Thép M42 (HSS): Tính chất và ứng dụng chính

Thép M42, thép tốc độ cao (HSS), được phân loại là thép công cụ chủ yếu được sử dụng cho các công cụ cắt và các ứng dụng hiệu suất cao. Đây là thép hợp kim có chứa một lượng lớn vonfram và molypden, giúp tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép M42 bao gồm:

• Coban (Co) : Cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao.
• Molypden (Mo) : Tăng cường độ dẻo dai và khả năng làm cứng.
• Vonfram (W) : Tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của màu đỏ.
• Cacbon (C) : Cần thiết để đạt được độ cứng cao.

Đặc điểm và tính chất chính

Thép M42 có một số đặc điểm quan trọng khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe:

• Độ cứng cao : M42 có thể đạt độ cứng từ 62-66 HRC sau khi xử lý nhiệt, rất lý tưởng cho các dụng cụ cắt.
• Khả năng chống mài mòn tuyệt vời : Sự kết hợp của các nguyên tố hợp kim mang lại khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn vượt trội.
• Độ bền tốt : Mặc dù có độ cứng, M42 vẫn duy trì độ bền tốt, giúp giảm nguy cơ sứt mẻ hoặc vỡ trong quá trình sử dụng.
• Độ cứng màu đỏ : Giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao, phù hợp cho các ứng dụng cắt tốc độ cao.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm	Nhược điểm
Khả năng chống mài mòn đặc biệt	Đắt hơn thép cấp thấp
Độ cứng cao và độ cứng đỏ	Khó gia công và nghiền
Độ bền tốt	Cần xử lý nhiệt cẩn thận để tránh giòn
Thích hợp cho các ứng dụng tốc độ cao	Khả năng hàn hạn chế

Thép M42 giữ vị trí quan trọng trên thị trường thép tốc độ cao, thường được sử dụng trong sản xuất dụng cụ cắt, mũi khoan và dao phay. Ý nghĩa lịch sử của nó bắt nguồn từ sự phát triển của nó vào đầu thế kỷ 20, đã cách mạng hóa ngành gia công bằng cách cho phép các quy trình cắt nhanh hơn và hiệu quả hơn.

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	T11302	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI M42
AISI/SAE	M42	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A600	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn cho thép tốc độ cao
ĐẠI HỌC	1.3247	Đức	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SKH51	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng khuyến nghị xử lý nhiệt khác nhau

Các sản phẩm tương đương của thép M42 có thể có những khác biệt nhỏ về thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất. Ví dụ, trong khi JIS SKH51 tương tự, nó có thể không hoạt động tốt trong các ứng dụng nhiệt độ cao do hàm lượng coban thấp hơn.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	1,00 - 1,10
Cr (Crom)	3,75 - 4,50
Co (Coban)	8.00 - 9.50
Mo (Molipden)	5,00 - 6,00
W (Vonfram)	1,50 - 2,00
V (Vanadi)	0,10 - 0,30
Fe (Sắt)	Sự cân bằng

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép M42 bao gồm:

• Coban : Tăng cường khả năng duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao, rất quan trọng đối với các ứng dụng tốc độ cao.
• Molypden : Cải thiện độ dẻo dai và khả năng làm cứng, giúp dụng cụ cắt hoạt động tốt hơn.
• Vonfram : Tăng khả năng chống mài mòn và độ cứng đỏ, thích hợp cho gia công tốc độ cao.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	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	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	1600 - 2000MPa	232 - 290 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	2-5%	2-5%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	62 - 66 HRC	62 - 66 HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-20°C	15 - 25 tháng	11 - 18 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 M42 đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học cao và khả năng chống mài mòn, chẳng hạn như dụng cụ cắt và khuôn.

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	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	-	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,5 µΩ·m	0,5 µΩ·trong
Hệ số giãn nở vì nhiệt	-	11,5 x 10⁻⁶ /K	6,4 x 10⁻⁶ /°F

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng mà việc quản lý nhiệt là rất quan trọng. Điểm nóng chảy cao cho thấy M42 có thể chịu được nhiệt độ cao mà không làm mất tính toàn vẹn về mặt cấu trúc, khiến nó trở nên lý tưởng cho gia công tốc độ cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3%	25°C/77°F	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit (Lưu huỳnh)	10%	25°C/77°F	Nghèo	Không khuyến khích
Dung dịch kiềm	5%	25°C/77°F	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất

Thép M42 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường clorua, nơi có thể xảy ra hiện tượng rỗ. So với thép không gỉ, M42 kém khả năng chống chịu với môi trường axit hơn, khiến nó không phù hợp với các ứng dụng thường xuyên tiếp xúc với tác nhân ăn mòn.

Khi so sánh với các loại thép tốc độ cao khác như M2 và M35, M42 có khả năng chống mài mòn và độ cứng vượt trội nhưng dễ bị ăn mòn hơn, đặc biệt là trong môi trường có tính axit.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	540 °C	1000 °F	Thích hợp cho các ứng dụng tốc độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600 °C	1112 °F	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	650 °C	1202 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá điểm này

Thép M42 hoạt động tốt ở nhiệt độ cao, duy trì độ cứng và khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 600 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và suy giảm tính chất.

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	ERCoCr-A	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER70S-6	Hỗn hợp Argon/CO2	Cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép M42 thường không được khuyến khích để hàn vì hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến giòn ở vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt. Việc nung nóng trước và xử lý nhiệt sau khi hàn là điều cần thiết để giảm thiểu nứt.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép M42]	[AISI 1212]	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	M42 khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-40 m/phút	80-100 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công M42 đòi hỏi dụng cụ và kỹ thuật chuyên dụng do độ cứng của nó. Dụng cụ cacbua được khuyến nghị và tốc độ cắt phải được điều chỉnh để tránh mài mòn dụng cụ quá mức.

Khả năng định hình

Thép M42 có khả năng định hình hạn chế do độ cứng cao. Định hình nguội thường không khả thi, trong khi định hình nóng có thể được thực hiện với sự kiểm soát nhiệt độ cẩn thận để tránh nứt.

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	2-4 giờ	Không khí	Giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công
Làm cứng	1200 - 1250 °C / 2192 - 2282 °F	30-60 phút	Dầu	Đạt được độ cứng cao
Làm nguội	500 - 600 °C / 932 - 1112 °F	1-2 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Quá trình xử lý nhiệt cho M42 bao gồm quá trình làm cứng tiếp theo là quá trình ram để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ cứng và độ dai. Trong quá trình ram, quá trình austenit hóa xảy ra, sau đó là quá trình làm nguội nhanh để tạo thành martensite, sau đó được ram để giảm ứng suất.

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	Cánh tuabin	Độ cứng cao, chống mài mòn	Cần thiết cho hoạt động tốc độ cao
Ô tô	Dụng cụ cắt	Độ dai, độ cứng màu đỏ	Cần thiết cho gia công chính xác
Chế tạo	Mũi khoan	Khả năng chống mài mòn, độ cứng	Quan trọng đối với độ bền và hiệu suất

Các ứng dụng khác bao gồm:

• Máy cắt phay
• Lưỡi cưa
• Công cụ tạo hình

Thép M42 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì độ cứng và khả năng chống mài mòn vượt trội, yếu tố quan trọng giúp duy trì tuổi thọ và hiệu suất của dụng cụ 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 M42]	[Thép M2]	[Thép M35]	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Độ cứng	62-66 HRC	60-64HRC	62-65 HRC	M42 có độ cứng cao hơn
Chống ăn mòn	Hội chợ	Tốt	Hội chợ	M2 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Nghèo	Hội chợ	Hội chợ	M42 khó hàn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Tốt	M2 và M35 dễ gia công hơn
Trị giá	Cao	Vừa phải	Vừa phải	M42 đắt hơn do hàm lượng hợp kim

Khi lựa chọn thép M42, 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 những thách thức về khả năng gia công và khả năng hàn phải được cân nhắc so với những lợi ích.

Tóm lại, thép M42 là vật liệu hiệu suất cao, vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi độ cứng và khả năng chống mài mòn cao. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các công cụ cắt và các ứng dụng tốc độ cao khác, mặc dù việc cân nhắc cẩn thận các hạn chế của nó là điều cần thiết để sử dụng tối ưu.