1
Chương 5: Thép và Gang
Khái niệm về thép C và thép hợp kim
Thép C
Thành phần hoá học
- Fe, C (< 2,14%)
- Mn (< 0,8%)
- Si (< 0,4%)
- P (< 0,05%)
- S (< 0,05%)
Tạp chất
có lợi
Tạp chất
có hại
Các nguyên tố khác có thể
có: Cr, Ni, Cu, W, Mo…
δ%
σ
b
HB
%Peclit
%Ferit
%Xementi
t
%C
MPa
%
Vai trò của C đối với công dụng của thép
* Thép C thấp (%C < 0,25%)
 chủ yếu dùng trong kết cấu xây dựng. Có thể sử dụng để
chế tạo một số chi tiết máy sau khi hoá nhiệt luyện

3
P cứng và giòn (khi P1,2%) bở
nguội
- P có tính thiên tích mạnh %P < 0,05%
• Lưu huỳnh: S lẫn trong quặng, kết hợp với Fe tạo
cùng tinh (Fe
3
S + Fe) có T nóng chảy thấp (988
0
C)
 nung : biên giới hạt chảy trước  bở nó
ng
Hạn chế: %S < 0,05% +Mn MnS kết tinh ở T cao
2
Phân loại thép C
• Phân loại theo độ sách tạp chất có hại (P, S)
- Chất lượng thường: %P < 0,05% và %S < 0,05%
(L-D)
- Chất lượng tốt: %P < 0,04% và %S < 0,04% (lò hồ
quang)
- Chất lượng cao: %P < 0,03% và %S < 0,03% (lò
hồ quang)
- Chất lượng rất cao: %P < 0,02% và %S < 0,02%
(lò hồ quang + điện xỉ )
6
• Phân loại theo phương pháp khử Oxy
- Thép sôi (khử Oxy chưa triệt để): Khử bằng Fero Mn:
còn FeO: FeO+C  Fe+CO↑
- Thép lặng (khử Oxy triệt để): thường khử bằng FeMn,
FeSi, Al bề mặt phẳng lặng

Ti  0,01% Cu  0,3% B  0,002%
* Các đặc tính của thép hợp kim
 Cơ tính:
- Trạng thái không NL, độ bền khác không nhiều so
với thép C (cùng %C)
- Độ thấm tôi lớn  chiều sâu lớp tôi thành M >>
thép C
- Tốc độ nguội tới hạn nhỏ  giảm cong vênh chi
tiết ( nguội chậm: tôi dầu, không khí )
- Độ bền cao hơn hẳn thép C sau khi nhiệt luyện
- Tính công nghệ kém hơn thép C ( đúc, cắt gọt, rèn
dập )
11
Tính chịu nhiệt độ cao:
- Cácbit của nhiều nguyên tố HK: khó hòa tan khi
tôi, khó kết tụ khi nung, cản trở sự.phân hoá M
→ giữ độ bền, cứng ở nhiệt độ cao;
- Có lớp oxyt đặc biệt, xít chặt chống oxy hóa ở
nhiệt độ cao;
 Tính chất đặc biệt:
- Bền ăn mòn trong nhiều môi trường (chống gỉ)
- Có từ tính đặc biệt, có sự giãn nở nhiệt đặc biệt…
Tác dụng của các NTHK đến tổ chức của thép
* Hoà tan vào Fe tạo dung dịch rắn
- Với lượng nhỏ: không làm thay đổi dạng GĐP Fe-C
- ảnh hướng đến độ cứng của vật liệu
- ảnh hưởng đến độ dai a
k
% ng.tố hợp kim 
4

 Điểm S, E (của GĐP) dịch sang trái:
< 0,8%C đã là thép ct <2,14%C  có Lê
VD: thép 7% W điểm S: 0,2%C điểm E: 0,5%C
 thép Lê
14
* Tạo thành Cácbit
 một số nguyên tố HK có khả năng kết hợp với C
tạo thành cácbit: Mn, Cr, Mo, W, Ti…….
Fe Mn Cr Mo W V Ti Zr Nb
Khả năng tạo cácbit của các nguyên tố HK
Tạo cácbit
mức độ TB
Tạo cácbit mức
độ khá mạnh
Tạo cácbit mức độ mạnh
Tạo cácbit mức
độ rất mạnh
Các loại cácbit
- Xêmentít HK (Fe, Me)
3
C: Mn, Cr, Mo, W – chứa ít
NTHK (1-2%, nguyên tố tạo CB trung bình và khá
mạnh)
- Cácbit kiểu mạng phức tạp: Cr
7
C
3
, Cr
23
C

τ
gn
.
+ thép cacbon 1,00%C: Fe
3
C → Ttôi ~ 780
o
C;
+ thép HK thấp 1,00%C + 1,50%Cr: (Fe,Cr)3C, → Ttôi
~ 830
o
C;
+ thép HK cao 1,00%C + 12,0%Cr: Cr
23
C
6
, → Ttôi
>1000
o
C.
- Giữ hạt nhỏ: TiC, ZrC, NbC, VC tác dụng mạnh, WC,
MoC yếu hơn. Riêng Mn làm to hạt. Các nguyên tố Cr,
Ni, Si, Al : trung tính.
5
17
Sự phân hoá đẳng nhiệt của Austenit quá nguội
Nhiệt độ
Thời gian
Thép C
Thép HK

23
C
6
~ 400-450
0
C
Cácbít Fe
3
W
3
C ~ 550-600
0
C
T tiết ra cácbit HK khỏi
M của một số cácbit
Cácbít kiểu mạng đơn giản TiC, VC, ZrC, NbC khi NL hầu như không
bị hoà tan vào Austenit, vì sao?
Chuyển biến mactenxit
- Hạ thấp Mđ và Mk  sau tôi còn nhiều Au dư
Ưu: ít biến dạngNhược: không đạt được độ cứng max
 phải GCL hay ram nhiều lần
Các khuyết tật của thép HK
Thiên tích
Đốm trắng
Giòn ram loại I (280-350
0
C): không thuận nghịch  tránh
do M phân hủy không đồng nhất và cacbit  tiết ra khỏi M
dạng tấm làm thép bị giòn
Giòn ram loại II (500-600

- thép HK trung bình: 2,5% <  < 10%;
- thép HK cao:  > 10%;
Theo tổ chức khi cân bằng:
- thép trước cùng tích;
- thép cùng tích;
- thép sau cùng tích;
- thép Lêđêburit;
- thép Ferit;
- thép Austenit;
Theo nguyên tố hợp kim:
Dựa theo tên nguyên tố HK chính
- thép Cr, Mn, Si…
- thép Cr-Ni, Cr-Ni-Mo…
6
Tiêu chuẩn thép
Thép C
☻Theo TCVN 1765-75: thép C kết cấu chất lượng thường
để làm các kết cấu xây dựng với %P (0,04-0,07%) và %S
(0,05-0,06%)
CT xx (n, s)
Ký hiệu thép C
cán nóng thông
dụng
Giới hạn bền kéo
tối thiểu (kG/mm
2
)
Thép nửa
lặng
Thép sôi

- Gồm 7 mác: CT31-CT61; thông dụng CT38; CT51
CT38 : 0,18 ÷ 0,21%C; kết cấu thông dụng
CT51: 0,30 ÷ 0,35%C; kết cấu chịu lực cao, tính
hàn kém hơn
Để có tính hàn tốt, %C 22%; khi %C >0,25% tính
hàn đã trở nên kém
Nếu có các NTHK khác thì tính C đương lượng:
15
CuNi
5
VMoCr
6
Mn
CC
dl





Không vượt quá 0,55%
7
25
- Thép hợp kim thấp, độ bền cao (HSLA):
 HKH thấp bằngMn, Si, Cr, Cu và có thể cả Ni, B (ít làm hại
tính hàn), V, Nb độ dẻo và độ dai cao (giữ hạt nhỏ)
 tăng (gấp 2  4 lần) tính chống ăn mòn trong khí quyển
(0,20  0,30%Cu)
 Dùng tôi + ram để nâng cao độ bền, có thể đạt σ
ch

27
b. Thép kết cấu hợp kim :
 Đắt hơn thép C và có độ bề cao hơn: độ thấm tôi cao, hoá bề ferit,
tạo cacbit phân tán và giữ hạt nhỏ
- Theo tác dụng và số lượng chia thành 2 nhóm:
 nguyên tố HK chính:
 chiếm tỷ lệ chính trong các NTHK, thường là Cr,Mn,Si ( có thể Ni)
 rẻ, 1-2% ( cá biệt 6-7%)
 với tổng như nhau thì dùng nhiều nguyên tố hơn là một nguyêt tố
 các cặp thường dùng: Cr-Mn; Cr-Ni; Cr-Mn-Si; Cr-Ni-Mn
 nguyên tố hợp kim phụ:
 lượng rất ít ( 0,1%); max 0,5-0,8%  c ải thiện thêm tính chất
 thường là Ti; W; Mo (đắt) : Ti giữ nhỏ hạt khi nung
Mo ( 0,2), W(0,5-0,8)  tránh giòn ram loại 2 ở thép Cr-Mn
28
Chia ra 3 nhóm :
Thép thấm C: %C <0,25
Thép hóa tốt: %C: 0,3-0,5
Thép đàn hồi %C: 0,55-0,65
8
29
I. Thép thấm C:
-%C: 0,1-0,25% (có thể đến 0,3%)
-ứng dụng cho các chi tiết làm việc trong điều kiện
chịu mài mòn và va đập ( bánh răng, cam, chốt )
-thép phải thấm  tôi + ram
1.Thành phần hoá học:
ngoài C
 Hợp kim: có tác dụng thúc đẩy quá trình thấm, nâng
cao độ bền

II.Thép hoá tốt:
1. Đặc điểm:
-%C: 0,3-0,5 ( thường dùng 0,35-0,45)
-Chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh, b/m bị mài mòn 
muốn có cơ tính tổng hợp cao  nhiệt luyện hoá tốt
-Hợp kim:
cơ tính tổng hợp cao, đồng nhất trên tiết diện, chi tiết lớn
 HKH càng cao
các NTHK chính: Cr,Mn,Si, Ni( 1-2%)
các NTHK phụ : W, Mo  tăng độ thấm tôi và khắc phục
giòn ram
B có thể có 0,002-0,005 (  1-0,5% Cr)  tăng độ thấm tôi
- các nhóm : Cr, Cr- Mn, Cr- Mn- Si, Cr- Ni, Cr-Ni- Mo
9
33
2. Nhiệt luyện:
- Để nâng cao cơ tính tổng hợp ( 
chảy
, a
k
) 
X
ram
 Tôi + ram cao (NL hóa tốt)
- X
ram
:
 độ cứng 220-260 HB  g/c cắt tinh  tăng độ
bóng b/m
tổ chức F+Xe nhỏ mịn tôi cao tần tiếp theo

37
2. Thành phần hoá học:
 khi có thêm các NTHK  giảm lượng C
Tác dụng của NTHK:
- nâng cao giới hạn đàn hồi, cứng ( Mn, Si nhiều
quá gây giòn)
- nâng cao độ thấm tôi đồng đều trên toàn tiết
diện (Cr)
 Nhiệt luyện: tổ chức T
ram
: Tôi + ram TB
 đặc biệt chú ý b/m ( chất lượng và thoát C )
38
3.Các mác thép:
a.Thép C và thép Mn: C65, C70, 65Mn, 70Mn:
nếu bán thành phẩm dạng dây, băng mỏngđã
tôi+ramTBtạo sản phẩm  ủ khử ư.s
b.Thép Si: 55Si2, 60Si2:

đh
cao, rẻ; độ thấm
tôi  20mm; dễ thoát C khi nung tôi
(  5,5mm  tôi +ramTB trước chế tạo,
5,5mm  tôi +ramTB sau chế tạo)
Thép Dụng cụ và Đặc biệt
• Dùng với khối lượng rất nhỏ (0,1% lượng thép dùng)
quyết định số lượng và chất lượng sản phẩm.
Chỉ tiêu quan trọng nhất  độ cứng cao, chống mài mòn
C  rất thấp 0,1-0,15%C hoặc rất cao > 1,0%C  chế độ
NL phức tạp

0
cao; xác định
bằng nhiệt độ ram lớn nhất ( trong 1 giờ): độ cứng  58HRC
VD: dao cắt với tốc độ lớn  yêu cầu tính cứng nóng cao
 Ngoài ra còn yêu cầu:
σ (
uốn
khi tiện; 
xoắn
khi khoan), độ dai( tránh mẻ,gẫy)
42
2. Thép làm dao cắt năng suất thấp: ( v
cắt
= 5-10m/phút)
a. Thép các bon: CD70, CD80 (W1, W2 - Mỹ; Y7, Y8- Nga),
CD90; CD130
Đặc điểm: Sau tôi + ram thấp:  60HRC
Nhược điểm: - dao nhỏ - hình dáng đơn giản - tốc độ cắt
thấp (5m/ph)
b
. Thép hợp kim thấp:
● 100Cr2; 90CrSi :C  1% ( cao); Cr  1%; Si; W; Mn
Ứng dụng: dao cắt
● 130Cr0,5; 140CrW5: C 1,5%; Cr  1%; W 4 - 5%;
Ứng dụng: dao cạo rà KL, dao cạo râu; dao cắt và sửa phôi
c
ứng
43
3. Thép làm dao cắt năng suất cao: ( thép gió )
a. Khái niệm: so với thép C dụng cụ và thép HK

C tiết ra khỏi M ở 560-570
0
C giữ được độ
cứng đến  600
0
C
Mo: dùng thay thế W ( giống kiểu mạng và d
ngtử
) theo tỷ l
ệ
1:1;
V: có ít nhất 1-2%  tạo VC (mạnh) nhỏ mịn, phân tán, í
t
ho
à
tan khi
nung

gi
ữ
h
ạ
t nh
ỏ
v
à
tăng t
í
nh ch
ố

•loại năng suất thường : tính cứng nóng ≤600
0
C
→25m/ph
•loại năng suất cao: ≈ 630-640
0
C →35m/ph
•thép gió đắt →lưỡi thép gió, thân thép C45
47
9
4. Thép làm khuôn dập nguội:
a. Khái niệm:  dùng biến dạng nguội thép
(đột,cắt,dập )
b. Điều kiện làm việc của khuôn dập :
 chịu áp lực lớn
 chịu ứng suất uốn
 lực va đập và ma sát
c,Yêu cầu đối với thép :
 Độ cứng cao: 56-62 ( tuỳ theo loại khuôn và chiều
dày thép dập); (>62  mẻ)
 Chống mài mòn cao ( tuổi thọ khuôn)
 Độ bền, dai  chịu tải trọng lớn và va đập
 Độ thấm tôi và ổn định kích thước
48
10
d. Các thép làm khuôn dập:
•Thành phần:
- C 1% (cao) khi chịu va đập mạnh % C giảm
(0,4-0,5%)
khi chịu mài mòn mạnh % C tăng ( 1,5-2%)

• có thể có nhiều chế độ NL:(đảm bảo cơ tính và ổn
định kích thước)
51
SKD11 ở trạng thái cung cấp
(a) rèn không kỹ (b) rèn kỹ hơn)
52
Thép SKD11
(a) Sau tôi (b) Sau ram (500
0
C)
14
53
e. Thép làm khuôn dập nóng:
• Khái niệm: dùng để biến dạng nóng thép như
rèn, chồn, ép
• Điều kiện làm việc:
Tiếp xúc với phôi nóng( 1000
0
C) không nóng(
500-700
0
C) theo chu kỳ
- Độ cứng không cần cao do phôi mềm
 Khuôn lớn, tải trọng lớn ( vài trăm ngàn tấn)
54
Yêu cầu vật liệu:
•Độ bền, dai, cứng vừa phải: 35-45 HRC (độ dai đảm
bảo)
•Tính chống mài mòn cao →Tuổi thọ cao
•Bền nhiệt, chống mỏi nhiệt →T