệt độ tôi) đầu tiên có thể căn cứ vào giản đồ pha sắt-cabon các dạng ủ thép

Nhiệt độ chuyển biến của các thép hợp kim thấp với thành phần cacbon khoảng 0.6%C có thể áp dụng các công thức dưới đây:

Ac1=727 – 16.9ni + 29.1Si + 6.38W – 10.7Mn + 16.9Cr + 290As (ct1)

Ac3=910-203 (C)^1/2 + 44.7Si -15.2Ni + 31.5Mo + 104V-15.2Ni + 31.5Mo + 104V + 13.1W- 30Mn +11Cr + 20Cu-700P-400Al – 120As-400Ti

Ms= 539- 423C-30.4Mn-17.7Ni-12.1Cr-11Si-7Mo

Bs = 820 -270C -90Mn-37Ni-70Cr-83Mo

Log (CB) = 3.725C + 0.046Si + 0.626Mn + 0.706Cr +0.52Mo + 0.026Ni + 0.675Cu -1.818

Trong đó:

Ac1 là nhiệt độ bắt đầu austenit hóa

Ac3: là nhiệt độ kết thúc austenit hóa

Bs: nhiệt độ bắt đầu chuyển biến Bainit

CB: Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit

CB: Tốc độ tối đa để thu được mactexnit xit (tính theo giây)

Đối với thép trước cùng tích:

Taustenit = Ac3 + (20-40) oC

Đối với thép sau cùng tích:

Taustenit = Ac1 + (20-40) oC

Quy trình nhiệt luyện cụ thể cho thép lò xo dưới đây:

Thời gian giữ nhiệt nên đủ để thu được tổ chức đồng đều trên toàn chi tiết thu được tổ chức austenit. Nó không nên quá dài bởi vì có thể gây ra những hiện tượng như lớn hạn, oxi hóa và thoát cacbon. Do đó thép phải được giữ ở nhiệt độ tôi ngắn nhất có thể. Một quy tắc được áp dụng phổ biến là giữ nhiệt một giờ cho 1 inch chiều dày. Trong quá trình nung thép, nên được bảo vệ trong môi trường tránh thoát cacbon.

Sau khi giữ nhiệt ở nhiệt độ austenit hóa, thép được tôi với tốc độ đủ lớn (lớn hơn tốc độ nguội tới hạn) để thu được tổ chức hoàn toàn austenit. Môi trường tôi phổ biến là dầu có nhiệt độ được duy trì khoảng 60 oC.

Một lưu ý về dầu tôi nên được giữ độ nhớt tốt để tăng tốc độ trao đổi nhiệt và không nên chứa nước.

Trong quy trình nhiệt luyện thép lò xo, bước cuối cùng là ram thép. Ram thép là quá trình nâng nhiệt đến nhiệt độ cao nhất nhỏ hơn nhiệt độ A1, sau đó giữ nhiệt và làm nguội, thông thường làm nguội chậm. Bốn giai đoạn chính trong quá trìnhram với yêu cầu độ bền, độ cứng và độ dai cho các ứng dụng khác nhau:

1. Giai đoạn thứ nhất quá trình ram: nâng đến nhiệt độ 200 oC. Kết tủa ε (epxilon) sẽ giảm trong mactenxit trong mactenxit tôi
2. Giai đoạn thứ hai của quá trình ram: nhiệt độ từ 200 đến 300 oC. Trong khoảng nhiệt độ này thành phần austenit giảm
3. Giai đoạn thứ ba của quá trình ram: nhiệt độ trong khoảng 200 đến 350 oC: Hình thành xementit và kết thúc quá trình chuyển biến ε (kết thúc cấu trúc dạng mactenxit tôi)
4. Giai đoạn chuyển biến thứ 4: khoảng nhiệt độ từ 350 đến 700 oC. Các xementit thô và cầu được hình thành bên cạnh sự hồi phục mạng của pha ferrit.

 

Để tìm hiểu thêm để lại bình luận hoặc liên hệ qua hòm thư: