Thép 1137: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 1137 được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình, chủ yếu được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 1137 bao gồm cacbon (C), mangan (Mn) và silic (Si), ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ học và hiệu suất của nó trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Thép 1137 thường chứa hàm lượng cacbon khoảng 0,30% đến 0,40%, góp phần tạo nên độ bền và độ cứng của thép. Mangan, thường có trong khoảng 0,60% đến 0,90%, tăng cường khả năng tôi luyện và cải thiện độ bền kéo. Silic, thường ở mức khoảng 0,15% đến 0,40%, có tác dụng cải thiện quá trình khử oxy của thép trong quá trình nấu chảy và góp phần tạo nên độ bền tổng thể của thép.

Các đặc tính quan trọng nhất của thép 1137 bao gồm khả năng gia công tốt, tỷ lệ sức bền trên trọng lượng cao và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Những đặc tính này làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô và sản xuất.

Ưu điểm của thép 1137:
- Độ bền cao: Có khả năng chịu kéo và chịu lực tốt, phù hợp cho các ứng dụng chịu tải.
- Khả năng chống mài mòn: Khả năng chống mài mòn tuyệt vời, lý tưởng cho các bộ phận chịu ma sát.
- Khả năng gia công: Nhìn chung dễ gia công, cho phép thực hiện quy trình sản xuất hiệu quả.

Hạn chế của thép 1137:
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, có thể cần lớp phủ bảo vệ trong một số môi trường nhất định.
- Khả năng hàn: Mặc dù có thể hàn được, nhưng có thể cần phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để tránh nứt.

Theo truyền thống, thép 1137 đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm bánh răng, trục và các thành phần khác đòi hỏi độ bền và độ bền cao. Vị thế thị trường của nó rất vững chắc, với nhu cầu nhất quán trong các ngành công nghiệp ưu tiên hiệu suất và độ tin cậy.

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	G11370	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 1137
AISI/SAE	1137	Hoa Kỳ	Thép hợp kim cacbon trung bình
Tiêu chuẩn ASTM	A108	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép cacbon hoàn thiện nguội
VI	1.1181	Châu Âu	Cấp độ tương đương với sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	S45C	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng có giới hạn hàm lượng carbon khác nhau

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho thép 1137. Đáng chú ý, trong khi các loại như S45C và 1.1181 có vẻ tương đương, chúng có thể khác nhau về các nguyên tố hợp kim và tính chất cơ học cụ thể, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng quan trọng.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,30 - 0,40
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,04
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,05

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép 1137 như sau:
- Cacbon (C): Tăng độ cứng và độ bền thông qua quá trình gia cường dung dịch rắn và hình thành cacbua.
- Mangan (Mn): Tăng cường khả năng làm cứng và độ bền kéo, đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn của thép.
- Silic (Si): Hoạt động như chất khử oxy trong quá trình sản xuất thép và góp phần tạo nên độ bền tổng thể của thép.

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	Ủ	600 - 800MPa	87 - 116 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	350 - 500MPa	51 - 73 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	15-20%	15-20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Ủ	20-30HRC	20-30HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	-40°C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép 1137 đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến yêu cầu về tải trọng động và tính toàn vẹn của cấu trúc, chẳng hạn như trong các bộ phận ô tô và máy móc.

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/Phạm vi	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	20°C	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	20°C	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20°C	0,0006 Ω·m	0,00002 Ω·trong

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng mà trọng lượng và tản nhiệt là yếu tố quan trọng. Mật độ của thép 1137 cho phép thiết kế chắc chắn mà không cần trọng lượng quá mức, trong khi độ dẫn nhiệt của nó đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả trong các ứng dụng như thành phần động cơ.

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 rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40	Nghèo	Không khuyến khích
Natri Hydroxit	5-20	20-60	Hội chợ	Dễ bị SCC

Thép 1137 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường có clorua và các chất kiềm. Thép này dễ bị ăn mòn rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong một số điều kiện nhất định. So với các loại như AISI 4140, có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do hàm lượng crom cao hơn, thép 1137 có thể cần lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý trong môi trường ăn mòn.

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	752	Thích hợp cho nhiệt độ vừa phải
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500	932	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600	1112	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép 1137 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bắt đầu mất độ cứng và độ dẻo dai. Quá trình oxy hóa có thể trở thành mối quan tâm, đặc biệt là trên 600 °C, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các ứng dụng 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	Argon + CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép 1137 có thể hàn được nhưng cần phải gia nhiệt trước để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng được khuyến nghị để giảm ứng suất dư và cải thiện độ bền.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép 1137]	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	Khả năng gia công tốt, nhưng cứng hơn 1212
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Sử dụng công cụ thép tốc độ cao

Điều kiện gia công tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ sắc bén và tốc độ cắt phù hợp để đạt được bề mặt hoàn thiện và tuổi thọ công cụ tốt nhất.

Khả năng định hình

Thép 1137 có khả năng định hình tốt, phù hợp với cả quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận với bán kính uốn cong để tránh nứt, đặc biệt là trong các ứng dụng định hình nguội.

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
Ủ	600 - 700	1 - 2 giờ	Không khí	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm nguội + Tôi luyện	850 - 900	30 phút	Dầu	Tăng độ cứng và sức mạnh

Trong quá trình xử lý nhiệt, thép 1137 trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường các tính chất cơ học của nó. Làm nguội sau đó là ram có thể làm tăng đáng kể độ cứng trong khi vẫn duy trì 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
Ô tô	Bánh răng	Độ bền cao, chống mài mòn	Cần thiết cho độ bền
Chế tạo	Trục	Độ bền, khả năng gia công	Quan trọng đối với hiệu suất
Hàng không vũ trụ	Thành phần cấu trúc	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng	Quan trọng cho hiệu quả

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Linh kiện máy móc
- Chốt
- Dụng cụ

Thép 1137 thường được lựa chọn vì độ bền và khả năng gia công cân bằng, khiến nó trở nên lý tưởng cho các linh kiện đòi hỏi cả độ bền và dễ sản xuất.

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

Tính năng/Thuộc tính	[Thép 1137]	[AISI 4140]	[AISI 1045]	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ bền cao hơn	Sức mạnh vừa phải	4140 có độ bền tốt hơn nhưng khó gia công hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	4140 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do có crom
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	4140 có thể cần làm nóng trước nhiều hơn
Khả năng gia công	Tốt	Hội chợ	Xuất sắc	1045 dễ gia công hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	Chi phí cân nhắc khác nhau tùy theo ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Ít phổ biến hơn	Rất phổ biến	1045 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép 1137, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, hiệu quả về chi phí và tính khả dụng của nó. Mặc dù nó cung cấp sự cân bằng tốt giữa độ bền và khả năng gia công, các lựa chọn thay thế như AISI 4140 có thể được ưu tiên trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền hoặc khả năng chống ăn mòn cao hơn. Ngoài ra, khả năng hàn và khả năng gia công vừa phải của thép 1137 khiến nó phù hợp với nhiều quy trình sản xuất khác nhau, mặc dù phải cẩn thận để tránh các vấn đề trong quá trình chế tạo.