Thép gió là gì? Thông tin chi tiết về thép gió mà bạn cần biết

Được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là ngành công nghiệp cơ khí, thép gió đóng vai trò tương đối lớn giúp tăng năng suất gia công và hiệu quả công việc. Tuy được biết đến nhiều nhưng chi tiết về thép gió là gì, có bao nhiêu loại và cấu tạo, đặc tính như thế nào? Thì nhiều người lại chưa thực sự nắm chắc. Để hiểu rõ hơn, chi tiết hơn về thép gió, hãy cùng thiết bị cơ khí Đức Phong tham khảo qua bài viết dưới đây nhé.

Thép gió là gì?

Thép gió hay thép HSS (High speed steel) là một loại thép dụng cụ có tính chịu nóng rất cao và độ cứng lớn, loại thép này bao gồm các mác thép hợp kim hóa cao, được dùng chủ yếu để làm các dụng cụ cắt gọt. Tên gọi "thép gió" xuất phát từ khả năng tự tôi trong không khí, cho phép thép đạt được độ cứng cao mà không cần môi trường làm mát đặc biệt. Ở đa số các quốc gia khác thép gió được gọi là "thép cắt nhanh" vì thép này khi làm dụng cụ cắt gọt cho phép làm việc với tốc độ rất cao mà không giảm độ cứng của dụng cụ cắt gọt.

Thành phần hóa học của thép gió

Là loại thép hợp kim có các thành phần:

• Cacbon: 0,7-1,5%: đảm bảo đủ hoà tan vào mactenxit tạo thành cacbit với các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh là Wolfram, Mô lip đen và đặc biệt là Vanadi.
• Wolfram, Mô lip đen khá cao: > 10%.
• Crom: Khoảng 4% (từ 3,8÷4,4%) có tác dụng làm tăng mạnh độ thấm tôi. Nhờ tổng lượng Cr+W+Mo cao (>15%) nên thép gió có khả năng tự tôi (đây là lý do khiến người ta đặt tên là thép gió), tôi thâu với tiết diện bất kỳ và có thể áp dụng tôi phân cấp.
• Vanadi: Nguyên tố tạo thành các bít rất mạnh. Mọi thép gió đều có ít nhất 1%V, khi cao hơn 2% tính chống mài mòn tăng lên, tuy nhiên không lên dùng quá 5% vì làm giảm tính mài.
• Coban: Không tạo thành các bít, nó chỉ hoàn tan vào sắt ở dạng dung dịch rắn, với hàm lượng không vượt quá 5% tính cứng nóng của thép gió tăng lên rõ rệt.

Với cấu tạo hóa học của mình, thép gió, được hình thành từ một hợp kim sắt vượt trội, nổi bật trong các ứng dụng cắt so với thép cacbon cao truyền thống. Thép này có đặc tính đặc biệt về độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng chống mềm ở nhiệt độ cao. 

Thép gió (HSS) được sản xuất như thế nào?

Thép gió (High-Speed Steel - HSS) được sản xuất qua một quy trình công nghệ cao, nhằm tạo ra vật liệu có độ cứng và khả năng chịu nhiệt vượt trội, phù hợp cho các dụng cụ cắt gọt kim loại. 

Nấu luyện và đúc phôi

Nguyên liệu bao gồm sắt, cacbon và các nguyên tố hợp kim như vonfram, molypden, crom, vanadi và cobalt được nấu chảy ở nhiệt độ cao (khoảng 1600–1800°C). Sau đó, hỗn hợp kim loại lỏng được đúc thành phôi thép để chuẩn bị cho các bước xử lý tiếp theo.

Gia công cơ học

Phôi thép sau khi đúc được gia công cơ học thông qua các quá trình như cán, rèn hoặc kéo để đạt được hình dạng và kích thước mong muốn, đồng thời cải thiện cấu trúc vi mô của thép.

Nhiệt luyện

Phôi thép được nung nóng đến nhiệt độ austenit hóa (khoảng 1100–1250°C), sau đó làm nguội nhanh (thường bằng dầu hoặc khí) để đạt được độ cứng cao. Tiếp theo, thép được ủ ở nhiệt độ thấp hơn (khoảng 500–600°C) trong vài giờ để giảm ứng suất và tăng độ bền.

Xử lý nhiệt là một khía cạnh quan trọng của sản xuất thép gió, bao gồm các giai đoạn như ủ, austenit hóa và biến đổi martensitic. Ủ làm giảm độ cứng, tiếp theo là austenization, trong đó nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc tinh thể để hấp thụ carbon. 

Martensite hình thành khi thép được làm nguội nhanh, khiến nó cứng nhưng giòn. HSS là hợp kim của cacbon và sắt, với các nguyên tố bổ sung được thêm vào để tạo nên những đặc tính cụ thể. Biến đổi phân tử thông qua xử lý nhiệt sẽ sắp xếp lại cấu trúc nguyên tử, mang lại cho thép những đặc tính mong muốn. 

Tôi là nguyên công quyết định độ cứng của thép gió với đặc điểm là tôi ở nhiệt độ rất cao (gần 1300 °C) với khoảng dao động hẹp (10 °C).

Ram thép gió nhằm làm mất ứng suất bên trong, khử bỏ austenit dư, tăng độ cứng (độ cứng tăng 2÷3 HRC, hiện tượng này gọi là độ cứng thứ hai). Thép gió được ram 2-4 lần ở 550C-570 °C mỗi lần trong vòng 1 giờ.

Quy trình sản xuất thép gió yêu cầu kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, thành phần hóa học và các thông số kỹ thuật khác để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

Ưu điểm của thép gió

Các đặc điểm của thép HSS bao gồm độ cứng vượt trội và khả năng chống mài mòn. Điều này làm cho nhóm hợp kim thép gió trở thành một lựa chọn phổ biến cho các dụng cụ cắt công nghiệp, bao gồm dao phay, dao chuốt, mũi dao, lưỡi cưa, vòi và máy khoan. 

Đặc điểm kỹ thuật của thép HSS:

• Tỷ trọng: 7,6 g/cm³
• Sức mạnh năng suất: 1000 MPa
• Độ cứng thép gió: 64 HRC
• Dẫn nhiệt: 41 W/(mk)
• Độ bền kéo: 1200 Mpa

Ưu điểm của thép gió:

• Độ cứng cao và giữ cạnh sắc lâu dài: Thép gió có độ cứng lên đến 64 HRC, giúp duy trì lưỡi cắt sắc bén trong thời gian dài mà không cần mài lại thường xuyên.​
• Khả năng chịu nhiệt vượt trội: HSS giữ được độ cứng và hiệu suất cắt ở nhiệt độ cao, lên đến 600–620°C, phù hợp cho các ứng dụng gia công tốc độ cao.​
• Chống mài mòn và va đập tốt: Với thành phần hợp kim đặc biệt, thép gió có khả năng chống mài mòn và chịu va đập, đảm bảo độ bền trong quá trình sử dụng.​
• Tốc độ cắt nhanh và hiệu quả: HSS cho phép cắt nhanh hơn so với các loại thép công cụ truyền thống, tăng năng suất và giảm thời gian gia công.​
• Dễ gia công và mài sắc: Thép gió dễ dàng được gia công và mài sắc, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình sản xuất.​

Nhờ những ưu điểm trên, thép gió HSS là lựa chọn hàng đầu cho việc chế tạo các dụng cụ cắt gọt như mũi khoan, dao phay, dao tiện và mũi taro trong ngành cơ khí.

Phân loại thép gió phổ biến trên thị trường

Thép gió Molypden

Thép gió Molypden chủ yếu là hợp kim gốc sắt được phân biệt bởi sự kết hợp đáng chú ý của molypden, có nồng độ tương đối cao hơn so với các loại thép gió khác. Ngoài ra, nó còn chứa một tỷ lệ carbon đáng kể, thường dao động từ 0,8 đến 1,5, tùy thuộc vào loại cụ thể, cũng như nhiều nguyên tố khác được biết đến với đặc tính tạo thành cacbua. 

• Ký hiệu: M1 – M52 (phổ biến nhất là M2, M35, M42).

• Thành phần chính: Molypden (Mo), cùng với sắt, cacbon, crom, vanadi và đôi khi có cobalt.

• Ưu điểm: Chống mài mòn tốt, giữ độ cứng cao ở nhiệt độ lên đến 600°C, dễ gia công và mài sắc.

• Ứng dụng: Sản xuất mũi khoan, dao phay, dao tiện và các dụng cụ cắt gọt khác.​

Thép gió coban

Thép gió coban có hợp kim với hơn 5% coban, khiến chúng vượt trội về độ cứng nóng và khả năng chống mài mòn. Thông thường, những loại thép này có chứa vonfram, crom, molypden, vanadi và hàm lượng carbon cao. Các lớp đáng chú ý trong danh mục này bao gồm M35 và M42. 

Các loại thép gió coban này có hiệu quả cao đối với các công việc đòi hỏi khắt khe như cắt thô hoặc cắt đứt, xuất sắc trong các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao. Tuy nhiên, chúng ít phù hợp hơn để hoàn thiện các vết cắt ở nhiệt độ thấp hơn. Hiệu suất vượt trội của chúng tỏa sáng khi cắt vật liệu liên tục, chẳng hạn như gang hoặc kim loại màu.

• Ký hiệu: M35, M42.

• Thành phần chính: Bổ sung khoảng 5–8% cobalt vào thép gió molypden hoặc vonfram.

• Ưu điểm: Tăng khả năng chịu nhiệt và độ cứng, đặc biệt hiệu quả trong gia công vật liệu cứng như thép không gỉ.

• Ứng dụng: Gia công các vật liệu cứng và chịu nhiệt cao.

Thép gió vonfram

Thép gió vonfram là thành viên của hợp kim dòng “T”. Nó chứa 17,25 – 18,75% vonfram, cùng với crom, vanadi và carbon. Đáng chú ý, T15 với 5% coban có khả năng chống mài mòn, độ dẻo dai và độ bền vượt trội tương ứng với độ bền uốn. 

Tuổi thọ dụng cụ kéo dài khiến nó phù hợp với dụng cụ gia công nguội. M4 và T15 đang trở nên phổ biến đối với dao phay do tính dễ mài và mài lại. Điều làm nên sự khác biệt của T15 là hàm lượng vanadi cao hơn đáng kể so với các loại thép gió khác. 

• Ký hiệu: T1 – T15.

• Thành phần chính: Vonfram (W), cùng với sắt, cacbon, crom, vanadi và đôi khi có cobalt.

• Ưu điểm: Độ cứng nóng cao, chịu nhiệt tốt, thích hợp cho các ứng dụng cắt gọt tốc độ cao.

• Ứng dụng: Dụng cụ cắt gọt yêu cầu độ chính xác và độ bền cao.​

Ứng dụng của thép gió trong thực tiễn

Là một loại chất liệu đặc biệt, sở hữu nhiều ưu điểm và đặc tính vượt trội, thép gió được ứng dụng khá phổ biến trong thực tiễn, đặc biệt là ngành công nghiệp cơ khí.

Ứng dụng làm dụng cụ cắt gọt và gia công

Thép gió là vật liệu chính để chế tạo các dụng cụ cắt gọt như mũi khoan, dao phay, dao tiện, mũi taro, lưỡi cưa, máy bào và mũi định tuyến. Những dụng cụ này được sử dụng phổ biến trong các xưởng cơ khí, công trình xây dựng và cả trong các công việc sửa chữa tại gia đình

Dụng cụ cầm tay và gia dụng

Nhờ vào độ sắc bén và độ bền cao, thép gió được sử dụng để chế tạo các dụng cụ cầm tay như kéo, dao, đục, dũa và các loại dụng cụ gia dụng khác. Điều này giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất sử dụng của các công cụ trong sinh hoạt hàng ngày

Ngành chế tác trang sức và đồng hồ

Trong ngành chế tác trang sức và đồng hồ, thép gió được sử dụng để tạo ra các dụng cụ tinh xảo phục vụ cho việc gia công chi tiết nhỏ. Khả năng giữ cạnh sắc bén và chịu mài mòn tốt của thép gió giúp đảm bảo độ chính xác và chất lượng của sản phẩm.

Ngành công nghiệp ô tô và hàng không

Trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác và độ bền cao như ô tô và hàng không, thép gió được sử dụng để chế tạo các bộ phận và dụng cụ cần chịu được áp lực và nhiệt độ cao.

Kết luận

Qua bài viết trên,  thiết bị cơ khí Đức Phong đã cùng bạn tìm hiểu chi tiết về thép gió, để cùng hiểu rõ hơn về loại chất liệu này. Trên thị trường có nhiều sản phẩm, thương hiệu cũng sử dụng làm chất liệu này cho mô hình sản xuất, gia công của mình. Hy vọng những chi sẻ trên sẽ giúp bạn có cái nhìn khách quan hơn, và lựa chọn phù hợp hơn cho nhu cầu sử dụng của mình