Khái niệm về thép cacbon
a. Định nghĩa
Thép cacbon là loại thép thông thường, ngoài Fe và C ra còn chứa các tạp chất thường có như: Mangan, silic, phốt pho…
b. Thành phần hóa học
C < 2%
Mn ≤ 0,8%
Si ≤ 0,4 %
P ≤ 0,05%
S ≤ 0,05%.
Ngoài ra có thể có một lượng nhỏ các nguyên tố Cr, Ni, Cu(≤ 0,2 %),W, Mo, Ti (≤ 0,1%).
c. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép
– Cacbon: là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định tổ chức, tính chất và công dụng của thép.
Theo hình 3.1 thì khi tăng %C sẽ làm giảm độ dẻo và độ dai va đập. Khi %C tăng trong khoảng 0,8 – 1% thì độ bền và độ cứng cao nhất nhưng khi vượt qua 1% thì độ bền và độ cứng bắt đầu giảm.
Theo %C có thể chia thép làm 4 nhóm có cơ tính và công dụng khác nhau:
Thép cacbon thấp (%C ≤ 0,25%): dẻo, dai nhưng có độ bền và độ cứng thấp.
Thép cacbon trung bình (%C từ 0,3 – 0,5%): chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao.
Thép cacbon tương đối cao (%C từ 0,55 – 0,65%): có tính đàn hồi cao, dùng làm lò xo.
Thép cacbon cao (%C ≥ 0,7%): có độ cứng cao nên được dùng làm dụng cụ đo, dao cắt, khuôn dập.
– Mn và Si: là các tạp chất có lợi, có công dụng khử ôxy.
– P, S: là các tạp chất có hại, làm giảm cơ tính của thép.
d. Phân loại
Có nhiều cách phân loại thép cacbon như:
– Theo tổ chức tế vi.
– Theo phương pháp luyện kim.
– Theo phương pháp khử ôxy.
– Theo hàm lượng cacbon.
– Theo công dụng.
Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng. Cách phân loại này cho phép chúng ta biết cách sử dụng thép một cách hợp lý khi chế tạo sản phẩm bằng thép.
Phân loại thép cacbon theo công dụng
a. Thép cacbon thường
Loại này có cơ tính không cao, dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải nhỏ. Thường dùng trong ngành xây dựng, giao thông (cầu, nhà, khung, tháp…)
Thép cacbon thông dụng được chia ra làm ba nhóm A, B, C. Nhóm A chỉ đánh giá bằng các chỉ tiêu cơ tính (độ bền, độ dẻo, độ cứng…). Nhóm B đặc trưng bằng thành phần hóa học và nhóm C đặc trưng bằng cả hai chỉ tiêu cơ tính và thành phần hóa học.
Khi cần biết cơ tính thì ta sử dụng nhóm A, khi cần tính toán về hàn, nhiệt luyện thì sử dụng nhóm B hoặc C.
Theo TCVN 1765 – 75 qui định ký hiệu thép thông dụng là hai chữ CT, sau chữ CT chỉ giới hạn bền tối thiểu, theo đơn vị N/mm2.
Ví dụ: CT 38 có giới hạn bền là
Các nhóm B và C cũng có ký hiệu tương tự như nhóm A nhưng qui ước thêm vào đằng trước chữ CT chữ cái B hay C để phân biệt.
Ví dụ: BCT31, CCT31.
Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:
– Nga (ГOCT): Ký hiệu CTx trong đó x là các con số từ 0, 1, 2 đến 6 chỉ cấp độ bền (số càng cao thì độ bền càng cao) cũng có các phân nhóm A, Б, B tương ứng với các phân nhóm A, B, C của Việt Nam.
– Mỹ (ASTM): Ký hiệu theo các số 42, 50, 60, 65 chỉ (min) theo đơn vị ksi.
– Nhật (JIS): Ký hiệu SSxxx; SMxxx hay xxx là các số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu tính bằng Mpa. Ví dụ: SS400 là thép cacbon thường có .
b. Thép cacbon kết cấu
Nhóm này có chất lượng cao hơn nhóm chất lượng thường thể hiện ở hàm lượng các tạp chất có hại (S £ 0,04%, P £ 0,035%), hàm lượng cacbon chính xác và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng.
Thép cacbon kết cấu trong các bảng chỉ dẫn ghi cả thành phần và cơ tính. Thép cacbon kết cấu được dùng trong chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao hơn như: bánh răng, trục vít, cam, lò xo…
Theo TCVN ký hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghi chỉ số hàm lượng cacbon của thép như: C20, C45, C65…
Ví dụ: C45 trong đó chữ C ký hiệu thép cacbon, 45 chỉ phần vạn cacbon trung bình ( tương đương với 0,45%C).
Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:
– Nga (ГOCT): Ký hiệu xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác 40 có 0,4%C.
– Mỹ (AISI/SAE): Ký hiệu 10xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác 1045 có 0,45%C.
– Nhật (JIS): Ký hiệu SxxC trong đó xx là các số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác S45C có 0,45%C.
C. Thép cacbon dụng cụ
Là loại thép có hàm lượng cacbon cao (0,7 – 1,4%) có hàm lượng tạp chất S và P thấp (< 0,025%). Thép cacbon dụng cụ tuy có độ cứng cao khi nhiệt luyện nhưng chịu nhiệt thấp nên chỉ dùng làm các dụng cụ như: đục, dũa, dụng cụ đo hay các loại khuôn dập.
Theo TCVN ký hiệu thép cacbon dụng cụ là chữ CD, sau chữ CD ghi chỉ số hàm lượng cacbon của thép theo phần vạn như: CD70, CD80, CD100.
Ví dụ: CD100 – chữ CD ký hiệu thép cacbon dụng cụ, 100 chỉ phần vạn cacbon trung bình (tương đương với 1%C).
Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:
– Nga (ГOCT): Ký hiệu Yxx trong đó xx là số chỉ phần nghìn C. Ví dụ mác Y12 có 1,2%C.
– Mỹ (AISI): Ký hiệu Wxxx trong đó xxx là số thứ tự. Ví dụ W110.
– Nhật (JIS): Ký hiệu SKx trong đó x là số thứ tự từ 1 đến 7.