Thép không gỉ 4116: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 4116 là hợp kim hiệu suất cao được biết đến với sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống mài mòn. Được phân loại là thép không gỉ martensitic , nó chủ yếu bao gồm sắt, crom và carbon, với các nguyên tố hợp kim bổ sung giúp tăng cường các đặc tính của nó. Các nguyên tố hợp kim chính trong 4116 bao gồm:

• Crom (Cr) : Thường chiếm khoảng 12-14%, crom có ​​khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và góp phần tạo nên độ cứng của thép.
• Cacbon (C) : Với hàm lượng cacbon khoảng 0,4-0,5%, cacbon làm tăng độ cứng và độ bền thông qua xử lý nhiệt.
• Molypden (Mo) : Thường có hàm lượng nhỏ (khoảng 0,5-1%), molypden giúp tăng khả năng chống rỗ và độ dẻo dai tổng thể.

Đặc điểm chính

Thép không gỉ 4116 có đặc điểm là độ bền kéo cao, độ dẻo tốt và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải.

Ưu điểm (Pros) :
- Độ bền và độ cứng cao, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
- Khả năng chống mài mòn tốt, lý tưởng cho các dụng cụ cắt và ứng dụng công nghiệp.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình, phù hợp với nhiều môi trường khác nhau.

Hạn chế (Nhược điểm) :
- Khả năng chống ăn mòn kém hơn thép không gỉ austenit, hạn chế việc sử dụng trong môi trường có tính ăn mòn cao.
- Cần xử lý nhiệt cẩn thận để đạt được tính chất tối ưu, điều này có thể làm phức tạp quá trình chế tạo.

Trong lịch sử, 4116 đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong sản xuất dao, dụng cụ phẫu thuật và các công cụ khác, nơi cần có sự kết hợp giữa độ cứng và khả năng chống ăn 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	S41160	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 440C
AISI/SAE	4116	Hoa Kỳ	Tương tự như AISI 420 có hàm lượng carbon cao hơn
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép không gỉ
VI	1.4116	Châu Âu	Tương đương với X105CrMo17
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS440C	Nhật Bản	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý

Sự khác biệt giữa các loại thép này thường nằm ở hàm lượng carbon và quy trình xử lý nhiệt, có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của chúng.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,4 - 0,5
Cr (Crom)	12.0 - 14.0
Mo (Molipden)	0,5 - 1,0
Mn (Mangan)	0,5 - 1,0
Si (Silic)	0,5 tối đa
P (Phốt pho)	0,04 tối đa
S (Lưu huỳnh)	0,03 tối đa

Vai trò chính của crom là tăng khả năng chống ăn mòn, trong khi carbon làm tăng độ cứng và độ bền. Molypden cải thiện khả năng chống rỗ và tăng cường độ dẻo dai, khiến 4116 phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

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	Ủ	Nhiệt độ phòng	700 - 900MPa	101,5 - 130 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	450 - 600MPa	65,5 - 87,0 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	10-15%	10-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Ủ	Nhiệt độ phòng	30 - 40	30 - 40	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Ủ	-20°C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho thép không gỉ 4116 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng cơ học cao và tính toàn vẹn về mặt cấu trúc.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,75g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1450 - 1500 °C	2642 - 2732 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,72 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong

Mật độ và điểm nóng chảy của 4116 cho thấy nó phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng rất quan trọng đối với việc quản lý nhiệt trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-10	20-60 / 68-140	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40 / 68-104	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	5-20	20-60 / 68-140	Tốt	Sức đề kháng vừa phải

Thép không gỉ 4116 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường có clorua. Nó dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong môi trường giàu clorua. So với các loại austenit như 304 hoặc 316, 4116 có khả năng chống ăn mòn thấp hơn nhưng có độ cứng và khả năng chống mài mòn vượt trội.

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 cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600	1112	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	800	1472	Nguy cơ oxy hóa vượt quá giới hạn này

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 4116 vẫn giữ được độ bền nhưng dễ bị oxy hóa. Xử lý nhiệt đúng cách có thể nâng cao hiệu suất của nó 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
TIG	ER410	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER410	Argon + CO2	Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép không gỉ 4116 có thể được hàn bằng các phương pháp thông thường, nhưng thường được khuyến nghị nên gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể cải thiện các đặc tính cơ học của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	4116	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình	30-50 m/phút	80-120 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công 4116 đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về tốc độ cắt và dụng cụ. Nhìn chung, gia công loại thép này khó hơn so với thép có hàm lượng carbon thấp.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 4116 có khả năng định hình hạn chế do độ bền và độ cứng cao. Có thể định hình nguội, nhưng nên định hình nóng để giảm nguy cơ nứt. Bán kính uốn tối thiểu phải được tính toán cẩn thận để tránh hỏng vật liệu.

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	800 - 900 / 1472 - 1652	1-2 giờ	Không khí	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm cứng	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 phút	Dầu hoặc không khí	Tăng độ cứng và sức mạnh
Làm nguội	400 - 600 / 752 - 1112	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dẻo dai

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô của thép không gỉ 4116, biến đổi nó từ trạng thái mềm hơn sang trạng thái cứng phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

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)
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Độ cứng cao, chống ăn mòn	Độ bền và khử trùng
Ô tô	Dụng cụ cắt	Khả năng chống mài mòn, sức mạnh	Hiệu suất dưới áp lực
Hàng không vũ trụ	Linh kiện động cơ	Độ bền cao, khả năng chịu nhiệt	An toàn và độ tin cậy

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Dao và lưỡi dao
- Linh kiện máy móc công nghiệp
- Chốt và phụ kiện

Việc lựa chọn thép không gỉ 4116 trong các ứng dụng này chủ yếu là do sự cân bằng tuyệt vời giữa độ cứng và khả năng chống ăn mòn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các môi trường mà cả hai đặc tính đều quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	4116	AISI440C	AISI 420	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Khả năng chống ăn mòn cao hơn	Sức mạnh vừa phải	4116 có khả năng chống mài mòn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Sức đề kháng tuyệt vời	Sức đề kháng công bằng	440C tốt hơn cho môi trường ăn mòn
Khả năng hàn	Vừa phải	Nghèo	Vừa phải	4116 hàn tốt hơn 440C
Khả năng gia công	Vừa phải	Thấp	Vừa phải	4116 dễ gia công hơn 440C
Khả năng định hình	Giới hạn	Giới hạn	Vừa phải	420 có khả năng định hình tốt hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	Chi phí thay đổi theo nhu cầu thị trường
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Ít phổ biến hơn	Chung	4116 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép không gỉ 4116, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và đặc điểm chế tạo. Chi phí vừa phải và tính sẵn có của nó khiến nó trở thành lựa chọn thiết thực cho nhiều ứng dụng, mặc dù hiệu suất của nó trong môi trường ăn mòn cao có thể cần phải cân nhắc đến các loại thay thế.

Tóm lại, thép không gỉ 4116 là vật liệu đa năng, cân bằng giữa độ bền, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn vừa phải, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp.