Thép hợp kim là gì? Đây là một câu hỏi quan trọng khi tìm hiểu về các loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại. Thép hợp kim là một loại thép đặc biệt, được tạo ra bằng cách kết hợp sắt với các nguyên tố hợp kim như crôm, niken, mangan, và nhiều nguyên tố khác. Việc hợp kim hóa này không chỉ giúp cải thiện độ bền, độ cứng mà còn mang lại cho thép những tính chất vượt trội như khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn và độ dẻo dai, làm cho thép hợp kim trở thành một vật liệu lý tưởng trong nhiều lĩnh vực, từ chế tạo máy móc đến xây dựng và sản xuất ô tô.
Tìm hiểu ngay các loại phế liệu chuyên thu mua tại Phế Liệu VN
Mục Lục
Thép hợp kim là gì?
Thép hợp kim là loại thép chứa một lượng đáng kể các nguyên tố hợp kim được bổ sung có chủ đích để cải thiện cấu trúc và tính chất của thép. Các nguyên tố đặc biệt này, được gọi là nguyên tố hợp kim bao gồm Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Co, Mo, Ti, Cu.
Nhờ vào những nguyên tố hợp kim này, thép hợp kim sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với thép cacbon, chẳng hạn như:
- Về cơ tính: Thép hợp kim thường có độ bền cao hơn đáng kể so với thép cacbon, đặc biệt sau quá trình nhiệt luyện như tôi và ram.
- Về khả năng chịu nhiệt: Thép hợp kim có thể duy trì độ bền cao ngay cả ở nhiệt độ trên 200°C. Để đạt được điều này, thép cần được hợp kim hóa với một số nguyên tố ở hàm lượng tương đối cao.
- Các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt: Như từ tính, khả năng giãn nở nhiệt và khả năng chống ăn mòn.
Ký hiệu tiêu chuẩn của thép hợp kim
Ký hiệu thép hợp kim theo tiêu chuẩn Việt Nam tuân theo một quy tắc nhất định, cụ thể như sau:
- Thép chứa 0,09 – 0,16% C, 0,6 – 0,9% Cr, 2,75 – 3,75% Ni được ký hiệu là 12CrNi3.
- Thép chứa 0,36 – 0,44% C, 0,8 – 1% Cr được ký hiệu là 40Cr.
- Thép chứa 1,25 – 1,5% C, 0,4 – 0,7% Cr, 4,5 – 5,5% W được ký hiệu là 140CrW5 hoặc CrW5.
- Thép chứa 0,85 – 0,95% C, 1,2 – 1,6% Si, 0,95 – 1,25% Cr được ký hiệu là 90CrSi.
Các tính năng cơ bản của thép hợp kim
Một số tính năng cơ bản của thép hợp kim có thể kể đến như:
- Cơ tính: Thép hợp kim có độ bền vượt trội so với thép cacbon, nhưng điều này dẫn đến độ dẻo thấp hơn.
- Khả năng chịu nhiệt: Thép hợp kim có thể duy trì cơ tính cao ở nhiệt độ trên 200°C. Tuy nhiên, để đạt được điều này, chúng ta cần phải hợp kim hóa thép với một số nguyên tố ở hàm lượng khá cao.
- Lý – hóa tính: Nhờ việc bổ sung các nguyên tố với hàm lượng nhất định, thép hợp kim sở hữu các tính chất đặc biệt như: (1) Giãn nở nhiệt đặc biệt, (2) Có hoặc không có từ tính, (3) Khả năng chống han gỉ và chống ăn mòn khá tốt.
Các loại thép hợp kim phổ biến
Thép hợp kim có 3 cách phân chia chính. Các loại thép hợp kim phổ biến có thể kể đến như:
Phân loại theo nồng độ hợp kim trong thép
Phân loại theo hàm lượng hợp kim trong thép, gồm ba loại:
- Thép hợp kim thấp: Tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim dưới 2,5%.
- Thép hợp kim trung bình: Tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim từ 2,5% đến 10%.
- Thép hợp kim cao: Tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim trên 10%.
Phân loại theo nguyên tố hợp kim
Cách phân loại này dựa trên tên của các nguyên tố hợp kim chủ yếu có trong thép. Ví dụ, thép chứa crôm được gọi là thép crôm, thép chứa mangan gọi là thép mangan và thép chứa niken được gọi là thép niken…
Hợp kim sắt:
- Hợp kim sắt: Là hợp kim với nguyên tố chính là sắt, kết hợp với các nguyên tố hóa học khác nhằm cải thiện nhược điểm của sắt. Hợp kim sắt được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng và sản xuất các vật dụng phục vụ đời sống hàng ngày.
- Gang: Là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó cacbon chiếm từ 2 đến 5% tổng khối lượng. Gang được chia thành hai loại chính: gang trắng và gang xám.
- Thép: Tương tự như gang, nhưng chứa thêm các nguyên tố như silic, mangan… Hàm lượng cacbon trong thép chỉ chiếm từ 0,01 đến 2% khối lượng hợp kim. Thép được phân thành hai loại: thép thường và thép đặc biệt.
Hợp kim đồng:
- Latông (đồng thau): Là hợp kim của đồng với kẽm, cùng với các nguyên tố phụ khác như Pb, Ni, Sn… Latông được chia thành hai loại: latông đơn giản (chỉ chứa Cu và Zn) và latông phức tạp (có thêm các nguyên tố khác như Pb, Al, Sn, Ni…).
- Brông (đồng thanh): Là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác, ngoại trừ Zn. Brông được phân loại dựa trên nguyên tố phụ: chẳng hạn, Cu-Sn gọi là brông thiếc, Cu-Al gọi là brông nhôm.
Hợp kim nhôm: Là hợp kim với nguyên tố chính là nhôm (Al), kết hợp với các nguyên tố khác như đồng, thiếc, mangan, silic, magie… Hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm như chai, lọ, thiết bị ô tô, máy bay, tàu vũ trụ…
- Hợp kim nhôm biến dạng: Gồm loại có thể hóa bền bằng nhiệt luyện và loại không thể hóa bền bằng nhiệt luyện. Loại này thường được dùng cho các sản phẩm như chai lọ, hũ, nồi nhôm…
- Hợp kim nhôm đúc: Chứa thành phần silic (5-20%) và magie (0,3-0,5%) để tạo pha hợp chất hóa bền Mg2Si, cùng với việc bổ sung đồng (3-5%) để cải thiện cơ tính và tính đúc, chủ yếu dùng trong động cơ đốt, piston…
Hợp kim xen kẽ: Hình thành khi các nguyên tử nhỏ của nguyên tố hợp kim trượt vào giữa các nguyên tử kim loại chính trong mạng tinh thể. Thép là một ví dụ điển hình, trong đó các nguyên tử carbon xen vào giữa các nguyên tử sắt.
Hợp kim titan: Là hợp kim với titan làm nguyên tố chính, kết hợp với các nguyên tố khác như Al, Mo, V, Co, Ni, Cr, Mn, Cu, Fe,.. tạo ra các loại hợp kim với tính chất và ứng dụng khác nhau.
- Hợp kim chứa 6% nhôm và 4% vanadi là loại phổ biến nhất, chiếm hơn 50% tổng lượng titan được sử dụng trên toàn thế giới.
- Hợp kim chứa 5% nhôm và 2,5% thiếc hoặc 3% nhôm và 2,5% vanadi, cùng với hơn 35 loại hợp kim titan khác, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực tùy theo đặc tính riêng của chúng.
Phân loại theo công dụng
Phân loại theo công dụng là phương pháp phân loại chính, dựa trên công dụng cụ thể. Hợp kim được chia thành các nhóm:
Thép hợp kim kết cấu: Được tạo ra bằng cách thêm các nguyên tố hợp kim vào thép kết cấu cơ bản. Loại thép này có hàm lượng cacbon từ 0,1% đến 0,85% và tỉ lệ phần trăm các nguyên tố hợp kim thấp. Nó được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng cao, yêu cầu độ cứng, khả năng chịu mài mòn hoặc tính đàn hồi cao.
Theo tiêu chuẩn TCVN, thép hợp kim được ký hiệu theo hàm lượng cacbon (phần vạn) và các nguyên tố hợp kim, đi kèm với tỉ lệ phần trăm. Nếu tỉ lệ gần 1% có thể lược bỏ chỉ số. Chữ “A” cuối ký hiệu chỉ loại thép chất lượng cao.
Ví dụ: Các mác thép hợp kim kết cấu như 15Cr, 20CrNi, 12CrNi3A (chỉ hàm lượng Cr, Ni dưới 1%), trong đó chữ “A” biểu thị chất lượng tốt.
Ngày nay, thép hợp kim thấp có độ bền cao (HSLA – High Strength Low Alloy Steel) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ độ bền, khả năng chống ăn mòn, tính hàn tốt và giá thành rẻ.
Phân biệt thép hợp kim và thép không gỉ
Thép không gỉ và thép hợp kim dù cùng thuộc họ thép, nhưng lại sở hữu những đặc tính vật lý và hóa học khác nhau. Sự khác biệt này chủ yếu đến từ thành phần hợp kim và quá trình sản xuất. Bảng sau đây sẽ giúp bạn phân biệt rõ ràng hai loại thép này.
| Đặc điểm | Thép không gỉ | Thép hợp kim |
| Thành phần hóa học | Chứa ít nhất 10,5% crom, có thể có niken, molypden. | Chứa các nguyên tố khác ngoài sắt và carbon như mangan, silicon, niken, boron, crom, vanadi, v.v. |
| Độ dẫn nhiệt (W/m-K) | 11,2-36,7 | 26-48,6 |
| Độ bền kéo (MPa) | 515-827 | 758-1882 |
| Ứng dụng | Đồ gia dụng, phụ kiện ô tô, dao kéo, xây dựng, công nghiệp hóa chất… | Đường ray, két an toàn, nam châm, bánh răng, trục thép, cáp thép, thân xe, vỏ tàu… |
| Đặc điểm nổi bật | Chống ăn mòn, bền, sáng bóng. | Độ bền cao, chịu nhiệt tốt, tính chất cơ học đa dạng. |
Ứng dụng của thép hợp kim
Thép hợp kim là một trong những loại thép được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế, được sử dụng để chế tạo các sản phẩm và chi tiết phục vụ đời sống hàng ngày. Các sản phẩm từ thép hợp kim thường có độ cứng cao.
- Ứng dụng: Thép hợp kim được sử dụng trong ngành đúc cơ khí, chế tạo máy, linh kiện ô tô, thiết bị tàu thủy, v.v.
- Chế tạo: Thép hợp kim là vật liệu chính để chế tạo các trục động cơ, trục chịu tải trọng nhẹ và vừa, bánh răng, v.v.
- Máy móc: Thép hợp kim được dùng để chế tạo các chi tiết máy móc như con lăn, bulong, thớt đỡ, tay quay, v.v.
- Kết cấu thép: Thép hợp kim được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng cao trong các sản phẩm kết cấu thép.
- Xây dựng: Thép hợp kim còn được ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng.
Thép hợp kim được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
Trong bối cảnh nền công nghiệp ngày càng hiện đại, việc hiểu rõ thép hợp kim là gì sẽ giúp chúng ta tận dụng tối đa những ưu điểm vượt trội của loại vật liệu này. Với tính chất cơ học cao, khả năng chống ăn mòn và độ bền vượt trội, thép hợp kim đã và đang đóng vai trò then chốt trong nhiều lĩnh vực quan trọng như cơ khí, xây dựng và chế tạo máy. Nhờ đó, thép hợp kim trở thành một trong những vật liệu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày và sự phát triển công nghệ.
- Thu mua phế liệu KCN Việt Hương - Tháng chín 22, 2024
- Thu mua phế liệu KCN Long Hậu - Tháng chín 21, 2024
- Thu mua phế liệu KCN Hiệp Phước - Tháng chín 21, 2024
Bài viết liên quan
Xem tất cả