Thép, Vật Liệu Chế Tạo Vật Tư Phụ, Cơ Khí

Thép là một trong những vật liệu tiên tiến của ngành vật liệu chế tạo trong nền văn minh hiện đại. Từ công trình xây dựng, hệ thống cấp thoát nước, phòng cháy chữa cháy, kết cấu nhà xưởng, đến các chi tiết máy, bulong, ốc vít, phụ kiện ống… Thép hiện diện gần như ở mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống vì có rất nhiều ưu điểm.

I. Thành phần khoa học của thép

Về bản chất, thép là một loại hợp kim của sắt (Fe) và cacbon (C), trong đó hàm lượng cacbon thường dao động từ 0,02% đến khoảng 2,14%. Ngoài ra còn có các nguyên tố khác Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V… Thuộc tính của Thép sẽ bị ảnh hưởng hàm lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim khác có trong thành phần cấu trúc của thép từ đó làm thay đổi cấu trúc tinh và ảnh hưởng trực tiếp đến cơ tính của thép như một số đặc điểm sau:

• Giới hạn bền kéo
• Giới hạn chảy
• Độ cứng
• Độ dẻo
• Độ dai va đập
• Khả năng chống ăn mòn
• Khả năng chịu nhiệt

Trong sản xuất cơ khí và xây dựng, việc lựa chọn loại thép có cấu trúc phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu. Từ đó đảm bảo độ bền kết cấu và tuổi thọ công trình và hiệu quả kinh tế.

II. Phân loại thép trong đời sống

1. Phân loại theo hàm lượng cacbon

1.1. Thép có hàm lượng cacbon thấp (C < 0,25%)

Đây là loại thép phổ biến nhất trong đời sống, vì loại thép này dễ khai thác chế tạo và có giá thành rẻ, thành chủ yếu là sắt, cacbon và hàm lượng nhỏ mangan, ít hoặc không chứa các nguyên hợp kim đặc biệt .

Đặc điểm của loại thép này là dẻo, dễ hàn, dễ gia công nguội có độ bền vừa phải, dễ gia công sản xuất số lượng lớn, phù hợp với hầy hết nhu cầu sử dụng hàng ngày.

Ví dụ mác thép tiêu chuẩn: SS400

Ứng dụng trong đời sống khá đa dạng dùng để sản xuất thép xây dựng như thép tròn trơn, thép vằn, ống thép đen, gia công khung giá đỡ… Trong tiêu chuẩn Việt Nam lạo thép này thường có mác thép như SS400 hoặc CT3 đây là nhóm thép được sử dụng rộng dãi để sản xuất vật tư phụ như ty ren, đai treo ống, ubolt, mặt bích…

1.2. Thép cacbon trung bình (0,25% – 0,6%)

Đặc điểm của loại thép này là tối ưu hóa cơ tính thông qua cấu trúc mactenxit sau nhiệt luyện, thành phần hóa học bao gồm sắt, cacbon có hàm lượng trung bình ngoài ra có bổ sung thêm một lượng nhỏ hàm lượng Cr, Mo, Ni, Mn… nhằm tăng cường tính cơ học nhờ hợp kim hóa.

Đặc điểm loại thép này có tính chất cứng hơn thép cacbon thấp, có thể nhiệt luyện để tăng độ bền, chịu tải trọng tốt hơn các mác thép phổ biến nhưu SCM440, S45C hoặc C45…

Loại thép này thường được sử dụng để gia công các chi tiết yêu cầu độ bền cao như trục máy bánh răng, bulong cấp bền trung bình, chi tiết cơ khí chịu lực như chốt dầm, bulong móng, các chi tiết chịu xoắn, chịu uốn…

1.3. Thép cacbon cao (0,6% – 1,0%)

Đặc điểm loại thép này có hàm lượng cacbon cực cao có khả năng chịu mài mòn tốt, giữ được độ sắc cạnh tốt vì vậy thường được dùng làm lò xo, dao cắt hay dụng cụ cơ khí. Tuy nhiên, loại thép này lại có độ dẻo và độ dai thấp, nếu xử lý nhiệt không đúng sẽ bị giòn khi đó sẽ giảm khả năng hàn của vật liệu, dễ nứt do ứng suất nhiệt. Loại thép này ít dùng trong chế tạo vật tư phụ thường được sử dụng trong cơ khí chế tạo chuyên sâu.

III. Thép dùng sản xuất vật tư phụ và vật tư cơ khí

Trong gia công chế tạo chi tiết vật tư phụ loại thép được sử dụng nhiều nhất là loại thép cacbon thấp và thép cacbon trung bình, được kết hợp mạ kẽm hoặc hợp kim hóa để nâng cao tính năng sử dụng. Việc lựa chọn loại thép phù hợp dựa trên tính chất vật lý, thành phần hóa học để có được loại vật liệu đảm bảo độ bền cho sản phẩm.

Hàm lượng cacbon thấp giúp cấu trúc vi mô chủ yếu là ferit và peclit, tạo nên vật liệu có độ dẻo cao, dễ uốn, dễ dập và dễ hàn. Đây là yếu tố cực kỳ quan trọng khi sản xuất hàng loạt các chi tiết như đai treo ống hoặc giá đỡ vì quá trình gia công nguội chiếm tỷ trọng lớn.

Về tính chất vật lý và cơ học, thép cacbon thấp có giới hạn chảy khoảng 235–250 MPa, độ bền kéo trung bình 400–550 MPa, độ dãn dài tương đối cao. Nhờ độ dẻo tốt, vật liệu có khả năng biến dạng trước khi phá hủy, giúp tăng tính an toàn trong liên kết cơ khí. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn tự nhiên của thép cacbon thấp không cao, do bề mặt sắt dễ oxy hóa khi tiếp xúc với không khí ẩm đặc biệt trong lĩnh vực cấp thoát nước và phòng cháy chữa cháy.

Để khắc phục nhược điểm này, sau khi được sản xuất ra thành phaarp thì sản phẩm thường được mang đi mạ, có hai kiểu mạ trên thực tế là mạ kẽm nhúng nóng hoặc mạ điện phân. Lớp kẽm sẽ bám chặt vào bề mặt thép của sản phẩm tạo ra một lớp bảo vệ bề mặt thép, giúp tăng tuổi thọ vật tư phụ trong môi trường ẩm hoặc ngoài trời. Vì vậy, sản phẩm mạ kẽm trở thành lựa chọn phổ biến trong hệ thống ống PCCC và hệ thống công nghiệp.

Trong các chi tiết yêu cầu chịu lực cao, người ta sử dụng thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim thấp, ví dụ SCM440. Trong thành phần loại thép này có thêm Cr và Mo giúp tăng khả năng chịu tải và chịu mài mòn. Sau quá trình tôi luyện để tạo hình sản phẩm, cấu trúc mactenxit hình thành làm tăng đáng kể độ cứng và giới hạn bền kéo.

Nhược điểm của loại thép cacbon đó là dễ bị ăn mòn nếu không bảo vệ bề mặt; thép hợp kim tuy bền nhưng giòn hơn nếu xử lý nhiệt không đúng kỹ thuật và tất cả các loại thép đều chịu ảnh hưởng của mỏi kim loại khi làm việc lâu dài dưới tải trọng lặp lại.

IV. Kết luận về thép khi sử dụng để sản xuất

Trên thực tế thép được dùng để sản xuất các chi tiết cơ khí và vật tư phụ thường là tép có tỷ lệ cacbon thấp và trung bình. Vì loại vật liệu  nhiều có nhiều ưu điểm như dễ gia công, gia thành hợp lý, đáp ứng hầu hết các yêu cầu chịu lực…Việc hiểu rõ bản chất của vật liệu giúp người dùng có sự lựa chọn tốt nhất cho sản phẩm của mình.

Cách để lựa chọn được vật tư phụ có chất liệu tốt hãy đến với Châu An, với đa dạng loại sản phẩm và vật liệu chế tạo sẽ mang đến cho khách hàng những nhiều sự lựa chọn tối ưu nhất. Với kinh nghiệm nhiều năm trong nghề sẽ mang lại cho khách hàng những trải nghiệm tốt nhất, hotline liên hệ 0399 776 717 – 0924 777 688.