10.9 Thép: Tính chất và ứng dụng chính

10.9 Thép, thường được gọi là Bolt Grade 10.9, là loại thép có độ bền cao chủ yếu được sử dụng trong sản xuất bu lông và ốc vít. Nó được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình, được đặc trưng bởi hàm lượng cacbon đáng kể (thường khoảng 0,8% đến 1,0%) và sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim như mangan, silic và đôi khi là crom. Các nguyên tố này góp phần tạo nên độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn tổng thể của thép.

Các đặc điểm quan trọng nhất của Thép 10.9 bao gồm độ bền kéo cao, có thể đạt tới 1.000 MPa (145 ksi) và khả năng chống mỏi tuyệt vời, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là trong khi Thép 10.9 mang lại nhiều lợi thế, chẳng hạn như tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao và khả năng gia công tốt, thì nó cũng có những hạn chế. Ví dụ, khả năng bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong một số môi trường nhất định có thể là mối quan tâm.

Trong lịch sử, Thép 10.9 đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại ốc vít hiệu suất cao, đặc biệt là trong các ngành ô tô và xây dựng, nơi độ tin cậy và an toàn là tối quan trọng. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, với việc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ bền cao.

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	G10450	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 4140
AISI/SAE	1045	Hoa Kỳ	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn ASTM	A325	Hoa Kỳ	Được sử dụng cho bu lông kết cấu
VI	10.9	Châu Âu	Tiêu chuẩn cho bu lông cường độ cao
ĐẠI HỌC	10.9	Đức	Tương tự như tiêu chuẩn EN
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCM435	Nhật Bản	Tương đương với các tính chất khác nhau
Tiêu chuẩn ISO	10.9	Quốc tế	Tiêu chuẩn toàn cầu cho bu lông cường độ cao

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho Thép 10.9. Đáng chú ý, trong khi các loại như AISI 4140 và SCM435 thường được coi là tương đương, chúng có thể thể hiện các tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn khác nhau, điều này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,8 - 1,0
Mn (Mangan)	0,6 - 0,9
Si (Silic)	0,15 - 0,4
Cr (Crom)	0,0 - 0,25
P (Phốt pho)	≤ 0,025
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,025

Các nguyên tố hợp kim chính trong Thép 10.9 bao gồm cacbon, mangan và silic. Cacbon rất quan trọng để tăng độ cứng và độ bền, trong khi mangan cải thiện khả năng tôi và độ dẻo dai. Silic góp phần tăng độ bền và khả năng chống oxy hóa.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	800 - 1.000MPa	1160 - 145 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	600 - 850MPa	87 - 123 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	10-15%	10-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Làm nguội & tôi luyện	28 - 34HRC	28 - 34HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	-	27 J (ở -20°C)	20 ft-lbf (ở -4°F)	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của Thép 10.9 làm cho nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học cao và tính toàn vẹn của cấu trúc. Độ bền kéo và độ bền chảy cao cho phép nó chịu được các lực đáng kể, trong khi độ giãn dài và độ bền va đập của nó cho thấy độ dẻo dai và độ bền tốt.

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	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	-	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	-	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·ft

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và điểm nóng chảy rất quan trọng đối với các ứng dụng mà trọng lượng và hiệu suất nhiệt là yếu tố quan trọng. Điểm nóng chảy cao của Thép 10.9 cho phép duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc ở nhiệt độ cao, khiến nó phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-10	20 - 60	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit	1 - 5	20 - 40	Nghèo	Không khuyến khích
Dung dịch kiềm	1 - 10	20 - 60	Hội chợ	Dễ bị SCC
Khí quyển	-	-	Tốt	Sức đề kháng vừa phải

10.9 Thép có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua và nứt do ăn mòn ứng suất trong dung dịch kiềm. So với thép không gỉ, chẳng hạn như 316 hoặc 304, khả năng chống ăn mòn của Thép 10.9 thấp hơn đáng kể, khiến nó ít phù hợp với môi trường biển hoặc môi trường có tính ăn mòn cao.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	300 °C	572 °F	Trên mức này, các thuộc tính bị suy thoái
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	400 °C	752 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	500 °C	932 °F	Nguy cơ oxy hóa

Ở nhiệt độ cao, Thép 10.9 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa và đóng cặn. Nhiệt độ sử dụng liên tục tối đa cho biết giới hạn trên của việc tiếp xúc kéo dài, vượt quá giới hạn này, các đặc tính cơ học có thể bị suy giảm.

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	Argon/CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Cần kiểm soát cẩn thận
Dán	E7018	-	Xử lý nhiệt sau khi hàn

10.9 Thép thường có thể hàn được, nhưng thường được khuyến nghị gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể giúp giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai ở vùng hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[10.9 Thép]	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	20 m/phút	40 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Khả năng gia công ở mức trung bình; mặc dù thép 10.9 có thể gia công hiệu quả nhưng cần tốc độ cắt chậm hơn và dụng cụ phù hợp để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

10.9 Thép có khả năng định hình hạn chế do độ bền cao. Có thể định hình nguội nhưng có thể cần lực đáng kể, trong khi định hình nóng có thể cải thiện độ dẻo. Hiệu ứng làm cứng khi gia công nên được xem xét trong quá trình gia công.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Làm nguội	800 - 900	30 phút	Dầu hoặc Nước	Làm cứng
Làm nguội	400 - 600	1 - 2 giờ	Không khí	Cải thiện độ bền

Các quy trình xử lý nhiệt như tôi và ram tăng cường đáng kể các tính chất cơ học của Thép 10.9. Tôi làm tăng độ cứng, trong khi ram giảm độ giòn và cải thiện độ dẻo dai.

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	Linh kiện động cơ	Độ bền kéo cao, chống mỏi	Độ tin cậy dưới áp lực
Sự thi công	Bu lông kết cấu	Độ bền kéo cao, khả năng chống ăn mòn	An toàn và độ bền
Máy móc	Chốt máy móc hạng nặng	Độ bền va đập, độ cứng	Hiệu suất dưới tải

Các ứng dụng khác bao gồm:
* Linh kiện hàng không vũ trụ
* Chốt hàng hải
* Thiết bị hạng nặng

10.9 Thép được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ tin cậy cao, đặc biệt là khi an toàn là yếu tố quan trọng. Các đặc tính cơ học của nó làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu trong môi trường khắc nghiệt.

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

Tính năng/Thuộc tính	10.9 Thép	Tiêu chuẩn AISI 4140	SCM435	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	10.9 cung cấp độ bền kéo vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Vừa phải	Vừa phải	Tốt	10.9 có khả năng chống ăn mòn kém hơn
Khả năng hàn	Hội chợ	Tốt	Tốt	10.9 yêu cầu làm nóng trước
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	10.9 khó gia công hơn
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Tốt	10.9 ít có khả năng định hình hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao	Hiệu quả về mặt chi phí cho độ bền cao
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Vừa phải	Cao	10.9 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn Thép 10.9, các cân nhắc như hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể là rất quan trọng. Độ bền cao của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều ứng dụng kỹ thuật, nhưng các vấn đề tiềm ẩn về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn cần được đánh giá cẩn thận.

Tóm lại, Thép 10.9 là vật liệu đa năng và hiệu suất cao phù hợp với nhiều ứng dụng, đặc biệt là khi độ bền và độ tin cậy là tối quan trọng. Hiểu được các đặc tính và hạn chế của nó là điều cần thiết để lựa chọn và ứng dụng vật liệu tối ưu.