Thép Hợp Kim AISI 4340 – Thép Ni-Cr-Mo Độ Bền Cao, Chịu Tải Và Va Đập
Thép hợp kim AISI 4340 là thép cacbon trung bình hợp kim niken, crôm và molypden, thường được sử dụng ở trạng thái tôi và ram. Vật liệu có độ thấm tôi cao, phù hợp với nhiều chi tiết cần kết hợp độ bền và độ dai. Tài liệu Atlas Steels.
Khi lựa chọn thép 4340, cần xác định kích thước phôi, trạng thái nhiệt luyện và cơ tính yêu cầu. Cùng một mác thép nhưng khác tiết diện hoặc chế độ xử lý có thể cho kết quả cơ học khác nhau.
THÀNH PHẦN HÓA HỌC
Bảng dưới đây trình bày giới hạn thành phần của AISI 4340 theo phiếu sản phẩm Industeel:
| Nguyên tố | Hàm lượng (% khối lượng) |
|---|---|
| Cacbon – C | 0,38–0,43 |
| Mangan – Mn | 0,60–0,80 |
| Silic – Si | 0,15–0,35 |
| Crôm – Cr | 0,70–0,90 |
| Niken – Ni | 1,65–2,00 |
| Molypden – Mo | 0,20–0,30 |
| Phốt pho – P | < 0,035 |
| Lưu huỳnh – S | < 0,040 |
| Sắt – Fe | Phần còn lại |
Nguồn: Industeel, phiếu dữ liệu vật liệu, tháng 6/2022. Phốt pho và lưu huỳnh có giới hạn riêng; khi nghiệm thu phải đối chiếu tiêu chuẩn đặt hàng và chứng chỉ của lô vật liệu thực tế.
Ký hiệu và tiêu chuẩn đặt hàng
Ký hiệu thường gặp là SAE/AISI 4340, mã UNS thông dụng là G43400. Tên mác cần đi cùng tiêu chuẩn sản phẩm và trạng thái cung cấp.
Với thép thanh, ASTM A322 áp dụng cho thanh thép hợp kim gia công nóng; ASTM A434/A434M áp dụng cho thanh thép hợp kim tôi và ram. ASTM A29/A29M quy định các yêu cầu chung trong phạm vi được tiêu chuẩn sản phẩm viện dẫn. Phạm vi ASTM A322, phạm vi ASTM A29/A29M.
ĐẶC TÍNH CƠ LÝ
Cơ tính theo kích thước và trạng thái nhiệt luyện
Ví dụ dưới đây là dữ liệu thép thanh tròn đã tôi và ram của Atlas, phân theo đường kính:
| Đường kính thanh | Độ bền kéo | Giới hạn chảy quy ước 0,2% | Độ giãn dài tối thiểu |
|---|---|---|---|
| ≤ 60 mm | 1.000–1.150 MPa | 835 MPa | 12% |
| > 60 đến 100 mm | 930–1.080 MPa | 740 MPa | 12% |
| > 100 đến 178 mm | 930–1.080 MPa | 720 MPa | 14% |
| > 178 đến 240 mm | 900–1.000 MPa | 690 MPa | 14% |
Các giá trị giới hạn chảy trong bảng là mức tối thiểu. Nguồn: Atlas Steels, bảng cơ tính trạng thái cung cấp.
Bảng này không phải cam kết cơ tính cho mọi sản phẩm AISI 4340. Đối với tấm, phôi rèn hoặc chi tiết nhiệt luyện theo bản vẽ, cần sử dụng dữ liệu phù hợp với đúng sản phẩm và điều kiện thử.
Khối lượng riêng và yêu cầu độ dai
Khối lượng riêng tham khảo là 7,85 g/cm³, tương đương 7.850 kg/m³, dùng để ước tính khối lượng phôi. Dữ liệu vật lý Industeel.
Nếu chi tiết yêu cầu độ dai va đập, cần quy định nhiệt độ thử, hướng lấy mẫu, kích thước mẫu và năng lượng hấp thụ tối thiểu. Kết quả đo độ cứng riêng lẻ chưa đủ để xác nhận toàn bộ cơ tính.
XỬ LÝ NHIỆT
Ủ và thường hóa
Ủ được sử dụng khi cần làm mềm vật liệu trước gia công. Industeel đưa ra chế độ tham khảo 830–850°C, sau đó làm nguội trong lò. Hướng dẫn nhiệt luyện Industeel.
Thường hóa (normalizing) là nung đến vùng austenit hóa rồi làm nguội trong không khí. Đây là phương pháp khác với ủ; trạng thái thường hóa của thép hợp kim có độ thấm tôi cao không mặc nhiên là trạng thái mềm để gia công.
Tôi và ram
Đối với sản phẩm thép 4340 của Atlas, nhiệt độ tôi tham khảo là 850–860°C, môi trường tôi dầu; khoảng ram được nêu là 450–650°C, lựa chọn theo cơ tính cần đạt. Bảng nhiệt luyện Atlas.
Nung và giữ nhiệt phải bảo đảm điều kiện austenit hóa phù hợp. Thời gian giữ không được hiểu đơn giản là chờ toàn bộ thành phần hóa học trở nên đồng nhất.
Với chi tiết lớn, cần bảo đảm tốc độ nguội tại lõi đáp ứng yêu cầu tổ chức, đồng thời kiểm soát ứng suất và biến dạng. Môi trường tôi, nhiệt độ môi trường và mức khuấy phải được xác lập theo quy trình cụ thể.
Lưu ý giòn ram và nhiệt luyện lại
Độ dai không tăng đều theo mọi mức nhiệt độ ram. Industeel lưu ý tránh khoảng 250–450°C do nguy cơ giòn trong hướng dẫn cho sản phẩm của hãng. Lưu ý về ram của Industeel.
Khi xử lý giảm ứng suất hoặc nhiệt luyện lại phôi đã tôi ram, cần xét chế độ trước đó và kiểm tra cơ tính sau xử lý. Các khoảng nhiệt tham khảo không thay thế quy trình được xác lập cho chi tiết.
ỨNG DỤNG
Thép hợp kim AISI 4340 được sử dụng cho:
- Trục truyền động và chi tiết máy chịu tải nặng.
- Bánh răng, bánh răng nhỏ và thanh truyền.
- Phôi rèn và bộ phận cơ khí trong ngành ô tô.
- Các chi tiết cần kết hợp độ bền, khả năng chịu mỏi và độ dai.
Các nhóm ứng dụng được nêu trong phiếu sản phẩm Industeel.
Với bu lông cường độ cao hoặc chi tiết hàng không, phải đáp ứng tiêu chuẩn chuyên dụng, yêu cầu luyện kim và quy trình kiểm tra tương ứng. Tên mác riêng lẻ không đủ để xác nhận vật liệu đáp ứng một ứng dụng cụ thể.
SO SÁNH
So sánh AISI 4340 và AISI 4140
| Tiêu chí | AISI 4340 | AISI 4140 |
|---|---|---|
| Hệ hợp kim chính | Ni-Cr-Mo | Cr-Mo |
| Định hướng lựa chọn | Yêu cầu cao về độ thấm tôi, độ bền và độ dai | Chi tiết cơ khí dùng thép Cr-Mo tôi ram |
| Cơ sở nghiệm thu | Cơ tính, tiết diện và trạng thái thực tế | Cơ tính, tiết diện và trạng thái thực tế |
Atlas ghi nhận 4140 thường có độ dai va đập thấp hơn đôi chút khi nhiệt luyện đến mức bền tương đương 4340. Dữ liệu so sánh của Atlas, đặc tính Atlas 4140.
Đối chiếu với 34CrNiMo6
34CrNiMo6, thường gắn với số vật liệu 1.6582, cũng thuộc nhóm thép Ni-Cr-Mo dùng cho tôi ram. Tuy nhiên, thành phần và yêu cầu cung cấp khác với thép AISI 4340. Dữ liệu 34CrNiMo6 của Ovako.
Khi đề xuất thay thế, cần đối chiếu thành phần, độ thấm tôi, cơ tính theo tiết diện và tiêu chuẩn sản phẩm. Phương án đổi mác phải được bên thiết kế hoặc khách hàng chấp thuận.
GIA CÔNG/MÀI
Tiện, phay, khoan và doa
Gia công thép 4340 cần bắt đầu bằng việc xác định độ cứng và trạng thái phôi. Dụng cụ, tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt phải phù hợp với nguyên công cùng độ cứng vững của máy.
Với phôi sẽ nhiệt luyện sau gia công thô, cần chừa lượng dư cho biến dạng và gia công tinh. Trục dài hoặc chi tiết có tiết diện thay đổi cần phương án gá đỡ phù hợp.
Mài và hoàn thiện
Khi mài thép đã tôi ram, cần kiểm soát nhiệt để hạn chế cháy mài, nứt và thay đổi độ cứng bề mặt. Chọn đá mài, lượng ăn dao và chế độ tưới nguội theo yêu cầu công nghệ.
Sau hoàn thiện, kiểm tra kích thước, độ nhám, độ đảo, độ thẳng hoặc độ phẳng theo chức năng của chi tiết.
Hàn thép AISI 4340
Hàn cần được đánh giá thận trọng do nguy cơ nứt do hydro, hóa cứng vùng ảnh hưởng nhiệt, ứng suất dư và thay đổi cơ tính. Nguy cơ nứt liên quan đến hydro, tổ chức nhạy nứt và ứng suất kéo. Giải thích của TWI về nứt hydro.
Tùy chiều dày, trạng thái nhiệt luyện và kết cấu, quy trình hàn có thể cần:
- Gia nhiệt sơ bộ.
- Sử dụng vật liệu hàn hydro thấp.
- Kiểm soát nhiệt đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp.
- Làm nguội có kiểm soát.
- Xử lý nhiệt sau hàn khi quy trình yêu cầu.
- Kiểm tra không phá hủy và đánh giá cơ tính sau hàn.
Không dùng một mức gia nhiệt sơ bộ cố định cho mọi chi tiết. Với phôi đã tôi ram, quy trình hàn sửa phải xét cả nguy cơ hóa cứng và làm mềm cục bộ vùng ảnh hưởng nhiệt.
Bảo vệ bề mặt
Thép AISI 4340 cần biện pháp chống gỉ phù hợp với môi trường sử dụng. Có thể xem xét dầu bảo quản, sơn hoặc lớp phủ theo yêu cầu thiết kế.
Đối với vật liệu đã đạt độ bền cao, các bước tẩy rửa hóa học và mạ điện cần kiểm soát nguy cơ giòn do hydro. Quy trình xử lý bề mặt phải phù hợp với trạng thái nhiệt luyện của chi tiết. Thông tin về giòn hydro của TWI.
TIÊU CHÍ MUA HÀNG
Khi đặt mua thép AISI 4340, cần thống nhất:
- Mác thép, tiêu chuẩn sản phẩm và phiên bản áp dụng.
- Dạng phôi, kích thước, dung sai, số lượng và lượng dư.
- Trạng thái giao hàng: ủ, tôi ram hoặc trạng thái xác định khác.
- Yêu cầu độ cứng, độ bền, độ giãn dài và độ dai nếu có.
- Chứng chỉ vật liệu, số mẻ luyện và phạm vi kiểm tra.
- Yêu cầu cắt, gia công, đóng gói và thời gian giao.
So sánh báo giá trên cùng điều kiện chất lượng và phạm vi cung cấp. Với hàng cắt lẻ, cần làm rõ khối lượng tính tiền, phí cắt, thuế và vận chuyển.
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG
Hồ sơ và nhận diện vật liệu
Đối chiếu chứng chỉ MTC/MTR với số mẻ luyện trên phôi hoặc nhãn hàng. Kiểm tra tên mác, thành phần, trạng thái nhiệt luyện và kết quả thử theo đơn đặt hàng.
Nếu cần phân tích lại thành phần, chọn phương pháp có khả năng đo các nguyên tố yêu cầu, bao gồm cacbon. Mẫu thử phải đại diện cho đúng lô vật liệu.
Cơ tính và khuyết tật
Kiểm tra kích thước, bề mặt và độ cứng của phôi thép 4340 theo kế hoạch nghiệm thu. Thử kéo hoặc va đập được thực hiện khi có yêu cầu, với điều kiện lấy mẫu và thử nghiệm xác định.
Siêu âm, từ tính hoặc phương pháp kiểm tra không phá hủy khác được lựa chọn theo dạng sản phẩm và khuyết tật cần phát hiện. Báo cáo cần ghi phạm vi kiểm tra, tiêu chuẩn và tiêu chí chấp nhận.
BẢO QUẢN
Thép hợp kim AISI 4340 cần được giữ khô, kê cách nền và bảo vệ chống gỉ. Thanh dài phải có điểm kê phù hợp để hạn chế cong; bề mặt đã gia công cần được bảo vệ khi xếp dỡ.
Tách lô theo mác, số mẻ và trạng thái nhiệt luyện. Sau cắt, duy trì dấu nhận diện trên cả phôi giao hàng và vật liệu còn lại để bảo đảm truy xuất.
THÔNG SỐ QUY CÁCH
Khi hỏi mua phôi AISI 4340, khách hàng có thể cung cấp:
| Dạng sản phẩm | Thông tin quy cách |
|---|---|
| Láp tròn đặc | Đường kính × chiều dài × số lượng |
| Thanh vuông | Cạnh × cạnh × chiều dài × số lượng |
| Tấm hoặc khối | Dày × rộng × dài × số lượng |
| Phôi rèn | Bản vẽ, kích thước và yêu cầu kiểm tra |
| Phôi rỗng hoặc ống theo yêu cầu | Đường kính ngoài × đường kính trong hoặc chiều dày × chiều dài |
| Chi tiết gia công thô | Bản vẽ, lượng dư và trạng thái nhiệt luyện |
Ghi rõ đơn vị milimét và phân biệt kích thước phôi với kích thước thành phẩm. Khả năng cung cấp từng dạng, kích thước và thời gian giao được xác nhận khi báo giá.
Mua thép hợp kim AISI 4340 tại Titan Materials
TITAN MATERIALS tiếp nhận yêu cầu cung cấp vật liệu, cắt lẻ theo kích thước và gia công theo bản vẽ, phục vụ sản xuất và làm mẫu.
Khách hàng gửi quy cách, số lượng, yêu cầu cơ tính và chứng chỉ để được kiểm tra nguồn hàng, tư vấn phương án phôi và báo giá.
Liên hệ CÔNG TY TNHH MTV VẬT LIỆU TITAN qua Chợ Kim Loại Việt Nam hoặc Mr Dưỡng – 0902 345 304.
LIÊN HỆ
CÔNG TY TNHH MTV VẬT LIỆU TITAN
KHO HÀ NỘI
Địa chỉ mới sau sáp nhập:
(Cạnh Ủy Ban Ninh Sở) Thôn Xâm Dương 3, Xã Hồng Vân, Thành phố Hà Nội.
Địa chỉ cũ:
(Cạnh Ủy Ban Ninh Sở) Thôn Xâm Dương 3, Xã Ninh Sở, Huyện Thường Tín, Thành phố Hà Nội.
Google Maps: Chỉ đường đến kho Hà Nội.
KHO SỐ 1 – TP.HCM
145 Đường Bình Thành, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, TP.HCM.
KHO SỐ 2 – TP.HCM
231 Đường Số 6, Bình Tân, TP.HCM.
KHO SỐ 3 – TP.HCM
133/14/5 Bình Thành, Bình Tân, TP.HCM.
Văn phòng/Đăng ký doanh nghiệp: 133/14/5 Bình Thành, Bình Tân, TP.HCM.
Mã số thuế: 0312983281.
Người liên hệ: Mr Dưỡng.
Điện thoại/Zalo: 0902 345 304.
Website: chokimloai.com.
Email: chokimloaivietnam@gmail.co4340
Xem thêm tại đây
