Thép công cụ T15: Tính chất và ứng dụng chính

Thép công cụ T15 (HSS) là thép tốc độ cao (HSS) được biết đến với độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng giữ độ cứng ở nhiệt độ cao. Được phân loại là thép công cụ cacbon cao, T15 chứa một lượng lớn vonfram và molypden, giúp tăng cường hiệu suất của nó trong các ứng dụng cắt và tạo hình. Loại thép này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất các công cụ cắt, chẳng hạn như mũi khoan, dao phay và lưỡi cưa, trong đó khả năng chống mài mòn cao và khả năng chịu được nhiệt độ cao là rất quan trọng.

Tổng quan toàn diện

T15 được đặc trưng bởi hàm lượng carbon cao (khoảng 1,5% đến 1,6%) và các nguyên tố hợp kim, bao gồm vonfram (lên đến 4,0%) và molypden (lên đến 5,0%). Các nguyên tố này góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của nó, chẳng hạn như độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và khả năng duy trì các cạnh cắt ở nhiệt độ cao. Sự hiện diện của vanadi (khoảng 2,0%) càng làm tăng thêm độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn của nó.

Ưu điểm (Pros)	Hạn chế (Nhược điểm)
Độ cứng và khả năng chống mài mòn vượt trội	Đắt hơn thép cấp thấp
Giữ nguyên độ cứng ở nhiệt độ cao	Khó gia công và nghiền
Thích hợp cho các ứng dụng tốc độ cao	Cần xử lý nhiệt cẩn thận để tránh giòn
Độ bền và khả năng chống sứt mẻ tốt	Số lượng có hạn so với các loại phổ biến hơn

Trong lịch sử, T15 có ý nghĩa quan trọng trong sự phát triển của các công cụ cắt, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, nơi độ chính xác và độ bền là tối quan trọng. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong số các nhà sản xuất công cụ cắt hiệu suất 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	T12015	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI M2
AISI/SAE	T15	Hoa Kỳ	Thép tốc độ cao có khả năng chống mài mòn cao
Tiêu chuẩn ASTM	A681	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn cho thép công cụ tốc độ cao
ĐẠI HỌC	1.3355	Đức	Tính chất tương tự nhưng có thể có sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SKH2	Nhật Bản	Cấp độ tương đương với sự khác biệt nhỏ về độ bền

Sự khác biệt giữa T15 và các loại tương đương, chẳng hạn như AISI M2, thường nằm ở tỷ lệ phần trăm cụ thể của các nguyên tố hợp kim, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, hàm lượng vonfram cao hơn của T15 mang lại khả năng chịu nhiệt vượt trội so với M2, khiến nó phù hợp hơn cho các ứng dụng tốc độ cao.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	1,50 - 1,60
W (Vonfram)	3,75 - 4,25
Mo (Molipden)	4,00 - 5,00
V (Vanadi)	1,75 - 2,25
Cr (Crom)	3,75 - 4,25
Mn (Mangan)	0,20 - 0,40
Si (Silic)	0,20 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,03
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Vai trò chính của vonfram trong T15 là tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Molypden góp phần tạo nên độ bền và độ cứng của thép, trong khi vanadi cải thiện khả năng chống mài mòn và giúp tinh chỉnh cấu trúc hạt, dẫn đến hiệu suất tổng thể tốt hơn.

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	2-5%	2-5%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	62 - 66 HRC	62 - 66 HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	Làm nguội & tôi luyện	-20 °C	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 T15 phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học và độ mài mòn cao. Độ bền va đập của nó, mặc dù thấp hơn một số loại thép công cụ khác, nhưng đủ cho nhiều ứng dụng cắt, đặc biệt là khi cần độ bền.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	8,0 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/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0005 Ω·m	0,0005 Ω·trong

Mật độ của T15 góp phần tạo nên độ bền tổng thể của nó, trong khi điểm nóng chảy của nó cho thấy tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt tương đối thấp, có lợi cho việc duy trì nhiệt độ cắt trong quá trình vận hành.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5%	25 °C / 77 °F	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit	10%	25 °C / 77 °F	Nghèo	Không khuyến khích
Kiềm	5%	25 °C / 77 °F	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất
Khí quyển	-	-	Tốt	Hoạt động tốt trong điều kiện khô ráo

T15 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, nó dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất trong môi trường clorua và cần được bảo vệ hoặc phủ lớp khi sử dụng trong những điều kiện như vậy. So với các loại thép công cụ khác như M2 và D2, khả năng chống ăn mòn của T15 thường thấp hơn, khiến nó ít phù hợp hơn cho các ứng dụng tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt.

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	Giữ độ cứng lên đến giới hạn này
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600 °C	1112 °F	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	650 °C	1202 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá điểm này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	500 °C	932 °F	Bắt đầu mất sức mạnh đáng kể

T15 vẫn giữ được độ cứng và khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao, phù hợp với các ứng dụng cắt tốc độ cao. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh oxy hóa và đóng cặn ở nhiệt độ trên 600 °C, điều này có thể làm giảm hiệu suất của nó.

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-B2	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER80S-B2	Argon/CO2	Yêu cầu xử lý nhiệt sau khi hàn
Dán	E7018	-	Không khuyến khích cho các phần dày

T15 thường không được khuyến khích sử dụng để hàn vì hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến giòn ở vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt. Việc gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn là điều cần thiết để giảm thiểu những vấn đề này.

Khả năng gia công

Thông số gia công	T15	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50%	100%	T15 khó gia công hơn đáng kể
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	100 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua cho T15

Độ cứng của T15 khiến việc gia công trở nên khó khăn, đòi hỏi dụng cụ chuyên dụng và tốc độ cắt chậm hơn. Các dụng cụ cacbua được khuyến nghị để đạt được độ hoàn thiện bề mặt và tuổi thọ dụng cụ chấp nhận được.

Khả năng định hình

T15 không thực sự phù hợp cho các hoạt động tạo hình do độ cứng và độ giòn cao. Tạo hình nguội thường không khả thi và tạo hình nóng đòi hỏi phải 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/Nước	Đạt được độ cứng tối đa
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 T15 bao gồm quá trình làm cứng tiếp theo là quá trình tôi luyện để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ cứng và độ dai. Các biến đổi luyện kim trong quá trình xử lý này tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô, nâng cao đặc tính hiệu 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	Khả năng chịu được nhiệt độ cao
Ô tô	Dụng cụ cắt	Độ bền, khả năng chống mài mòn	Cắt và định hình chính xác
Chế tạo	Khuôn và khuôn dập	Độ cứng, độ ổn định kích thước	Tuổi thọ dài trong điều kiện mài mòn cao

Các ứng dụng khác bao gồm:

• • Mũi khoan hiệu suất cao
• • Máy cắt phay
• • Cưa và kéo

T15 được chọn cho các ứng dụng này vì khả năng duy trì các cạnh sắc nét và chống mài mòn, đây là yếu tố rất quan trọng trong môi trường gia công tốc độ cao.

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

Tính năng/Thuộc tính	T15	AISI M2	Ngày 2	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ bền tốt	Độ cứng vừa phải	T15 có khả năng chống mài mòn vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Tốt	Hội chợ	T15 có khả năng chống ăn mòn kém hơn
Khả năng hàn	Nghèo	Hội chợ	Nghèo	Tất cả các cấp độ đều yêu cầu thận trọng khi hàn
Khả năng gia công	Thấp	Vừa phải	Thấp	T15 khó gia công hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao	Vừa phải	Thấp	T15 đắt hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	T15 có thể ít có sẵn hơn

Khi lựa chọn T15, cần cân nhắc đến tính hiệu quả về mặt chi phí cho các ứng dụng cụ thể, tính khả dụng và nhu cầu về các quy trình gia công chuyên biệt. Hiệu suất cao của nó trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe thường biện minh cho chi phí cao hơn, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp mà độ chính xác và độ bền là rất quan trọng.

Tóm lại, Thép công cụ T15 là vật liệu hiệu suất cao, vượt trội trong các ứng dụng cắt tốc độ cao do sự kết hợp độc đáo giữa độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng giữ nguyên đặc tính ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, những thách thức về khả năng gia công và hàn của nó phải được quản lý cẩn thận để đảm bảo ứng dụng thành công.