Thép K340: Tổng quan về tính chất và ứng dụng chính

Thép K340, còn được gọi là Thép công cụ Bohler, là thép công cụ hiệu suất cao chủ yếu được phân loại là thép hợp kim cacbon cao. Nó được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn và độ bền đặc biệt. Các nguyên tố hợp kim chính trong K340 bao gồm crom, molypden và vanadi, giúp tăng đáng kể độ cứng, khả năng chống mài mòn và các đặc tính cơ học tổng thể của nó.

Tổng quan toàn diện

Thép K340 có đặc điểm là hàm lượng carbon cao, thường dao động từ 0,9% đến 1,1%, cùng với hỗn hợp cân bằng giữa crom (4,0% đến 5,0%), molypden (1,0% đến 1,5%) và vanadi (0,5% đến 1,0%). Các nguyên tố hợp kim này góp phần vào khả năng duy trì độ cứng của thép ở nhiệt độ cao, khiến thép phù hợp với các dụng cụ cắt và khuôn cắt tốc độ cao.

Các đặc điểm đáng kể của thép K340 bao gồm:

• Độ cứng cao : Độ cứng có thể đạt được có thể vượt quá 60 HRC sau khi xử lý nhiệt thích hợp.
• Khả năng chống mài mòn tuyệt vời : Các thành phần hợp kim có khả năng chống mài mòn và chống mài mòn vượt trội, rất lý tưởng cho các ứng dụng gia công.
• Độ bền tốt : Mặc dù có độ cứng cao, K340 vẫn duy trì được độ bền cho phép chịu được va đập mà không bị gãy.

Thuận lợi :
- Khả năng chống mài mòn vượt trội giúp sản phẩm phù hợp với các dụng cụ hiệu suất cao.
- Độ cứng cao vẫn được duy trì ở nhiệt độ cao giúp kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.
- Ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm ô tô và hàng không vũ trụ.

Hạn chế :
- Dễ bị giòn nếu không được xử lý nhiệt đúng cách.
- Do độ cứng của nó nên cần gia công và chế tạo cẩn thận.
- Chi phí cao hơn so với thép hợp kim thấp hơn.

Thép K340 giữ vị trí quan trọng trên thị trường thép công cụ, thường được lựa chọn cho các ứng dụng mà hiệu suất và độ bền là tối quan trọng. Ý nghĩa lịch sử của nó nằm ở sự phát triển của nó đối với các công cụ cắt hiệu suất cao, phát triển cùng với những tiến bộ trong công nghệ sản xuất.

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	T42040	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với K340
AISI/SAE	AISI D2	Hoa Kỳ	Sự khác biệt nhỏ về thành phần; D2 có độ dẻo dai thấp hơn
Tiêu chuẩn ASTM	A681	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép công cụ
VI	1.2379	Châu Âu	Tương đương với các tính chất tương tự
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SKD11	Nhật Bản	Hiệu suất tương tự nhưng độ bền khác nhau

Sự khác biệt giữa K340 và các loại tương đương, chẳng hạn như AISI D2 và JIS SKD11, có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi D2 có khả năng chống mài mòn tốt, độ bền cao hơn của K340 có thể được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng chịu tải va đập.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,9 - 1,1
Cr (Crom)	4.0 - 5.0
Mo (Molipden)	1.0 - 1.5
V (Vanadi)	0,5 - 1,0
Mn (Mangan)	0,2 - 0,5
Si (Silic)	0,2 - 0,5
P (Phốt pho)	≤ 0,03
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép K340 bao gồm:
- Crom : Tăng khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn.
- Molypden : Cải thiện độ dẻo dai và độ bền ở nhiệt độ cao.
- Vanadi : Tăng khả năng chống mài mòn và cải thiện cấu trúc hạt, góp phần tăng độ bền tổng thể.

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	1800 - 2200MPa	261 - 319 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	1500 - 1900MPa	217 - 276 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	5-10%	5-10%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	58 - 62HRC	58 - 62HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	Làm nguội & tôi luyện	-20 °C	20 - 30 giờ	14,8 - 22,1 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép K340 đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học cao và yêu cầu về tính toàn vẹn về cấu trúc, chẳng hạn như dụng cụ cắt, khuôn và khuôn đúc.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1450 °C	2600 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0006 Ω·m	0,0004 Ω·trong

Ý nghĩa thực tiễn của các tính chất vật lý của K340 bao gồm:
- Mật độ : Ảnh hưởng đến trọng lượng và độ cân bằng của các dụng cụ làm từ K340, rất quan trọng đối với các ứng dụng chính xác.
- Độ dẫn nhiệt : Quan trọng đối với khả năng tản nhiệt trong các ứng dụng cắt tốc độ cao, ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt.
- Điểm nóng chảy : Biểu thị khả năng chịu được nhiệt độ cao của thép mà không làm mất tính toàn vẹn về mặt cấu trúc.

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 ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10-30	25-50	Nghèo	Không khuyến khích
Natri Hydroxit	5-20	20-60	Tốt	Sức đề kháng vừa phải

Thép K340 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường có clorua và dung dịch kiềm. Tuy nhiên, thép này dễ bị rỗ trong môi trường giàu clorua và nên tránh sử dụng trong điều kiện có tính axit. So với các loại thép công cụ khác như D2 và SKD11, thép K340 có độ bền tốt hơn nhưng có thể không hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý bề mặt trong các ứng dụng cụ thể.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	500	932	Thích hợp cho việc sử dụng lâu dài
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600	1112	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	700	1292	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	400	752	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép K340 vẫn giữ được độ cứng và độ bền, phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tải nhiệt cao. Tuy nhiên, quá trình oxy hóa có thể trở thành mối lo ngại, đặc biệt là ở nhiệt độ vượt quá 600 °C (1112 °F). Xử lý nhiệt và phủ bề mặt thích hợp có thể giảm thiểu những vấn đề này.

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	ER80S-D2	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn
Dán	E7018	-	Yêu cầu làm nóng trước

Thép K340 có thể hàn được, nhưng phải cẩn thận để tránh nứt. Nên nung nóng trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai. Các khuyết tật thường gặp bao gồm độ xốp và nứt nếu không được quản lý đúng cách.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép K340	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	K340 khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình	20 m/phút	40 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Độ cứng của thép K340 gây ra những thách thức trong gia công, đòi hỏi dụng cụ chuyên dụng và tốc độ cắt chậm hơn. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng dụng cụ cacbua và chất làm mát thích hợp để quản lý nhiệt.

Khả năng định hình

Thép K340 không thực sự phù hợp cho các quy trình tạo hình mở rộng do độ cứng cao. Tạo hình nguội có thể dẫn đến nứt, trong khi tạo hình nóng khả thi hơn nhưng đòi hỏi phải kiểm soát nhiệt độ cẩn thận để tránh mất độ cứng.

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 - 850 / 1472 - 1562	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công
Làm nguội	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 phút	Dầu	Tăng độ cứng
Làm nguội	500 - 600 / 932 - 1112	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 và tính chất của K340. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi tôi luyện cân bằng độ cứng và độ dẻo dai, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

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	Dụng cụ cắt	Độ cứng cao, chống mài mòn	Tuổi thọ dụng cụ kéo dài
Hàng không vũ trụ	Khuôn cho các bộ phận tổng hợp	Độ bền, độ ổn định nhiệt	Yêu cầu hiệu suất cao
Chế tạo	Khuôn dập	Khả năng chống mài mòn, sức mạnh	Độ bền dưới áp lực

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Dụng cụ gia công chính xác
- Khuôn ép phun
- Lưỡi cắt

Thép K340 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì khả năng chống mài mòn vượt trội và khả năng duy trì hiệu suất trong điều kiện ứng suất cao.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép K340	AISI D2	SKD11	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Khả năng chống mài mòn tốt	Độ dai vừa phải	K340 cung cấp độ bền vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Kém trong môi trường axit	Công bằng trong clorua	K340 tốt hơn trong điều kiện khắc nghiệt
Khả năng hàn	Vừa phải	Nghèo	Vừa phải	K340 cần được xử lý cẩn thận
Khả năng gia công	Thách thức	Dễ	Vừa phải	K340 cần dụng cụ chuyên dụng
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Vừa phải	K340 không lý tưởng để hình thành
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Thấp hơn	Chi phí phản ánh lợi ích hiệu suất
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	K340 có thể ít có sẵn hơn

Khi lựa chọn thép K340, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù có thể đắt hơn các loại thép thay thế, nhưng hiệu suất của nó trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe thường biện minh cho khoản đầu tư. Ngoài ra, các đặc tính từ tính của K340 là tối thiểu, khiến nó phù hợp với các ứng dụng mà nhiễu từ là mối quan tâm.

Tóm lại, thép K340 là loại thép công cụ đa năng và hiệu suất cao, vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng chống mài mòn. Các đặc tính độc đáo và tiêu chí lựa chọn cẩn thận của nó khiến nó trở thành lựa chọn có giá trị cho các kỹ sư và nhà sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.