Thép 8640: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 8640 là thép hợp kim cacbon trung bình, chủ yếu được phân loại là thép hợp kim thấp. Thép này được biết đến với độ bền, độ bền và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 8640 bao gồm niken, crom và molypden, giúp tăng cường các đặc tính cơ học và hiệu suất tổng thể của thép.

Tổng quan toàn diện

Thép 8640 được đặc trưng bởi thành phần cân bằng, thường bao gồm khoảng 0,40% cacbon, 0,70% mangan, 0,50% crom, 0,25% molypden và 1,50% niken. Sự kết hợp của các nguyên tố này góp phần tạo nên độ bền kéo cao và độ dẻo tốt, cho phép thép chịu được ứng suất và biến dạng đáng kể mà không bị hỏng. Sự hiện diện của niken và crom giúp cải thiện khả năng tôi của thép, trong khi molypden tăng cường khả năng chống mài mòn và mỏi.

Ưu điểm của thép 8640:
- Độ bền và độ dẻo dai cao: Thép 8640 thể hiện các tính chất cơ học tuyệt vời, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng chống va đập cao.
- Khả năng làm cứng tốt: Các thành phần hợp kim cho phép xử lý nhiệt hiệu quả, giúp cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn.
- Tính linh hoạt: Có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ và máy móc hạng nặng.

Hạn chế của thép 8640:
- Vấn đề về khả năng hàn: Do có chứa các thành phần hợp kim, 8640 có thể khó hàn nếu không được gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn đúng cách.
- Chi phí: Các nguyên tố hợp kim có thể làm cho thép 8640 đắt hơn so với thép cấp thấp hơn.

Theo truyền thống, thép 8640 đã được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng như bánh răng, trục và các thành phần khác đòi hỏi độ bền và độ bền cao. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp đòi hỏi hiệu suất đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.

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	G86400	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 8640
AISI/SAE	8640	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A829	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép hợp kim
VI	1.6511	Châu Âu	Cấp độ tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SNCM439	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng có sự khác biệt nhỏ về thành phần

Bảng trên nêu bật các ký hiệu khác nhau cho thép 8640 theo các tiêu chuẩn khác nhau. Đáng chú ý, trong khi SNCM439 thường được coi là tương đương, nó có thể có những thay đổi nhỏ về thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể, đặc biệt là về khả năng tôi và độ dẻo dai.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,38 - 0,43
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Cr (Crom)	0,40 - 0,60
Mo (Molipden)	0,15 - 0,25
Ni (Niken)	1,30 - 1,70

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 8640 đóng vai trò quan trọng:
- Niken (Ni): Tăng cường độ dẻo dai và khả năng chịu va đập, đặc biệt ở nhiệt độ thấp.
- Crom (Cr): Tăng khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn và ăn mòn.
- Molypden (Mo): Tăng độ bền ở nhiệt độ cao và tăng khả năng chống mềm.

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	15-20%	15-20%	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 8640 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, chẳng hạn như trong các thành phần ô tô và hàng không vũ trụ. Khả năng duy trì độ bền dưới ứng suất và chống biến dạng của nó rất quan trọng đối với tính toàn vẹn của cấu trúc trong các 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 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	20°C	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F

Mật độ và điểm nóng chảy của thép 8640 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.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Nước mặn	3,5%	25°C (77°F)	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10%	20°C (68°F)	Nghèo	Không khuyến khích
Clorua	1%	30°C (86°F)	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất

Thép 8640 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường nước muối, nơi có thể xảy ra hiện tượng rỗ. Không nên sử dụng thép này trong môi trường axit vì thép này có thể bị xuống cấp đáng kể. So với các loại thép như 4140 và 4340, có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do hàm lượng crom cao hơn, thép 8640 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°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 thang đo	600°C	1112°F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên

Ở nhiệt độ cao, thép 8640 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bắt đầu bị oxy hóa nếu không được bảo vệ đúng cách. Hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao là đủ, nhưng phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với điều kiện khắc nghiệt.

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-Ni1	Argon + CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER80S-Ni1	Khí Argon	Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn

Hàn thép 8640 đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về quá trình gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để tránh nứt và đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn. Các kim loại hàn được khuyến nghị sẽ tăng cường các đặc tính của mối hàn và duy trì khả năng tương thích với vật liệu cơ bản.

Khả năng gia công

Thông số gia công	8640 Thép	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 (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công thép 8640 có thể là một thách thức do độ cứng của nó, đòi hỏi phải có dụng cụ và tốc độ cắt phù hợp để đạt được kết quả tối ưu. Nên sử dụng dụng cụ cacbua và duy trì lưu lượng chất làm mát thích hợp để kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

Khả năng định hình

Thép 8640 có khả năng định hình vừa phải, phù hợp với các quy trình gia công nguội và nóng. Tuy nhiên, thép này phải chịu quá trình tôi luyện, điều này có thể hạn chế khả năng định hình của thép nếu không có kỹ thuật phù hợp. Bán kính uốn cong phải được tính toán cẩn thận để tránh nứt trong quá trình định hình.

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 lò sưởi	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm nguội	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 phút	Dầu hoặc nước	Làm cứng, tăng cường độ
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô của thép 8640, biến đổi nó từ trạng thái mềm hơn, dễ uốn hơn sang trạng thái cứng hơn, giòn hơn thông qua quá trình làm nguội, sau đó là ram để đạt được sự cân bằng giữa độ cứng và độ 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	Bánh răng	Độ bền cao, độ dẻo dai	Yêu cầu đối với các thành phần chịu tải
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Quan trọng đối với hiệu suất và sự an toàn
Máy móc hạng nặng	Trục	Khả năng chống mài mòn, độ bền mỏi	Cần thiết cho độ bền dưới áp lực

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị khoan dầu khí
- Linh kiện xe quân sự
- Dụng cụ và khuôn mẫu

Việc lựa chọn thép 8640 trong các ứng dụng này chủ yếu là do độ bền cao, độ dẻo dai và khả năng chịu được các 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	8640 Thép	Tiêu chuẩn AISI 4140	Tiêu chuẩn AISI 4340	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ bền cao hơn	Khả năng chống mỏi tốt hơn	4140 dẻo hơn, 4340 có độ bền cao hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Vừa phải	Hội chợ	Tốt	4140 và 4340 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	4140 dễ hàn hơn, 4340 cần được chăm sóc nhiều hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	4140 dễ gia công hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	4340 có xu hướng đắt hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Ít phổ biến hơn	4340 có thể có số lượng hạn chế

Khi lựa chọn thép 8640, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, hiệu quả về chi phí và tính khả dụng của nó. Mặc dù thép này có sự cân bằng tốt giữa độ bền và độ dẻo dai, nhưng các lựa chọn thay thế như 4140 và 4340 có thể phù hợp hơn với các ứng dụng cụ thể, đặc biệt là khi cần độ dẻo dai hoặc khả năng chống ăn mòn cao hơn. Ngoài ra, các đặc tính hàn và gia công nên được đánh giá dựa trên các quy trình chế tạo dự định để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong ứng dụng cuối cùng.