Thép AISI 3130: Tính chất và ứng dụng chính

Thép AISI 3130 được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình, chủ yếu được biết đến với sự cân bằng tuyệt vời giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn. Loại thép này được đặc trưng bởi các nguyên tố hợp kim của nó, bao gồm cacbon, mangan và crom, mỗi nguyên tố góp phần tạo nên các đặc tính tổng thể của nó. Hàm lượng cacbon thường dao động từ 0,28% đến 0,34%, trong khi mangan và crom có ​​mặt với số lượng đáng kể, giúp tăng cường khả năng tôi và độ bền.

Tổng quan toàn diện

Thép AISI 3130 chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính chất cơ học tốt và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Các nguyên tố hợp kim đóng vai trò quan trọng: cacbon làm tăng độ cứng và độ bền, mangan tăng cường độ dẻo dai và khả năng tôi luyện, và crom cải thiện khả năng chống ăn mòn và tính chất mài mòn.

Các đặc điểm quan trọng nhất của AISI 3130 bao gồm độ bền kéo cao, độ dẻo tốt và khả năng gia công tuyệt vời, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Tuy nhiên, nó có những hạn chế, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn thấp hơn so với thép không gỉ và khả năng giòn ở nhiệt độ thấp.

Trên thị trường, AISI 3130 được công nhận về tính linh hoạt và thường được sử dụng trong sản xuất bánh răng, trục và các thành phần cấu trúc khác. Theo truyền thống, nó là vật liệu chính trong các ngành công nghiệp như ô tô và máy móc, nơi sức mạnh và độ bền là tối quan trọng.

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	G31300	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn gần nhất tương đương với AISI 4130, với một số khác biệt nhỏ về thành phần.
AISI/SAE	3130	Hoa Kỳ	Tên gọi thông dụng ở Bắc Mỹ.
Tiêu chuẩn ASTM	A29/A29M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn chung cho thép hợp kim.
VI	30CrMo	Châu Âu	Tương đương với những tính chất tương tự nhưng tiêu chuẩn khác nhau.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCM430	Nhật Bản	Chất lượng tương đương với một số thay đổi nhỏ về thành phần.

Sự khác biệt giữa AISI 3130 và các loại tương đương, chẳng hạn như AISI 4130, thường nằm ở tỷ lệ phần trăm cụ thể của các nguyên tố hợp kim, có thể ảnh hưởng đến khả năng tôi và độ dẻo dai. Ví dụ, AISI 4130 thường có hàm lượng crom cao hơn, có thể tăng cường độ bền và khả năng tôi so với AISI 3130.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,28 - 0,34
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Cr (Crom)	0,40 - 0,60
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,035
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,040

Vai trò chính của carbon trong AISI 3130 là tăng cường độ cứng và độ bền kéo, trong khi mangan góp phần cải thiện độ dẻo dai và khả năng làm cứng. Crom làm tăng khả năng chống mài mòn và cung cấp một số mức độ chống ăn mòn, giúp thép bền hơn trong nhiều môi trường khác nhau.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị mét - SI)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Ủ	580 - 700MPa	84 - 102 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	350 - 450MPa	51 - 65 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	20-25%	20-25%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Ủ	170 - 210 HB	170 - 210 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	Charpy ở -20°C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho AISI 3130 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 mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	45 W/m·K	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·trong

Mật độ và điểm nóng chảy của AISI 3130 cho thấy nó phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao, trong khi độ dẫn nhiệt của nó cho thấy đặc tính tản nhiệt tốt, có lợi trong các quá trình gia công và tạo hình.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ.
Axit sunfuric	10	25/77	Nghèo	Không khuyến khích.
Natri Hydroxit	50	60/140	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn do ứng suất.

AISI 3130 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và môi trường ôn hòa. Tuy nhiên, nó dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất trong môi trường giàu clorua, khiến nó ít phù hợp hơn cho các ứng dụng hàng hải so với thép không gỉ. Khi so sánh với AISI 4140, có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do hàm lượng crom cao hơn, AISI 3130 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 ứng dụng ở nhiệt độ trung bình.
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 ở nhiệt độ cao hơn.
Cân nhắc về sức bền biến dạng	450	842	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ cao.

Ở nhiệt độ cao, AISI 3130 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa và đóng cặn, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Xử lý nhiệt thích hợp có thể tăng cường các đặc tính của nó, nhưng phải cẩn thận để tránh tiếp xúc quá mức với 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.
Dán	E7018	Không có	Thích hợp cho các phần dày hơn.

AISI 3130 thường được coi là có thể hàn được, nhưng nên 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	Tiêu chuẩn AISI 3130	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	AISI 1212 dễ gia công hơn.
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh độ mòn của dụng cụ.

AISI 3130 có khả năng gia công tốt, nhưng cần phải lưu ý lựa chọn tốc độ cắt và dụng cụ phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu hao mòn.

Khả năng định hình

AISI 3130 có thể được tạo hình nguội và nóng, với độ dẻo tốt cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh làm cứng quá mức, có thể dẫn đến nứt trong quá trình tạo hình. Nên tuân thủ bán kính uốn cong được khuyến nghị để có kết quả tối ưu.

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	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 giờ	Không khí	Cải thiện độ dẻo và giảm độ cứng.
Làm nguội	800 - 850 / 1472 - 1562	30 phút	Dầu hoặc Nước	Tăng độ cứng và sức mạnh.
Làm nguội	400 - 600 / 752 - 1112	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn và tăng độ dẻo dai.

Trong quá trình xử lý nhiệt, AISI 3130 trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường cấu trúc vi mô, dẫn đến cải thiện các tính chất cơ học. Xử lý nhiệt thích hợp là rất quan trọng để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ bền và độ dẻo.

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 kéo cao, khả năng gia công tốt	Cần thiết cho độ bền và hiệu suất.
Máy móc	Trục	Độ bền, khả năng chống mài mòn	Cần thiết cho các ứng dụng chịu tải.
Hàng không vũ trụ	Thành phần cấu trúc	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng	Quan trọng cho sự an toàn và hiệu quả.

Các ứng dụng khác bao gồm:

• • Thiết bị xây dựng
• • Các thành phần của ngành dầu khí
• • Linh kiện máy móc hạng nặng

AISI 3130 được lựa chọn cho các ứng dụng này do có các tính chất cơ học tuyệt vời, mang lại độ bền và sức mạnh cần thiết 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	Tiêu chuẩn AISI 3130	Tiêu chuẩn AISI 4140	Tiêu chuẩn AISI 1045	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	AISI 4140 có độ bền vượt trội.
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Tốt	Nghèo	AISI 4140 phù hợp hơn với môi trường ăn mòn.
Khả năng hàn	Tốt	Hội chợ	Tốt	AISI 4140 yêu cầu phải cẩn thận hơn khi hàn.
Khả năng gia công	Tốt	Hội chợ	Xuất sắc	AISI 1045 dễ gia công hơn.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	Chi phí thay đổi tùy theo thành phần hợp kim.
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Rất phổ biến	AISI 1045 được sử dụng rộng rãi.

Khi lựa chọn AISI 3130, cần cân nhắc đến tính hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù nó cung cấp sự cân bằng tốt về các đặc tính, các lựa chọn thay thế như AISI 4140 có thể phù hợp hơn cho các ứng dụng có độ bền cao, trong khi AISI 1045 có thể được ưa chuộng hơn vì dễ gia công.

Tóm lại, thép AISI 3130 là thép hợp kim cacbon trung bình đa năng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do có đặc tính cơ học thuận lợi và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Việc lựa chọn và xử lý thích hợp có thể tối ưu hóa hiệu suất của nó trong các ứng dụng cụ thể, khiến nó trở thành vật liệu có giá trị trong kỹ thuật và sản xuất.