Thép SCM420 – Thành Phần, Đặc Tính, Nhiệt Luyện Và Ứng Dụng Chi Tiết
1. Giới thiệu về thép SCM420
Thép SCM420 là loại thép hợp kim Cr-Mo (Chromium – Molybdenum) có hàm lượng carbon thấp, mang lại độ dẻo dai cao, khả năng chịu tải và chống mài mòn vượt trội. Loại thép này thường được thấm carbon và tôi bề mặt để tăng độ cứng ngoài cùng trong khi lõi vẫn mềm dẻo, giúp chịu được va đập và tải trọng lớn.
Tên tiêu chuẩn JIS: SCM420
Theo tiêu chuẩn ASTM/SAE: AISI 4118 hoặc 20CrMo
Đặc tính nổi bật: Thép hợp kim chịu tải, độ bền cao, dễ gia công sau nhiệt luyện.
Ứng dụng phổ biến: Bánh răng, trục cam, trục truyền động, vỏ hộp số, bạc đạn, và các chi tiết chịu mài mòn.
Tổng kết:
Thép SCM420 là lựa chọn tối ưu cho những chi tiết vừa cần độ cứng bề mặt cao, vừa cần lõi thép dẻo dai, đảm bảo độ bền và tuổi thọ lâu dài.
2. Thành phần hóa học của thép SCM420 (% trọng lượng)
| Nguyên tố | Tỷ lệ (%) | Chức năng chính |
|---|---|---|
| C (Carbon) | 0.18 – 0.23 | Quyết định độ cứng, độ bền sau nhiệt luyện |
| Si (Silicon) | 0.15 – 0.35 | Cải thiện độ bền nhiệt, chống oxy hóa |
| Mn (Mangan) | 0.60 – 0.90 | Tăng độ dai và khả năng chịu lực |
| P (Phốt pho) | ≤ 0.030 | Tạp chất không mong muốn |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0.030 | Tạp chất, ảnh hưởng đến quá trình gia công |
| Cr (Crom) | 0.90 – 1.20 | Tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn |
| Mo (Molypden) | 0.15 – 0.30 | Tăng độ dai và khả năng chịu nhiệt cao |
Kết luận:
Hàm lượng Cr-Mo (Crom – Molypden) trong SCM420 giúp thép có khả năng chịu tải, chống mài mòn và bền nhiệt rất tốt, đồng thời vẫn dễ gia công cơ khí.
3. Tính chất cơ học của thép SCM420
| Chỉ tiêu | Giá trị tiêu chuẩn |
|---|---|
| Độ cứng chưa nhiệt luyện (HB) | 125 – 175 HB |
| Độ bền kéo (MPa) | ≥ 785 |
| Giới hạn chảy (MPa) | ≥ 590 |
| Độ giãn dài (%) | ≥ 15% |
| Độ dai va đập (J/cm²) | ≥ 45 |
Đánh giá:
Thép SCM420 có độ bền cao, độ dai tốt và khả năng chịu va đập tốt. Sau khi nhiệt luyện, thép có thể đạt độ cứng bề mặt từ 58–62 HRC, phù hợp cho các chi tiết cơ khí chịu tải trọng và ma sát lớn như bánh răng, trục truyền, bạc đạn.
4. Chế độ nhiệt luyện của thép SCM420
| Công đoạn | Nhiệt độ (°C) | Môi trường | Kết quả đạt được |
|---|---|---|---|
| Ủ (Annealing) | 820 – 860°C | Làm nguội chậm | Làm mềm vật liệu, dễ gia công |
| Thấm carbon (Carburizing) | 870 – 930°C | Khí, muối hoặc rắn | Tăng độ cứng bề mặt |
| Tôi (Quenching) | 800 – 850°C | Dầu | Đạt độ cứng cao ở lớp bề mặt |
| Ram (Tempering) | 150 – 250°C | Không khí | Cải thiện độ dẻo dai, giảm ứng suất |
| Thường hóa (Normalizing) | 870 – 900°C | Không khí | Tăng độ bền tổng thể, ổn định cấu trúc hạt |
Kết luận:
Thép SCM420 thường được thấm carbon rồi tôi dầu để tạo ra bề mặt cứng và lõi dẻo dai. Phương pháp này giúp tăng tuổi thọ chi tiết, đảm bảo độ bền khi làm việc trong điều kiện tải trọng nặng và ma sát cao.
5. Ứng dụng thực tế của thép SCM420
| Ứng dụng | SCM420 có phù hợp không? | Ghi chú |
|---|---|---|
| Bánh răng, trục cam | ✅ Rất phù hợp | Độ cứng bề mặt cao, lõi dẻo dai |
| Vỏ hộp số, bạc đạn | ✅ Phù hợp | Chịu tải trọng xoắn và mài mòn tốt |
| Thanh ren, trục truyền | ✅ Phù hợp | Dễ gia công, bền bỉ |
| Khuôn dập nguội, khuôn ép nhựa | ❌ Không phù hợp | Nên dùng thép có độ cứng cao hơn (như SCM440) |
Kết luận:
Thép SCM420 đặc biệt phù hợp cho các chi tiết cơ khí chịu tải cao và mài mòn, cần độ cứng bề mặt tốt nhưng vẫn đảm bảo độ dẻo bên trong.
6. Khi nào nên chọn thép SCM420?
Bạn nên sử dụng thép SCM420 trong các trường hợp sau:
Khi cần loại thép dễ gia công nhưng vẫn có thể đạt độ cứng bề mặt cao sau nhiệt luyện.
Khi chi tiết phải làm việc trong môi trường ma sát cao, chịu tải lớn, va đập nhiều.
Khi sản xuất các bánh răng, trục cam, hộp số, trục truyền hoặc chi tiết truyền động.
Khi muốn đạt sự cân bằng giữa độ bền, độ cứng và khả năng gia công (SCM420 mềm hơn SCM435 và SCM440 nhưng dẻo dai hơn).
7. So sánh thép SCM420 với SCM435 và SCM440
| Tiêu chí | SCM420 | SCM435 | SCM440 |
|---|---|---|---|
| Hàm lượng C (%) | 0.18 – 0.23 | 0.32 – 0.38 | 0.38 – 0.43 |
| Độ cứng bề mặt sau tôi (HRC) | 58 – 62 | ~50 | ~55 |
| Độ dẻo dai lõi | Rất tốt | Tốt | Trung bình |
| Độ bền kéo (MPa) | ≥ 785 | ≥ 930 | ≥ 980 |
| Khả năng gia công | Dễ | Trung bình | Khó hơn |
| Ứng dụng phổ biến | Bánh răng, trục cam | Bu lông, thanh ren chịu lực | Khuôn, chi tiết tải nặng |
Kết luận:
SCM420 nổi bật ở độ dẻo dai và khả năng gia công tốt, phù hợp chi tiết chịu tải vừa và cần bề mặt cứng.
SCM435 và SCM440 thích hợp với chi tiết chịu tải nặng hoặc cần độ bền kéo cao hơn.
8. Tổng kết
Thép SCM420 là loại thép hợp kim Cr-Mo chất lượng cao, có thể đạt độ cứng bề mặt lên đến 62 HRC nhờ thấm carbon và tôi dầu. Với khả năng chịu tải, chống mài mòn, và độ dẻo dai tốt, SCM420 được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo, ô tô, và công nghiệp nặng.
Nếu bạn cần loại thép gia công dễ, bền bỉ và linh hoạt trong nhiệt luyện, thì SCM420 chính là lựa chọn tối ưu.
