Thép 4320: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 4320 được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình, chủ yếu được biết đến với sự cân bằng giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn. Loại thép này được đặc trưng bởi các thành phần hợp kim của nó, thường bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và molypden (Mo). Các thành phần này tăng cường khả năng làm cứng và các tính chất cơ học tổng thể của thép, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Thép 4320 thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, chẳng hạn như trong sản xuất bánh răng, trục và các thành phần khác chịu tải trọng động. Thành phần hóa học của nó thường bao gồm khoảng 0,20-0,25% cacbon, 0,70-0,90% mangan, 0,15-0,25% molypden và 0,40-0,60% niken, với hàm lượng crom dao động từ 0,70-0,90%. Sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim này góp phần tạo nên khả năng tôi luyện tuyệt vời, cho phép nó đạt được mức độ bền cao thông qua các quy trình xử lý nhiệt.

Ưu điểm chính của thép 4320 bao gồm khả năng gia công tốt, khả năng hàn và khả năng xử lý nhiệt để đạt được các tính chất cơ học mong muốn. Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế, chẳng hạn như dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định và có xu hướng ít chống ăn mòn hơn so với thép không gỉ. Theo truyền thống, thép 4320 có ý nghĩa quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, nơi các tính chất cơ học của nó rất quan trọng đối với hiệu suất và sự an toàn.

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	G43200	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 4320
AISI/SAE	4320	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A29/A29M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn chung cho thép hợp kim
VI	1.6523	Châu Âu	Cấp độ tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu
ĐẠI HỌC	34CrNiMo6	Đức	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SNCM420	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng khuyến nghị xử lý nhiệt khác nhau

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi G43200 và 1.6523 có thể có các đặc tính cơ học tương tự, hiệu suất của chúng trong các môi trường cụ thể hoặc trong các quy trình sản xuất cụ thể có thể khác nhau.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,20 - 0,25
Mn (Mangan)	0,70 - 0,90
Cr (Crom)	0,70 - 0,90
Ni (Niken)	0,40 - 0,60
Mo (Molipden)	0,15 - 0,25
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,035
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,040

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 4320 đóng vai trò quan trọng:
- Niken tăng cường độ dẻo dai và khả năng chịu va đập, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.
- Crom cải thiện khả năng làm cứng và chống ăn mòn.
- Molypden góp phần tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao và tăng cường độ dẻo dai tổng thể của thép.

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	650 - 850MPa	94 - 123 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 (Rockwell C)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	28 - 34HRC	28 - 34HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-20°C (-4°F)	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của thép 4320 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tải trọng động và yêu cầu về tính toàn vẹn của cấu trúc. Độ bền kéo và độ bền chảy cao, kết hợp với độ dẻo tốt, cho phép nó chịu được ứng suất đáng kể mà không bị hỏng.

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	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20°C	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·trong

Mật độ và điểm nóng chảy của thép 4320 cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó rất cần thiết cho các ứng dụng liên quan đến quản lý nhiệt. Điện trở suất có liên quan đến các ứng dụng mà độ dẫn điện là yếu tố cần xem xét.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5%	20-60°C	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10%	25°C	Nghèo	Không khuyến khích
Natri Hydroxit	50%	25°C	Tốt	Sức đề kháng hạn chế

Thép 4320 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường có clorua và dung dịch kiềm. Thép này dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường giàu clorua và nên thận trọng khi sử dụng trong điều kiện có tính axit. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, khả năng chống ăn mòn của thép 4320 thấp hơn đáng kể, khiến thép này ít phù hợp cho các ứng dụng trong 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	400°C	752°F	Thích hợp cho nhiệt độ vừa phải
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 vượt quá nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép 4320 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa. Hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao bị hạn chế và cần cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 400°C.

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	ER80S-Ni	Argon + CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép 4320 thường được coi là có thể hàn được, nhưng nên gia nhiệt trước để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể giúp giảm ứng suất dư và cải thiện độ dẻo dai.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép 4320	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70%	100%	4320 khó gia công hơn 1212
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	60-80 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Khả năng gia công của thép 4320 ở mức trung bình. Tốc độ cắt và dụng cụ tối ưu có thể nâng cao hiệu suất, nhưng có thể nảy sinh thách thức do độ bền của nó.

Khả năng định hình

Thép 4320 có thể được tạo hình nguội và nóng, nhưng phải cẩn thận để tránh làm cứng khi gia công. Bán kính uốn tối thiểu phải được xem xét trong quá trình tạo hình để tránh nứt.

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	700 - 800	1 - 2 giờ	Không khí	Làm mềm, cải thiện khả năng gia công
Làm nguội	850 - 900	30 phút	Dầu hoặc Nước	Làm cứng, tăng cường độ
Làm nguội	400 - 600	1 giờ	Không khí	Cải thiện độ bền

Các quy trình xử lý nhiệt làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của thép 4320, tăng cường các tính chất cơ học của nó. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi tôi luyện làm giảm độ giòn, tạo ra vật liệu cân bằng phù hợp với 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
Ô tô	Bánh răng	Độ bền kéo cao, độ dẻo dai	Độ bền dưới tải
Hàng không vũ trụ	Trục	Nhẹ, độ bền cao	Hiệu suất và an toàn
Dầu khí	Các thành phần van	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt

• Các ứng dụng khác bao gồm:
• Linh kiện máy móc hạng nặng
• Công cụ và khuôn mẫu
• Các thành phần cấu trúc trong xây dựng

Thép 4320 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận chịu tải trọng động.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép 4320	Tiêu chuẩn AISI 4140	Tiêu chuẩn AISI 4340	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	Độ bền rất cao	4340 có độ bền cao hơn nhưng ít dẻo hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Hội chợ	Tốt	4340 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Tốt	Hội chợ	Nghèo	4320 dễ hàn hơn 4340
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Nghèo	4140 dễ gia công hơn 4340
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	Chi phí thay đổi tùy theo thành phần hợp kim
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Ít phổ biến hơn	4320 có sẵn rộng rãi ở nhiều dạng khác nhau

Khi lựa chọn thép 4320, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng hàn và hiệu quả về mặt chi phí. Đây là vật liệu đa năng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng khả năng chống ăn mòn của nó có thể hạn chế việc sử dụng trong một số môi trường nhất định. Hiểu được sự đánh đổi giữa 4320 và các loại thép thay thế như AISI 4140 và AISI 4340 có thể giúp các kỹ sư đưa ra quyết định sáng suốt dựa trên các yêu cầu cụ thể của dự án.