Thép Nitralloy 135: Tính chất và ứng dụng chính

Thép Nitralloy 135 là thép hợp kim cacbon trung bình được thiết kế riêng cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao. Được phân loại là thép hợp kim, thép này chủ yếu chứa các nguyên tố như crom, molypden và nitơ, giúp tăng cường đáng kể các đặc tính cơ học và đặc tính hiệu suất của thép. Việc kết hợp các nguyên tố hợp kim này góp phần cải thiện khả năng làm cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi, giúp Nitralloy 135 phù hợp với các ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi khắt khe.

Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của Nitralloy 135 là khả năng đạt được độ cứng bề mặt cao thông qua quá trình thấm nitơ, một quá trình xử lý nhiệt khuếch tán nitơ vào bề mặt thép. Điều này tạo ra bề mặt cứng, chống mài mòn trong khi vẫn duy trì lõi cứng, điều này rất cần thiết cho các thành phần chịu ứng suất và mài mòn cao.

Ưu điểm và hạn chế

Thuận lợi:
- Độ bền và độ dẻo dai cao: Nitralloy 135 có độ bền kéo và khả năng chống va đập tuyệt vời, lý tưởng cho các ứng dụng hạng nặng.
- Khả năng thấm nitơ: Khả năng thấm nitơ làm tăng độ cứng bề mặt mà không ảnh hưởng đến độ bền lõi.
- Khả năng gia công tốt: Loại thép này có thể gia công hiệu quả, cho phép chế tạo các thành phần chính xác.

Hạn chế:
- Chi phí: Các thành phần hợp kim và quá trình thấm nitơ có thể khiến Nitralloy 135 đắt hơn thép cacbon tiêu chuẩn.
- Vấn đề về khả năng hàn: Mặc dù có thể hàn, nhưng phải đặc biệt cẩn thận để tránh nứt và đảm bảo tính toàn vẹn của mối nối.

Trong lịch sử, Nitralloy 135 đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm ô tô và hàng không vũ trụ, nơi các thành phần hiệu suất cao là rất quan trọng. Các đặc tính độc đáo của nó định vị nó như một vật liệu có giá trị trên thị trường, đặc biệt là đối với các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Liên Hiệp Quốc	G13500	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn gần nhất tương đương với AISI 4140 với sự khác biệt nhỏ về thành phần.
AISI/SAE	135	Hoa Kỳ	Tên gọi thông dụng ở Bắc Mỹ.
Tiêu chuẩn ASTM	A829	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép hợp kim.
VI	1.8510	Châu Âu	Tương đương ở Châu Âu với những đặc tính tương tự.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCr 440	Nhật Bản	Hiệu suất tương tự nhưng có các thành phần hợp kim khác nhau.

Sự khác biệt giữa các loại này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi G13500 và AISI 4140 tương tự nhau, khả năng thấm nitơ của Nitralloy 135 cung cấp độ cứng bề mặt được cải thiện mà AISI 4140 có thể không đạt được.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,30 - 0,35
Cr (Crom)	0,80 - 1,10
Mo (Molipden)	0,15 - 0,25
N (Nitơ)	0,02 - 0,05
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,035
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,025

Các nguyên tố hợp kim chính trong Nitralloy 135 đóng vai trò quan trọng:
- Crom: Tăng khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn.
- Molypden: Tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao và tăng độ dẻo dai.
- Nitơ: Tăng độ cứng bề mặt thông qua quá trình thấm nitơ, góp phần chống mài mòn.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	850 - 1000MPa	123 - 145 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	600 - 800MPa	87 - 116 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	12-18%	12-18%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	30-40HRC	30-40HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	Nhiệt độ phòng	-20°C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ giãn dài tốt, làm cho Nitralloy 135 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống chịu tải cơ học và tính toàn vẹn của cấu trúc. Độ cứng của nó cho phép nó chịu được sự mài mòn trong môi trường khắc nghiệt.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	-	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	20°C	45 W/m·K	31,2 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20°C	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20°C	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·trong

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và điểm nóng chảy rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến hoạt động ở nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt cho biết vật liệu có thể tản nhiệt tốt như thế nào, điều này rất quan trọng trong gia công tốc độ cao hoặc các ứng dụng ma sát cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5	25°C/77°F	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ.
Axit sunfuric	10-20	25°C/77°F	Nghèo	Không khuyến khích.
Dung dịch kiềm	5-10	25°C/77°F	Tốt	Sức đề kháng vừa phải.

Nitralloy 135 có khả năng chống ăn mòn vừa phải, đặc biệt là trong môi trường kiềm, nhưng dễ bị rỗ trong điều kiện giàu clorua. So với thép không gỉ, chẳng hạn như AISI 304, có khả năng chống ăn mòn vượt trội, Nitralloy 135 có thể không phù hợp với các ứng dụng tiếp xúc với các tác nhân ăn mòn mạnh.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	400°C	752°F	Thích hợp để tiếp xúc trong thời gian dài.
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500°C	932°F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn.
Nhiệt độ đóng băng	600°C	1112°F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên.

Ở nhiệt độ cao, Nitralloy 135 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa nếu tiếp xúc với không khí. Điều cần thiết là phải xem xét lớp phủ bảo vệ hoặc môi trường được kiểm soát cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
MIG	ER70S-6	Hỗn hợp Argon/CO2	Nên làm nóng trước.
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Cần xử lý nhiệt sau khi hàn.

Nitralloy 135 có thể được hàn bằng các quy trình tiêu chuẩn, nhưng thường cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt. Nên xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Hợp kim Nitralloy 135	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Cần có dụng cụ sắc bén và chất làm mát.
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh dựa trên độ mòn của dụng cụ.

Khả năng gia công tốt nhưng cần chú ý cẩn thận đến điều kiện gia công và cắt để tránh mài mòn quá mức.

Khả năng định hình

Nitralloy 135 có khả năng định hình ở mức trung bình. Có thể định hình nguội, nhưng nên định hình nóng để giảm nguy cơ làm cứng khi gia công. Nên tuân thủ bán kính uốn cong được khuyến nghị để tránh nứt.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Ủ	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1-2 giờ	Không khí hoặc dầu	Làm mềm, cải thiện khả năng gia công.
Làm nguội	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 phút	Dầu	Làm cứng, tăng cường độ bền.
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dẻo dai.

Các quy trình xử lý nhiệt làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của Nitralloy 135, tăng cường các tính chất cơ học của nó. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi tôi luyện giúp giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn (Tóm tắt)
Ô tô	Bánh răng và trục	Độ bền cao, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn	Cần thiết cho độ bền.
Hàng không vũ trụ	Các thành phần bánh đáp	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất.
Máy móc	Công cụ và khuôn mẫu	Độ cứng, khả năng gia công	Độ chính xác cần thiết cho hoạt động.

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Dầu khí: Các thành phần chịu ứng suất và mài mòn cao.
- Máy móc hạng nặng: Các chi tiết đòi hỏi khả năng chống mỏi cao.

Nitralloy 135 được lựa chọn cho các ứng dụng này do sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận phải chịu được điều kiện vận hành khắc nghiệt.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Hợp kim Nitralloy 135	Tiêu chuẩn AISI 4140	8620	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Vừa phải	Vừa phải	Nitralloy 135 có độ bền vượt trội.
Góc nhìn ăn mòn chính	Vừa phải	Hội chợ	Tốt	Nitralloy 135 có khả năng chống ăn mòn kém hơn.
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Tốt	Cần phải cẩn thận để tránh nứt.
Khả năng gia công	Tốt	Xuất sắc	Hội chợ	Cần có dụng cụ chuyên dụng.
Khả năng định hình	Vừa phải	Tốt	Tốt	Nên tạo hình nóng.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Thấp hơn	Chi phí có thể là một yếu tố trong việc lựa chọn.
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	Tính khả dụng có thể khác nhau tùy theo khu vực.

Khi lựa chọn Nitralloy 135, cần cân nhắc đến hiệu quả về mặt chi phí so với yêu cầu về hiệu suất, tính khả dụng trên thị trường và nhu cầu ứng dụng cụ thể. Các đặc tính độc đáo của nó làm cho nó phù hợp với các ứng dụng hiệu suất cao, nhưng người dùng tiềm năng nên cân nhắc lợi ích so với chi phí liên quan và thách thức chế tạo.

Tóm lại, Nitralloy 135 là loại thép đa năng cung cấp sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi khắt khe. Các đặc tính của nó, mặc dù có lợi, nhưng cần được cân nhắc cẩn thận về mặt chế tạo và ứng dụng để tối đa hóa hiệu suất và tuổi thọ.