Thép M35 (HSS): Tính chất và ứng dụng chính

Thép M35, được phân loại là thép tốc độ cao (HSS), chủ yếu được sử dụng trong sản xuất dụng cụ cắt và khuôn. Loại thép này được biết đến với độ cứng tuyệt vời, khả năng chống mài mòn và khả năng giữ độ cứng ở nhiệt độ cao, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng hiệu suất cao. Thép M35 là thép công cụ hợp kim thường chứa một lượng lớn vonfram và coban, giúp tăng cường các đặc tính của nó.

Tổng quan toàn diện

Thép M35 được phân loại là thép tốc độ cao, cụ thể là thép tốc độ cao coban, được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao và duy trì độ cứng trong quá trình cắt. Các nguyên tố hợp kim chính trong M35 bao gồm:

• Vonfram (W) : Tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn.
• Coban (Co) : Cải thiện hiệu suất và độ bền ở nhiệt độ cao.
• Molypden (Mo) : Góp phần tạo nên độ bền và khả năng làm cứng.

Sự kết hợp độc đáo của các nguyên tố hợp kim này tạo ra một loại thép có độ cứng đặc biệt, thường đạt giá trị 62-65 HRC sau khi xử lý nhiệt. Thép M35 cũng thể hiện độ dẻo dai tốt, khiến nó ít bị mẻ và vỡ dưới ứng suất.

Thuận lợi:
- Độ cứng cao : Giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao, phù hợp cho các ứng dụng cắt tốc độ cao.
- Chống mài mòn : Khả năng chống mài mòn tuyệt vời, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.
- Tính linh hoạt : Có thể sử dụng cho nhiều loại dụng cụ cắt khác nhau, bao gồm máy khoan, máy cắt ren và máy phay.

Hạn chế:
- Chi phí : Hàm lượng hợp kim cao hơn dẫn đến chi phí vật liệu tăng so với thép công cụ tiêu chuẩn.
- Khả năng gia công : Khó gia công hơn so với thép hợp kim thấp hơn do độ cứng của nó.
- Độ giòn : Mặc dù cứng, nhưng nó có thể giòn nếu không được xử lý nhiệt đúng cách.

Thép M35 giữ vị trí quan trọng trên thị trường thép tốc độ cao, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi các công cụ cắt chính xác. Ý nghĩa lịch sử của nó nằm ở sự phát triển của nó như một phản ứng với nhu cầu về vật liệu có thể chịu được sự khắc nghiệt của gia công tốc độ cao.

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	T31535	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với M2 có bổ sung coban
AISI/SAE	M35	Hoa Kỳ	Thường được sử dụng trong sản xuất công cụ
Tiêu chuẩn ASTM	A600	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn cho thép tốc độ cao
ĐẠI HỌC	1.3243	Đức	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SKH55	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng có khuyến nghị xử lý nhiệt khác nhau

Sự khác biệt giữa M35 và các loại tương đương như M2 hoặc SKH55 thường nằm ở hàm lượng coban và quy trình xử lý nhiệt, có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trong các ứng dụng tốc độ cao. Ví dụ, việc bổ sung coban vào M35 giúp tăng khả năng chịu mỏi nhiệt, khiến nó trở nên thích hợp hơn cho các ứng dụng hiệu suất cao cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,90 - 1,05
W (Vonfram)	5,50 - 6,75
Mo (Molipden)	4,00 - 5,00
Co (Coban)	4,00 - 5,00
Cr (Crom)	3,75 - 4,50
Mn (Mangan)	0,20 - 0,40
Si (Silic)	0,20 - 0,40

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép M35 bao gồm:

• Carbon : Cung cấp độ cứng và độ bền thông qua quá trình hình thành cacbua.
• Vonfram : Tăng cường khả năng chống mài mòn và duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao.
• Coban : Cải thiện độ bền và độ ổn định nhiệt, cho phép hiệu suất tốt hơn trong các ứng dụng tốc độ cao.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	850 - 1000MPa	123 - 145 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	600 - 800MPa	87 - 116 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	5-10%	5-10%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	62 - 65HRC	62 - 65HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Nhiệt độ phòng	20 - 30 giờ	15 - 22 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ cứng tuyệt vời, làm cho thép M35 phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học đáng kể và yêu cầu về tính toàn vẹn của cấu trúc. Khả năng chịu được nhiệt độ cao mà không mất độ cứng đặc biệt có lợi trong môi trường gia công tốc độ cao.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	8,2g/cm³	0,297 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,000015 Ω·m	0,000015 Ω·trong

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến trọng lượng và tản nhiệt. Mật độ tương đối cao của thép M35 góp phần tạo nên độ bền của thép, trong khi độ dẫn nhiệt của thép cho phép quản lý nhiệt hiệu quả trong quá trình cắt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Nghèo	Dễ bị ăn mòn
Dung dịch kiềm	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Sức đề kháng vừa phải

Thép M35 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường clorua, nơi nó có thể dễ bị rỗ. So với các loại thép tốc độ cao khác như M2, hàm lượng coban của M35 cung cấp khả năng chống oxy hóa tốt hơn một chút ở nhiệt độ cao, nhưng vẫn không được khuyến khích sử dụng trong các 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	600 °C	1112 °F	Giữ nguyên độ cứng ở nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	650 °C	1202 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	700 °C	1292 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	500 °C	932 °F	Bắt đầu mất sức

Thép M35 hoạt động tốt ở nhiệt độ cao, duy trì độ cứng và độ bền. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 600 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn của thép.

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	ER80S-D2	Khí Argon	Cần kiểm soát cẩn thận
Dán	E7018	-	Không khuyến khích cho các phần dày

Thép M35 thường không được khuyến khích để hàn vì độ cứng cao và khả năng nứt. Việc nung nóng trước và xử lý nhiệt sau khi hàn là điều cần thiết để giảm thiểu những rủi ro này. Việc lựa chọn kim loại phụ là rất quan trọng để đảm bảo khả năng tương thích và duy trì các đặc tính cơ học.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép M35	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-40 m/phút	80-100 m/phút	Sử dụng công cụ cacbua

Thép M35 có chỉ số khả năng gia công thấp hơn so với các loại thép phổ biến hơn như AISI 1212, khiến việc gia công trở nên khó khăn hơn. Tốc độ cắt và dụng cụ tối ưu là điều cần thiết để đạt được kết quả mong muốn mà không bị mài mòn quá mức.

Khả năng định hình

Thép M35 không thực sự phù hợp cho các quy trình tạo hình do độ cứng và độ giòn cao. Tạo hình nguội thường không khả thi, trong khi tạo hình nóng có thể thực hiện được với sự kiểm soát nhiệt độ cẩn thận. Có thể xảy ra hiện tượng làm cứng khi gia công, đòi hỏi phải xem xét bán kính uốn và kỹ thuật tạo 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	800 - 850 °C (1472 - 1562 °F)	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công
Làm cứng	1200 - 1250 °C (2192 - 2282 °F)	30 - 60 phút	Dầu	Tăng độ cứng
Làm nguội	550 - 600 °C (1022 - 1112 °F)	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Quá trình xử lý nhiệt của thép M35 bao gồm austenit hóa, làm nguội và ram để đạt được độ cứng và độ dẻo dai mong muốn. Các biến đổi luyện kim trong quá trình này tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô, dẫn đến sự hình thành các cacbua mịn giúp tăng khả năng chống mài mòn.

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)
Hàng không vũ trụ	Dụng cụ cắt cho sản xuất máy bay	Độ cứng cao, chống mài mòn	Độ chính xác và độ bền
Ô tô	Mũi khoan và vòi	Giữ nguyên độ cứng ở nhiệt độ cao	Hiệu quả trong gia công
Gia công kim loại	Máy cắt phay	Độ bền và khả năng chống mài mòn	Tuổi thọ dụng cụ dài

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Gia công : M35 được sử dụng rộng rãi để sản xuất các dụng cụ hiệu suất cao do độ cứng và khả năng chống mài mòn của nó.
- Gia công : Thích hợp cho các hoạt động gia công tốc độ cao, trong đó tuổi thọ của dụng cụ là yếu tố quan trọng.

Thép M35 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì khả năng duy trì hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quy trình sản xuất.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép M35	Thép M2	HSS Lớp X	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ bền tốt	Khả năng chống mài mòn tuyệt vời	M35 cung cấp hiệu suất nhiệt độ cao tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Sức đề kháng công bằng	Sức đề kháng tốt	M35 ít có khả năng chống lại axit hơn
Khả năng hàn	Nghèo	Hội chợ	Nghèo	M35 đòi hỏi kỹ thuật hàn cẩn thận
Khả năng gia công	Thấp	Vừa phải	Vừa phải	M35 khó gia công hơn
Khả năng định hình	Nghèo	Tốt	Hội chợ	M35 không thích hợp để hình thành
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao	Vừa phải	Vừa phải	Các thành phần hợp kim của M35 làm tăng chi phí
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	M35 có thể ít phổ biến hơn M2

Khi lựa chọn thép M35, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù thép này có hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng tốc độ cao, nhưng chi phí cao hơn và khả năng gia công thấp hơn có thể đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận so với các lựa chọn thay thế như thép M2 hoặc các loại thép tốc độ cao khác.

Tóm lại, thép M35 là vật liệu hiệu suất cao, vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe, đặc biệt là trong sản xuất dụng cụ cắt. Các đặc tính độc đáo của nó, mặc dù có lợi, cũng đòi hỏi phải xử lý và chế biến cẩn thận để tối đa hóa tiềm năng của nó.