Những điều cần lưu ý khi lựa chọn vật liệu thép làm chi tiết máy

Chi tiết máy là phần tử cơ bản cấu tạo thành nên máy, có hình dạng và kích thước xác định, có công dụng nhất định trong máy.

Thép để làm chi tiết máy có yêu cầu cao vì phải thỏa mãn các yêu cầu khác nhau về cơ tính, chính xác về hình dạng, kích thước cũng như độ bóng bề mặt để lắp ráp. Để thỏa mãn được yêu cầu đó, các chi tiết máy với các điều kiện làm việc khác nhau thường được làm bằng nhiều mác thép khác nhau với chế độ nhiệt luyện tôi và ram không giống nhau.

Cơ tính

Tính chất cơ bản của chi tiết máy là khả năng chịu tải trọng tĩnh và động, do vậy yêu cầu cơ bản là có độ bền cao và độ dai tốt phù hợp với điều kiện của tải trọng. Về độ bền người ta ngày càng coi trọng giới hạn chảy, vì lẽ các chi tiết máy ở dạng lắp ghép không cho phép có biến dạng dẻo khi làm việc.Độ dai va đập rất quan trọng đối với chi tiết chịu tải trọng động do phải tăng tải một cách đột ngột.

Ngoài hai chỉ tiêu cơ bản trên nhiều chi tiết máy còn đòi hỏi độ cứng bề mặt cao để bảo đảm tính chống mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát.

Tính công nghệ

Để trở thành chi tiết máy thành phẩm, thép bán thành phẩm phải qua nhiều khâu gia công. Do đó, vật liệu phải có tính công nghệ thích ứng với hình dạng và phương pháp gia công chi tiết máy, để công sức gia công là ít nhất.

Tính kinh tế

Do sản lượng lớn, thép chế tạo máy nói chung phải rẻ, nên nói chung thường dùng thép cacbon và hợp kim thấp, trong trường hợp thật quan trọng mới dùng đến hợp kim hóa trung bình, không dùng hợp kim hóa cao.

Thành phần hóa học

Do các yêu cầu về cơ tính, tính công nghệ, kinh tế, thép phải có thành phần hóa học phù hợp.

Cacbon và thép cacbon

Cacbon là nguyên tố cơ bản nhất quyết định cơ tính và cả tính công nghệ của thép, nên chọn đúng hàm lượng cacbon là yếu tố quan trọng hàng đầu khi xác định mác thép. Cacbon hóa bền thép song làm giảm độ dẻo, độ dai, làm xấu tính gia công áp lực, gia công cắt và tính hàn. Do tác dụng như vậy lượng cacbon trong thép kết cấu chế tạo máy thường gặp được quy định khá chặt chẽ: 0,10 – 0,65% .

Nói chung thép cacbon chế tạo chi tiết máy có tính công nghệ tốt và rẻ, được dùng phổ biến trong chế tạo máy thông dụng để làm các chi tiết chịu tải trọng thấp hay trung bình, có tiết diện nhỏ (< 20mm), hình dạng đơn giản. Tuy nhiên thép cabon cũng có nhược điểm quan trọng, đó là:

• Khi có tiết diện lớn (> 30 – 40mm) không thể đạt được độ bền tốt như ở tiết diện nhỏ,
• Không thể chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp (tiết diện thay đổi đột ngột),
• Tính chống ram kém, không duy trì được độ bền, độ cứng cao sau khi tôi khi bị nung nóng đến 200oC và cao hơn, nên nói chung không làm việc được ở các nhiệt độ đó.

Ngược lại thép hợp kim lại thể hiện ưu việt ở ba mặt trên.

Thành phần hợp kim và thép hợp kim

So với thép cacbon, thép hợp kim tuy có đắt hơn, tính công nghệ kém hơn, song bù lại có độ bền cao hơn, đó là ưu điểm quan trọng nhất. Thép hợp kim làm chi tiết máy có những đặc điểm sau:

• Độ bền cao hơn, điều này thể hiện rất rõ khi tiết diện lớn nhờ tính thấm tôi cao, đặc biệt là khi tôi thấu sẽ đạt được cơ tính cao và đồng nhất trên toàn tiết diện.
• Do tôi dầu, thậm chí có thể áp dụng tôi phân cấp nên có thể làm được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà không sợ nứt hoặc bị biến dạng lớn.
• Tính chống ram tốt nên một mặt giữ được độ bền ở nhiệt độ cao hơn, mặt khác trong điều kiện như nhau thép hợp kim được ram ở nhiệt độ cao hơn do đó ứng suất bên trong thấp hơn.

Một trong những mác thép hợp kim phổ biến dùng để làm chi tiết máy đó là thép SCM440 và SCM420. Với việc bổ sung thêm nguyên tố Crom và Molyden giúp cho thép SCM440 và SCM420 có khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt tốt, độ dẻo dai, tính đàn hồi cao, chống ăn mòn oxi hóa tốt. Ngoài ra, nó còn có độ cứng và độ bền lí tưởng để dùng cho các chi tiết máy đòi hỏi cường độ làm việc cao và lâu dài.