Thép Cơ Khí: Phân Loại, Đặc Điểm & Ứng Dụng Trong Gia Công Leave a comment

Thép cơ khí, một hợp kim sắt-carbon với hàm lượng carbon thường dưới 2%, là vật liệu chủ lực trong ngành công nghiệp hiện đại nhờ tính chất cơ học vượt trội và khả năng gia công linh hoạt.

Trên thị trường, thép cơ khí được phân loại chủ yếu theo thành phần hóa học và theo hình dạng.

• Dựa theo thành phần hóa học: có thép carbon và thép hợp kim.
• Dựa theo hình dạng: có thành thép tấm, thép hình, thép ống và thép thanh.

Nhờ sở hữu những đặc điểm nổi bật về tính chất cơ học, vật lý, khả năng gia công và chống ăn mòn nên thép cơ khí được ứng dụng đa dạng trong hầu hết các ngành công nghiệp.

Với sản lượng toàn cầu lên tới 1.8 tỷ tấn mỗi năm, thép cơ khí đóng vai trò then chốt trong mọi lĩnh vực, từ xây dựng, chế tạo máy móc đến giao thông vận tải và năng lượng.

Thép cơ khí được gia công phổ biến bằng những phương pháp như gọt, hàn, rèn, dập, đúc,… Nếu bạn đang tìm kiếm một nguồn thông tin toàn diện về thép cơ khí, bài viết này có ích. Đừng bỏ qua nhé!

Giới Thiệu Về Thép Cơ Khí

Thép cơ khí là vật liệu kim loại được cấu tạo chủ yếu từ sắt và carbon cùng các nguyên tố hợp kim khác, có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Thép cơ khí có đặc tính cơ học ưu việt, khả năng gia công linh hoạt và giá thành hợp lý, khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Lịch sử phát triển của thép cơ khí gắn liền với sự tiến bộ của ngành luyện kim. Từ những phương pháp thủ công ban đầu, ngành công nghiệp thép đã phát triển các quy trình sản xuất hiện đại như lò thổi oxy cơ bản (BOF) và lò hồ quang điện (EAF). Những tiến bộ này đã giúp nâng cao chất lượng và đa dạng hóa các loại thép cơ khí, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ngành công nghiệp.

1. Thép cơ khí được cấu tạo như thế nào?

Thép cơ khí được cấu tạo chủ yếu từ sắt (Fe) và carbon (C), cùng với các nguyên tố hợp kim khác. Mỗi nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định tính chất của thép:

• Sắt (Fe): Là thành phần chủ yếu, quyết định tính chất cơ bản của thép. Hàm lượng sắt thường chiếm trên 98% trong thép.
• Carbon (C): Nguyên tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền của thép. Thép có hàm lượng carbon càng cao thì độ cứng càng lớn nhưng đồng thời độ dẻo dai sẽ giảm.
• Các nguyên tố hợp kim khác: Mangan (Mn) tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn, Niken (Ni) cải thiện độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn, Crom (Cr) tạo khả năng chống ăn mòn và oxi hóa, Molybden (Mo) tăng cường độ bền nóng và độ cứng…

2. Thép cơ khí có ưu nhược điểm gì so với các vật liệu cơ khí khác?

Thép cơ khí có nhiều ưu điểm nổi bật như độ bền kéo cao (có thể đạt từ 400 MPa đến trên 2000 MPa tùy loại), khả năng gia công đa dạng (có thể tiện, phay, hàn, rèn, dập), và giá thành hợp lý so với các vật liệu khác như nhôm hay titanium.

Tuy nhiên, thép cơ khí cũng có một số nhược điểm cần lưu ý như dễ bị ăn mòn nếu không được xử lý bề mặt phù hợp và khối lượng riêng lớn (khoảng 7,85 g/cm³) so với một số vật liệu khác.

Thép Cơ Khí Được Phân Loại Như Thế Nào?

Để đáp ứng đa dạng nhu cầu sử dụng, thép cơ khí được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó hai cách phân loại chính là theo thành phần hóa học và theo hình dạng.

1. Phân loại theo thành phần hóa học

Dựa theo thành phần hóa học, thép cơ khí được phân loại thành thép carbon và thép hợp kim.

Thép carbon

Thép carbon là loại thép phổ biến nhất, chiếm khoảng 90% sản lượng thép toàn cầu. Nó được chia thành ba nhóm chính dựa trên hàm lượng carbon: thép carbon thấp, thép carbon trung bình, thép carbon cao.

Đặc điểm	Thép carbon thấp (C < 0.25%)	Thép carbon trung bình (C = 0.25% – 0.6%)	Thép carbon cao (C > 0.6%)
Mô tả	Mềm, dẻo và dễ uốn nắn	Cân bằng giữa độ bền và độ dẻo	Cứng và chịu mài mòn tốt
Độ dẻo	Cao	Trung bình	Thấp
Độ cứng	Thấp	Trung bình	Cao
Khả năng hàn	Tốt	Khá	Khó
Khả năng gia công	Dễ	Trung bình	Khó
Độ bền kéo (MPa)	380 – 480 (CT3)	600 – 720 (C45)	900 – 1050 (C90)
Ưu điểm	Giá thành rẻ, dễ gia công, dẻo dai	Độ bền cao hơn thép carbon thấp, khả năng tôi tốt	Độ cứng và độ bền cao, chống mài mòn tốt
Nhược điểm	Độ bền và độ cứng thấp, chịu mài mòn kém	Khó gia công hơn thép carbon thấp, độ dẻo giảm	Khó hàn, dễ giòn, khó gia công
Ứng dụng	Bu lông, ốc vít, thép xây dựng, chi tiết máy chịu tải nhẹ	Trục, bánh răng, thanh truyền, chi tiết máy chịu tải trung bình	Dao cắt, dụng cụ, lò xo, chi tiết máy yêu cầu độ cứng cao
Ví dụ	Thép CT3 (TCVN), độ dãn dài 26%	Thép C45 (TCVN)	Thép C90 (TCVN)

Thép hợp kim

Thép hợp kim được tạo ra bằng cách thêm các nguyên tố khác ngoài carbon để cải thiện tính chất. Dựa vào hàm lượng nguyên tố hợp kim, có thể chia thành thép hợp kim thấp, thép hợp kim cao; thép hợp kim không gỉ, thép dụng cụ:

Đặc điểm	Thép hợp kim thấp	Thép hợp kim cao	Thép không gỉ (Inox)	Thép dụng cụ
Hàm lượng hợp kim	< 5%	> 5%	Cr ≥ 10.5%	Cao (Cr, W, Mo, V…)
Đặc tính	Độ bền cao hơn thép carbon, dễ nhiệt luyện, chống ăn mòn tốt hơn	Chịu nhiệt, chống mài mòn, chống ăn mòn cao, độ cứng cao	Chống ăn mòn tuyệt vời	Độ cứng rất cao, chịu mài mòn, chịu nhiệt
Ưu điểm	Cân bằng tốt giữa độ bền, độ dẻo và giá thành	Tính năng vượt trội đáp ứng nhu cầu đặc biệt	Bền bỉ, thẩm mỹ, vệ sinh	Gia công chính xác, tuổi thọ cao
Nhược điểm	Tính năng chưa nổi trội như thép hợp kim cao	Giá thành cao	Khó gia công hơn thép carbon	Giá thành cao, khó gia công
Ứng dụng	Kết cấu nhẹ, khung xe, trục, bánh răng	Ứng dụng đặc biệt như chịu nhiệt, chống mài mòn, dụng cụ cắt gọt	Y tế, thực phẩm, xây dựng, hàng tiêu dùng	Khuôn mẫu, dao cắt, dụng cụ gia công
Ví dụ	Thép 16Mn, 40Cr	Thép SKD11, 304, 430	Thép 304 (Austenit), 430 (Ferit), 410 (Martenxit)	Thép gió T1, thép nguội D2, thép tốc độ cao ASP-23

2. Phân loại theo hình dạng

Phân loại theo hình dạng, thép cơ khí được phân loại thành thép tấm, thép hình, thép ống và thép thanh.

Đặc điểm	Thép tấm	Thép hình	Thép ống	Thép thanh
Hình dạng	Tấm phẳng	Tiết diện đặc biệt (I, H, U, V, L)	Hình trụ rỗng	Tiết diện đồng nhất (tròn, vuông, lục giác)
Kích thước	Độ dày 0.5 – 300mm	Chiều cao, chiều rộng đa dạng	Đường kính 6 – 2000mm	Đường kính/cạnh đa dạng
Đặc điểm	Độ phẳng, độ đồng đều về độ dày	Khả năng chịu lực tốt, tiết kiệm vật liệu	Chịu lực tốt, đa dạng về kích thước	Chiều dài lớn, tiết diện nhỏ
Ứng dụng	Thùng chứa, vỏ máy, tàu thủy, kết cấu công nghiệp	Kết cấu xây dựng, khung máy	Ống dẫn (nước, dầu, khí), kết cấu chịu lực	Gia công chi tiết máy, cốt thép
Ví dụ	Thép tấm SS400 (độ dày 1-25mm, độ bền kéo 400-510 MPa)	Thép hình I300 (chiều cao 300mm, độ bền kéo 370-520 MPa)	Ống thép đen Ø114 dày 4.5mm	Thép tròn S45C (đường kính 20mm, độ bền kéo 570-710 MPa)

Thép Cơ Khí Có Đặc Điểm Gì?

Thép cơ khí sở hữu những đặc điểm nổi bật về tính chất cơ học, vật lý, khả năng gia công và chống ăn mòn. Cụ thể như sau:

1. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học của thép cơ khí quyết định khả năng chịu lực và biến dạng của nó trong quá trình sử dụng, bao gồm: độ bền kéo, độ cứng, độ dẻo dai,…

• Độ bền kéo: Là khả năng chịu được lực kéo mà không bị đứt. Độ bền kéo của thép được đo bằng đơn vị MPa (Mega Pascal) và được xác định bằng thử nghiệm kéo. Thép có độ bền kéo càng cao thì khả năng chịu lực càng tốt. Ví dụ, thép kết cấu A36 có độ bền kéo tối thiểu là 250 MPa.
• Độ cứng: Là khả năng chống lại biến dạng dẻo khi bị vật khác tác động. Độ cứng của thép được đo bằng các thang đo như Rockwell (HRC), Brinell (HB), Vickers (HV). Thép càng cứng thì càng chịu mài mòn tốt. Ví dụ, thép dụng cụ có độ cứng HRC có thể lên đến 60-65.
• Độ dẻo, độ dai va đập: Độ dẻo là khả năng biến dạng dẻo mà không bị gãy, độ dai va đập là khả năng hấp thụ năng lượng va đập mà không bị phá hủy. Thép có độ dẻo và độ dai va đập cao sẽ ít bị gãy vỡ khi chịu tải trọng động.
• Ảnh hưởng của thành phần hóa học và xử lý nhiệt: Thành phần hóa học và quá trình xử lý nhiệt có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của thép. Ví dụ, việc tăng hàm lượng carbon sẽ làm tăng độ cứng nhưng giảm độ dẻo của thép. Xử lý nhiệt như tôi luyện, ram, ủ có thể thay đổi cấu trúc vi mô của thép, từ đó điều chỉnh tính chất cơ học theo mong muốn.

2. Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của thép cơ khí ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của nó trong các điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, độ dẫn nhiệt và dẫn điện:

• Khối lượng riêng: Thép có khối lượng riêng khoảng 7850 kg/m³, cao hơn nhôm (2700 kg/m³) và thấp hơn đồng (8960 kg/m³).
• Nhiệt độ nóng chảy: Nhiệt độ nóng chảy của thép phụ thuộc vào thành phần, thường nằm trong khoảng 1350 – 1530 °C.
• Độ dẫn nhiệt, độ dẫn điện: Thép là chất dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, nhưng kém hơn đồng và nhôm.

3. Khả năng gia công

Khả năng gia công của thép cơ khí (như cắt gọt, hàn, rèn, dập) quyết định tính linh hoạt và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

• Khả năng cắt gọt: Thép có thể được gia công bằng các phương pháp cắt gọt như tiện, phay, bào, mài… Khả năng cắt gọt của thép phụ thuộc vào thành phần, độ cứng, cấu trúc vi mô… Thép có độ cứng cao sẽ khó cắt gọt hơn.
• Khả năng hàn: Hầu hết các loại thép đều có thể hàn được. Khả năng hàn của thép phụ thuộc vào thành phần hóa học, đặc biệt là hàm lượng carbon và lưu huỳnh. Thép có hàm lượng carbon cao sẽ khó hàn hơn và dễ bị nứt gãy.
• Khả năng rèn: Thép có thể được rèn ở nhiệt độ cao để tạo hình dạng mong muốn. Nhiệt độ rèn phụ thuộc vào loại thép và yêu cầu kỹ thuật. Quá trình rèn làm thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép.
• Khả năng dập: Thép có thể được dập nguội hoặc dập nóng để tạo hình dạng phức tạp. Dập nguội thường được sử dụng cho các chi tiết nhỏ và độ chính xác cao, trong khi dập nóng phù hợp với các chi tiết lớn và yêu cầu biến dạng lớn.

4. Khả năng chống ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn là yếu tố quan trọng quyết định tuổi thọ của sản phẩm thép trong môi trường làm việc.

• Các yếu tố ảnh hưởng: Khả năng chống ăn mòn của thép phụ thuộc vào thành phần hóa học, đặc biệt là hàm lượng crom. Thép có hàm lượng crom càng cao thì khả năng chống ăn mòn càng tốt. Môi trường làm việc cũng ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn, ví dụ môi trường axit, muối sẽ làm tăng tốc độ ăn mòn.
• Phương pháp bảo vệ: Để tăng cường khả năng chống ăn mòn, người ta thường sử dụng các phương pháp như sơn, mạ, phủ bề mặt… Lớp phủ bảo vệ sẽ ngăn cách thép với môi trường ăn mòn, từ đó kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.

Ứng Dụng Của Thép Cơ Khí Trong Gia Công

Thép cơ khí được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, từ chế tạo máy móc đến xây dựng, giao thông vận tải, năng lượng dầu khí,…

• Chế tạo máy móc, thiết bị: Thép là vật liệu chủ yếu để chế tạo máy công cụ, máy nông nghiệp, thiết bị công nghiệp… Ví dụ, thép hợp kim được sử dụng để chế tạo các chi tiết máy quan trọng như trục khuỷu, bánh răng, trong khi thép dụng cụ được dùng để làm dao cắt, mũi khoan…
• Xây dựng, kết cấu: Thép hình, thép tấm được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà thép tiền chế, cầu đường, kết cấu công trình… Ví dụ, thép hình H được sử dụng làm cột, dầm chịu lực, thép tấm được dùng làm sàn, vách ngăn…
• Ô tô, xe máy: Thép được sử dụng để chế tạo khung xe, vỏ xe, các linh kiện quan trọng như hệ thống treo, hệ thống truyền động… Các loại thép cường độ cao được sử dụng để giảm trọng lượng xe, tăng độ an toàn.
• Năng lượng, dầu khí: Thép được sử dụng để chế tạo đường ống dẫn dầu, khí, thiết bị khai thác, giàn khoan… Thép hợp kim chịu nhiệt được sử dụng trong các môi trường làm việc khắc nghiệt.
• Các ngành công nghiệp khác: Thép cũng được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm (inox chế tạo thiết bị chế biến, bảo quản thực phẩm), y tế (inox chế tạo dụng cụ phẫu thuật), hàng tiêu dùng (thép làm đồ gia dụng)….

Gia Công Thép Cơ Khí Như Thế Nào?

Để tạo ra các sản phẩm từ thép, người ta sử dụng nhiều phương pháp gia công khác nhau như cắt gọt, hàn, rèn, dập, đúc,…

Cắt gọt kim loại:

• Tiện: Sử dụng dao tiện để cắt gọt kim loại trên máy tiện. Có nhiều loại máy tiện như máy tiện vạn năng, máy tiện CNC… mỗi loại có khả năng gia công và ứng dụng khác nhau.
• Phay: Sử dụng dao phay để cắt gọt kim loại trên máy phay. Máy phay cũng có nhiều loại như máy phay đứng, máy phay ngang, máy phay CNC…
• Bào, mài, khoan: Là các phương pháp gia công cơ bản khác, được sử dụng để tạo hình dạng, làm nhẵn bề mặt, tạo lỗ…

Hàn:

• Hàn hồ quang: Sử dụng hồ quang điện để nung chảy kim loại và tạo mối hàn. Các phương pháp hàn hồ quang phổ biến bao gồm: hàn que, hàn MIG/MAG (hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ), hàn TIG (hàn hồ quang vonfram trong môi trường khí trơ)…
• Hàn điện trở, hàn ma sát: Là các phương pháp hàn sử dụng nhiệt sinh ra do dòng điện hoặc ma sát để nung chảy kim loại.

Rèn:

• Rèn tự do: Tạo hình dạng sản phẩm bằng cách tác động lực lên phôi thép được nung nóng. Rèn tự do thường được sử dụng cho các chi tiết đơn lẻ, hình dạng phức tạp.
• Rèn khuôn: Tạo hình dạng sản phẩm bằng cách ép phôi thép nóng chảy vào khuôn. Rèn khuôn có năng suất cao, độ chính xác tốt, thích hợp cho sản xuất hàng loạt.

Dập:

• Dập nguội: Tạo hình dạng sản phẩm bằng cách tác động lực lên phôi thép ở nhiệt độ thường. Dập nguội thường được sử dụng cho các chi tiết mỏng, yêu cầu độ chính xác cao.
• Dập nóng: Tạo hình dạng sản phẩm bằng cách tác động lực lên phôi thép được nung nóng. Dập nóng phù hợp với các chi tiết dày, yêu cầu biến dạng lớn.

Đúc:

• Đúc cát: Rót kim loại lỏng vào khuôn cát để tạo hình dạng sản phẩm. Đúc cát là phương pháp đúc đơn giản, chi phí thấp, thích hợp cho sản xuất chi tiết đơn lẻ hoặc số lượng ít.
• Đúc áp lực: Ép kim loại lỏng vào khuôn kim loại với áp lực cao để tạo hình dạng sản phẩm. Đúc áp lực có năng suất cao, độ chính xác tốt, thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
• Các phương pháp đúc khác: Đúc mẫu chảy, đúc ly tâm…

Những Câu Hỏi Thường Gặp Về Thép Cơ Khí

1. Tại sao thép carbon cao lại khó hàn hơn thép carbon thấp?

Thép carbon cao có độ cứng cao hơn, khiến vùng hàn dễ bị nguội nhanh và tạo ra cấu trúc giòn, tăng nguy cơ nứt gãy.

2. Ưu điểm của thép không gỉ so với các loại thép khác là gì?

Thép không gỉ (inox) có khả năng chống ăn mòn vượt trội nhờ hàm lượng crom cao, đảm bảo độ bền và tính thẩm mỹ trong môi trường khắc nghiệt.

3. Trong xây dựng, thép hình và thép tấm được sử dụng như thế nào?

Thép hình, đặc biệt là thép hình H, thường được dùng làm cột, dầm chịu lực cho kết cấu công trình, trong khi thép tấm được sử dụng làm sàn, vách ngăn, mái nhà, và các bộ phận bao che khác.

4. Các phương pháp cắt thép tấm nào hiệu quả?

Một số phương pháp cắt thép tấm hiệu quả bao gồm cắt laser (chính xác, nhanh, cắt hình dạng phức tạp), cắt plasma (nhanh, cắt thép dày), cắt tia nước (không sinh nhiệt, cắt được nhiều loại vật liệu) và cắt cơ khí (chi phí thấp, đơn giản).

5. Trong gia công cơ khí, khi nào nên sử dụng phương pháp rèn thay vì dập?

Rèn thích hợp cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, yêu cầu độ bền cao và khả năng chịu lực tốt, trong khi dập thường được sử dụng cho các chi tiết có hình dạng đơn giản, sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao.

6. Sự khác biệt giữa hàn MIG/MAG và hàn TIG là gì?

Hàn MIG/MAG sử dụng điện cực nóng chảy liên tục trong môi trường khí bảo vệ, cho tốc độ hàn nhanh và năng suất cao, trong khi hàn TIG sử dụng điện cực vonfram không nóng chảy trong môi trường khí trơ, cho mối hàn chất lượng cao và độ chính xác tốt hơn.

7. Yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng cắt gọt của thép?

Khả năng cắt gọt của thép phụ thuộc vào độ cứng, thành phần hóa học, cấu trúc vi mô và các yếu tố khác. Thép có độ cứng cao thường khó cắt gọt hơn và đòi hỏi dụng cụ cắt có độ cứng và độ bền cao hơn.

8. Làm thế nào để lựa chọn loại thép phù hợp cho một ứng dụng cụ thể?

Việc lựa chọn thép phụ thuộc vào yêu cầu về tính chất cơ học, khả năng gia công, khả năng chống ăn mòn, điều kiện môi trường làm việc, và các yếu tố kinh tế khác. Cần xem xét kỹ các thông số kỹ thuật và tham khảo ý kiến chuyên gia để đưa ra lựa chọn tối ưu.

9. Địa chỉ nào cung cấp máy hàn cắt thép cơ khí chất lượng chính hãng?

Vegatec tự hào là địa chỉ uy tín, chuyên cung cấp đa dạng các dòng máy hàn cắt thép cơ khí chính hãng, đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng.

Vì sao nên chọn Vegatec?

• Sản phẩm chính hãng, chất lượng đảm bảo: Vegatec cam kết cung cấp các sản phẩm máy hàn cắt thép cơ khí từ những thương hiệu nổi tiếng trên thế giới, đảm bảo chất lượng và độ bền cao.
• Đa dạng sản phẩm, đáp ứng mọi nhu cầu: Từ xe hàn, máy hàn MIG/MAG, máy hàn TIG đến máy cắt plasma, máy cắt oxy gas, máy cắt CNC,… Vegatec mang đến sự lựa chọn phong phú cho khách hàng, phù hợp với từng yêu cầu công việc cụ thể.
• Đội ngũ tư vấn chuyên nghiệp: Với kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực hàn cắt cơ khí, đội ngũ tư vấn của Vegatec sẵn sàng hỗ trợ khách hàng lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất, tối ưu hiệu quả đầu tư.
• Dịch vụ hậu mãi chu đáo: Vegatec không chỉ cung cấp sản phẩm chất lượng mà còn mang đến dịch vụ hậu mãi tận tâm, bao gồm bảo hành, bảo trì, sửa chữa và cung cấp phụ tùng thay thế chính hãng.
• Giá cả cạnh tranh: Vegatec luôn nỗ lực mang đến cho khách hàng mức giá tốt nhất trên thị trường, đảm bảo sự hài lòng và tin tưởng tuyệt đối.

Hãy để Vegatec đồng hành cùng quý khách hàng trên con đường phát triển và thành công!