Thép Hợp Kim AISI 9310 – Thành Phần, Đặc Tính, Nhiệt Luyện Và Ứng Dụng

Thép Hợp Kim AISI 9310 là thép hợp kim Niken – Crom – Molypden (Ni-Cr-Mo) có hàm lượng Carbon thấp, được phát triển chuyên cho các chi tiết yêu cầu thấm Carbon, bề mặt có độ cứng cao nhưng phần lõi vẫn duy trì độ dai và khả năng chịu tải lớn.

AISI 9310 nổi bật nhờ khả năng thấm tôi sâu, độ bền mỏi cao, độ dai lõi tốt và khả năng chịu tải tiếp xúc vượt trội sau khi thấm Carbon và nhiệt luyện đúng quy trình. Đây là lý do vật liệu được sử dụng nhiều trong bánh răng tải nặng, trục truyền động, hộp giảm tốc, chi tiết hàng không, thiết bị công nghiệp và các hệ thống truyền động yêu cầu độ tin cậy cao.

Khác với các thép Cr-Mo trung Carbon như AISI 4140 hoặc 4145 thường được tôi và ram toàn bộ tiết diện, Thép Hợp Kim AISI 9310 được thiết kế theo hướng tạo đặc tính:

Bề mặt cứng – lõi dai.

THÀNH PHẦN HÓA HỌC

Thành phần hóa học tham khảo của Thép Hợp Kim AISI 9310 thường nằm trong khoảng:

• Carbon (C): 0,08 – 0,13%
• Mangan (Mn): 0,45 – 0,65%
• Silic (Si): 0,15 – 0,35%
• Niken (Ni): 3,00 – 3,50%
• Crom (Cr): 1,00 – 1,40%
• Molypden (Mo): 0,08 – 0,15%
• Photpho (P): giới hạn thấp theo tiêu chuẩn
• Lưu huỳnh (S): giới hạn thấp theo tiêu chuẩn
• Sắt (Fe): Phần còn lại

Thành phần thực tế cần được đối chiếu với tiêu chuẩn áp dụng và Mill Test Certificate – MTC của từng lô vật liệu.

Vai Trò Của Carbon

AISI 9310 có hàm lượng Carbon nền tương đối thấp.

Điều này giúp phần lõi của chi tiết duy trì độ dai tốt sau nhiệt luyện.

Khi cần tạo lớp bề mặt chống mài mòn cao, Carbon được bổ sung vào lớp ngoài bằng quá trình thấm Carbon.

Sau thấm Carbon và tôi, lớp ngoài có thể đạt độ cứng rất cao trong khi lõi vẫn duy trì độ dai.

Vai Trò Của Niken

Niken là một trong những nguyên tố đặc trưng quan trọng nhất của Thép Hợp Kim AISI 9310.

Niken giúp:

• Tăng độ dai lõi
• Tăng khả năng chịu va đập
• Tăng khả năng chịu tải động
• Cải thiện độ bền mỏi
• Hỗ trợ cơ tính của chi tiết tiết diện lớn
• Hạn chế xu hướng gãy giòn

Hàm lượng Ni tương đối cao là một trong những lý do AISI 9310 được đánh giá cao trong các hệ truyền động tải nặng.

Vai Trò Của Crom

Crom giúp tăng khả năng thấm tôi và cải thiện độ bền của lớp bề mặt sau thấm Carbon.

Cr cũng góp phần cải thiện:

• Khả năng chống mài mòn
• Khả năng chịu tải tiếp xúc
• Độ cứng sau nhiệt luyện
• Độ ổn định của vật liệu
• 

Vai Trò Của Molypden

Molypden giúp:

• Tăng khả năng thấm tôi
• Cải thiện độ bền
• Hỗ trợ độ bền mỏi
• Tăng tính ổn định khi nhiệt luyện
• Hạn chế một số hiện tượng giòn trong quá trình ram

Sự kết hợp Ni-Cr-Mo tạo nên đặc tính cơ học nổi bật của Thép Hợp Kim AISI 9310.

ĐẶC TÍNH CƠ LÝ

Tính chất cơ học của AISI 9310 phụ thuộc nhiều vào quá trình thấm Carbon, tôi, ram và kích thước chi tiết.

Các đặc tính nổi bật gồm:

• Độ dai lõi cao
• Khả năng thấm tôi tốt
• Độ cứng bề mặt cao sau thấm Carbon
• Khả năng chống mài mòn cao
• Khả năng chịu tải tiếp xúc tốt
• Độ bền mỏi cao
• Khả năng chịu tải động tốt
• Khả năng chịu va đập tốt
• Phù hợp với bánh răng tải nặng
• Phù hợp với các chi tiết yêu cầu độ tin cậy cao

Độ Cứng Bề Mặt

Sau thấm Carbon, tôi và ram đúng quy trình, lớp bề mặt của AISI 9310 thường có thể đạt khoảng:

58 – 62 HRC

Trong một số yêu cầu đặc biệt, độ cứng có thể được điều chỉnh theo tiêu chuẩn thiết kế.

Độ cứng thực tế phụ thuộc vào:

• Hàm lượng Carbon bề mặt
• Chiều sâu lớp thấm
• Nhiệt độ thấm
• Nhiệt độ tôi
• Tốc độ làm nguội
• Nhiệt độ ram

Độ Cứng Lõi

Phần lõi của AISI 9310 có độ cứng thấp hơn lớp bề mặt.

Mục tiêu là duy trì:

• Độ dai
• Khả năng chịu va đập
• Khả năng chịu uốn
• Khả năng chịu tải chu kỳ

Đây chính là đặc điểm giúp 9310 có ưu thế trong các bánh răng và trục truyền động tải trọng cao.

XỬ LÝ NHIỆT

Quy trình nhiệt luyện điển hình của Thép Hợp Kim AISI 9310 thường gồm:

Gia công → Thấm Carbon → Tôi → Ram → Mài hoàn thiện.

Thấm Carbon

Thấm Carbon là công đoạn đặc biệt quan trọng đối với AISI 9310.

Mục tiêu của quá trình là tăng hàm lượng Carbon tại lớp bề mặt nhưng vẫn giữ phần lõi có hàm lượng Carbon thấp.

Nhiệt độ thấm Carbon thường nằm trong vùng khoảng:

900 – 950°C

Tùy công nghệ, có thể sử dụng:

• Thấm Carbon khí
• Thấm Carbon chân không
• Thấm Carbon trong môi trường kiểm soát

Thời gian thấm phụ thuộc chủ yếu vào chiều sâu lớp thấm yêu cầu.

Chiều Sâu Lớp Thấm

Độ sâu lớp thấm phải được xác định dựa trên điều kiện tải và kích thước chi tiết.

Trong thực tế, chiều sâu lớp thấm có thể từ dưới 1 mm đến vài mm.

Đối với bánh răng, cần tính toán dựa trên:

• Modul bánh răng
• Tải tiếp xúc
• Tải uốn
• Kích thước bánh răng
• Tốc độ quay
• Tuổi thọ thiết kế
• Điều kiện bôi trơn

Không nên sử dụng một chiều sâu lớp thấm cố định cho tất cả chi tiết AISI 9310.

Tôi

Sau thấm Carbon, vật liệu được tôi nhằm hình thành lớp martensite có độ cứng cao.

Tùy công nghệ, chi tiết có thể được tôi trực tiếp sau thấm hoặc gia nhiệt lại đến vùng austenit hóa thích hợp.

Dầu hoặc khí áp suất cao trong hệ thống chân không có thể được sử dụng tùy thiết bị và quy trình.

Ram

Sau quá trình tôi, AISI 9310 cần được ram để:

• Giảm ứng suất dư
• Ổn định tổ chức
• Duy trì độ cứng bề mặt
• Cải thiện độ dai
• Giảm nguy cơ nứt
• Tăng độ ổn định kích thước

Nhiệt độ và thời gian ram cần được lựa chọn theo yêu cầu về độ cứng lớp thấm và cơ tính lõi.

Xử Lý Lạnh

Trong một số ứng dụng chính xác hoặc yêu cầu kiểm soát austenite dư, có thể áp dụng xử lý lạnh sau tôi.

Mục tiêu là hỗ trợ chuyển đổi austenite dư và cải thiện tính ổn định kích thước.

Việc áp dụng cần căn cứ vào quy trình nhiệt luyện cụ thể.

ỨNG DỤNG

Thép Hợp Kim AISI 9310 được sử dụng cho các chi tiết yêu cầu độ cứng bề mặt cao kết hợp với lõi có độ dai tốt.

Ứng dụng phổ biến gồm:

• Bánh răng tải nặng
• Bánh răng hộp số
• Pinion
• Trục bánh răng
• Trục truyền động
• Trục then hoa
• Hộp giảm tốc
• Bộ truyền động công nghiệp
• Trục chịu tải xoắn
• Chi tiết máy nén
• Chi tiết hàng không
• Chi tiết thiết bị năng lượng
• Chi tiết cơ khí chính xác
• Chi tiết chịu tải tiếp xúc cao
• Chi tiết chịu mỏi

AISI 9310 Dùng Làm Bánh Răng

Bánh răng là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của Thép Hợp Kim AISI 9310.

Sau thấm Carbon và tôi, lớp răng có độ cứng cao giúp cải thiện:

• Khả năng chống mài mòn
• Khả năng chịu tải tiếp xúc
• Khả năng chống rỗ bề mặt
• Tuổi thọ răng
• Khả năng duy trì biên dạng

Trong khi đó, lõi vẫn duy trì độ dai để chịu tải uốn và tải va đập.

AISI 9310 Trong Ngành Hàng Không

AISI 9310 được sử dụng trong một số hệ thống truyền động hàng không vì có:

• Độ bền mỏi cao
• Độ dai lõi tốt
• Khả năng chịu tải tiếp xúc cao
• Khả năng thấm tôi tốt
• Độ tin cậy cao khi được sản xuất và kiểm soát đúng tiêu chuẩn

Các ứng dụng hàng không thường yêu cầu kiểm soát vật liệu, nhiệt luyện và NDT nghiêm ngặt hơn nhiều so với ứng dụng công nghiệp thông thường.

GIA CÔNG/MÀI

AISI 9310 có khả năng gia công tương đối tốt trước khi thấm Carbon.

Các phương pháp gia công thường sử dụng gồm:

• Cưa
• Tiện
• Phay
• Khoan
• Doa
• Taro
• Chuốt
• Gia công răng
• Gia công CNC
• Mài

Gia Công Trước Nhiệt Luyện

Phần lớn biên dạng chi tiết nên được gia công trước khi thấm Carbon.

Điều này giúp:

• Giảm hao mòn dao
• Tăng năng suất
• Kiểm soát kích thước tốt hơn
• Giảm lượng gia công sau nhiệt luyện

Các vị trí cần mài sau cùng nên được để lượng dư phù hợp.

Mài Sau Thấm Carbon

Sau thấm Carbon và tôi, lớp bề mặt có độ cứng cao nên mài là phương pháp hoàn thiện phổ biến.

Cần kiểm soát nhiệt nhằm tránh:

• Cháy mài
• Nứt bề mặt
• Vi nứt
• Thay đổi tổ chức
• Giảm độ cứng lớp thấm
• Ứng suất kéo bất lợi

Đối với bánh răng tải cao, chất lượng mài sau nhiệt luyện ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ làm việc.

KHẢ NĂNG HÀN

AISI 9310 có hàm lượng Carbon nền thấp nhưng chứa lượng Ni-Cr-Mo tương đối cao nên quá trình hàn vẫn cần được kiểm soát.

Nếu thiết kế cho phép, việc hàn nên được thực hiện trước thấm Carbon và nhiệt luyện cuối.

Không nên hàn tùy ý lên bề mặt đã thấm Carbon vì có thể gây:

• Nứt
• Biến dạng
• Hóa cứng vùng ảnh hưởng nhiệt
• Phá hỏng lớp thấm
• Suy giảm cơ tính

Đối với chi tiết quan trọng, cần xây dựng quy trình hàn và xử lý nhiệt sau hàn riêng.

SO SÁNH

So Sánh AISI 9310 Và AISI 8620

AISI 8620 và AISI 9310 đều là thép hợp kim Carbon thấp dùng cho thấm Carbon.

AISI 8620 thường có chi phí thấp hơn và được sử dụng rất rộng rãi cho bánh răng công nghiệp.

AISI 9310 có hàm lượng Niken cao hơn nên thường có lợi thế về:

• Độ dai lõi
• Khả năng chịu va đập
• Khả năng chịu mỏi
• Khả năng làm việc trong chi tiết tải cao
• Độ tin cậy trong ứng dụng khắc nghiệt

Nếu yêu cầu tải không quá cao, AISI 8620 có thể là lựa chọn kinh tế.

Nếu yêu cầu cơ tính lõi và độ bền mỏi cao hơn, AISI 9310 thường được ưu tiên.

So Sánh AISI 9310 Và SCM420

SCM420 thuộc nhóm Cr-Mo Carbon thấp, trong khi AISI 9310 thuộc nhóm Ni-Cr-Mo.

Cả hai đều có thể sử dụng cho thấm Carbon và sản xuất bánh răng.

AISI 9310 có hàm lượng Niken cao hơn nên thường có lợi thế về độ dai lõi và khả năng chịu tải.

SCM420 lại phổ biến trong các thiết kế theo tiêu chuẩn JIS và có thể có lợi thế về chi phí.

Không nên thay thế trực tiếp nếu chưa kiểm tra MTC và yêu cầu bản vẽ.

So Sánh AISI 9310 Và AISI 4340

AISI 9310 và AISI 4340 đều chứa Ni-Cr-Mo nhưng được thiết kế cho mục đích khác nhau.

AISI 9310 có hàm lượng Carbon thấp và chủ yếu dùng để:

Thấm Carbon → Tôi → Ram.

AISI 4340 có hàm lượng Carbon cao hơn và thường được:

Tôi → Ram toàn tiết diện.

AISI 9310 phù hợp hơn khi cần bề mặt cứng – lõi dai.

AISI 4340 phù hợp hơn khi cần độ bền cao trên toàn tiết diện.

TIÊU CHUẨN VÀ MÁC TƯƠNG ĐƯƠNG

Ký hiệu chính:

AISI/SAE: 9310

UNS: G93106 trong một số hệ thống chỉ định sản phẩm.

Các mác tương đương hoặc gần tương đương theo hệ tiêu chuẩn khác cần được kiểm tra theo đúng tiêu chuẩn sản phẩm.

Không nên thay thế vật liệu chỉ dựa vào bảng quy đổi tên mác.

Cần kiểm tra:

• Thành phần hóa học
• Cơ tính
• Khả năng thấm tôi
• Chiều sâu lớp thấm
• Độ cứng bề mặt
• Độ cứng lõi
• Trạng thái nhiệt luyện
• Tiêu chuẩn bản vẽ
• MTC

THÔNG SỐ QUY CÁCH

Tùy nguồn hàng và nhà sản xuất, Thép Hợp Kim AISI 9310 có thể được cung cấp dưới dạng:

• Thép tròn AISI 9310
• Thép thanh 9310
• Thép vuông 9310
• Thép tấm 9310
• Phôi rèn 9310
• Phôi bánh răng
• Phôi trục
• Phôi cắt theo kích thước

Khi đặt hàng cần ghi rõ:

• Mác AISI 9310
• Tiêu chuẩn áp dụng
• Kích thước
• Số lượng
• Dung sai
• Trạng thái vật liệu
• Yêu cầu nhiệt luyện
• Yêu cầu thấm Carbon
• Chiều sâu lớp thấm
• Độ cứng bề mặt
• Cơ tính lõi
• Yêu cầu MTC

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

Khi mua Thép Hợp Kim AISI 9310, nên kiểm tra:

• Mill Test Certificate – MTC
• Heat Number
• Mác AISI 9310
• Thành phần hóa học
• Hàm lượng Carbon
• Hàm lượng Niken
• Hàm lượng Crom
• Hàm lượng Molypden
• Trạng thái vật liệu
• Độ cứng
• Kích thước
• Dung sai
• Nhà sản xuất
• Xuất xứ

Sau thấm Carbon và nhiệt luyện nên kiểm tra thêm:

• Độ cứng bề mặt
• Chiều sâu lớp thấm hiệu dụng
• Độ cứng lõi
• Hàm lượng austenite dư nếu yêu cầu
• Tổ chức tế vi
• Biến dạng nhiệt luyện
• Khuyết tật bề mặt

Đối với bánh răng hoặc chi tiết có độ an toàn cao, có thể yêu cầu:

• UT
• MT
• PT
• Thử độ cứng
• Kiểm tra vi cấu trúc
• Kiểm tra chất lượng lớp thấm

TIÊU CHÍ MUA HÀNG

Khi đặt mua AISI 9310 cần xác định rõ:

• Dạng sản phẩm
• Kích thước
• Số lượng
• Dung sai
• Trạng thái cung cấp
• Yêu cầu gia công
• Yêu cầu thấm Carbon
• Độ sâu lớp thấm
• Độ cứng bề mặt
• Cơ tính lõi
• Yêu cầu NDT
• Yêu cầu MTC

Đối với ứng dụng bánh răng tải cao, không nên chỉ đặt hàng theo tên mác AISI 9310 mà cần xác định đầy đủ tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật.

BẢO QUẢN

AISI 9310 không phải thép không gỉ nên vẫn có khả năng bị oxy hóa.

Vật liệu nên được:

• Lưu kho ở nơi khô ráo
• Kê cách nền
• Tránh tiếp xúc trực tiếp với nước
• Bôi dầu chống gỉ khi lưu kho dài ngày
• Bảo vệ bề mặt đã gia công
• Giữ nguyên tem mác
• Quản lý theo Heat Number

Cần tránh để lẫn AISI 9310 với AISI 8620, 4340 hoặc các mác thép hợp kim khác.

MUA THÉP HỢP KIM AISI 9310 – CẮT LẺ THEO QUY CÁCH

CÔNG TY TNHH MTV VẬT LIỆU TITAN cung cấp thép hợp kim, thép chế tạo, thép dụng cụ và nhiều loại vật liệu phục vụ ngành cơ khí chế tạo, bánh răng, hộp số, máy công nghiệp, dầu khí và gia công chính xác.

Khách hàng có nhu cầu tìm Thép Hợp Kim AISI 9310, Thép 9310, Thép Ni-Cr-Mo 9310, Thép Tròn 9310, Thép Tấm 9310 hoặc Phôi Thép 9310 có thể liên hệ để kiểm tra quy cách và tình trạng hàng thực tế.

Hỗ trợ cắt lẻ, cắt phôi theo kích thước yêu cầu tùy quy cách, số lượng và tình trạng vật liệu.

LIÊN HỆ

CÔNG TY TNHH MTV VẬT LIỆU TITAN

KHO SỐ 1 – TP.HCM

145 Đường Bình Thành, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, TP.HCM

KHO SỐ 2 – HÀ NỘI

(Cạnh Ủy Ban Ninh Sở) Thôn Xâm Dương 3, Xã Hồng Vân, Thành phố Hà Nội

KHO SỐ 3 – HÀ NỘI

Địa chỉ cũ: (Cạnh Ủy Ban Ninh Sở) Thôn Xâm Dương 3, Xã Ninh Sở, Huyện Thường Tín, Thành phố Hà Nội

Văn phòng: 133/14/5 Bình Thành, Bình Tân, TP.HCM

Mr Dưỡng

Điện thoại/Zalo: 0902 345 304

Website: //chokimloai.com

Email: chokimloaivietnam@gmail.com