Kim loại cứng nhất được sử dụng trong kỹ thuật là gì? - Kiến thức

Trong kỹ thuật cơ khí, thiết kế dụng cụ và sản xuất công nghiệp, độ cứng là một trong những đặc tính quan trọng nhất của vật liệu. Kim loại cứng hơn chống mài mòn, duy trì các cạnh sắc nét, giữ dung sai chặt chẽ lâu hơn và chịu được các điều kiện làm việc bị mài mòn. Đối với các kỹ sư sản phẩm, nhà chế tạo công cụ và nhóm mua sắm, một câu hỏi luôn được đặt ra: kim loại cứng nhất được sử dụng trong kỹ thuật là gì?

Câu trả lời ngắn gọn phụ thuộc vào việc bạn sử dụng vật liệu kim loại tổng hợp hay chỉ kim loại nguyên chất.Trong số các kim loại nguyên tố nguyên chất, crom là kim loại cứng nhất. Trong số các kim loại kỹ thuật thực tế được sử dụng trong công cụ và sản xuất,cacbua vonfram xi măng là vật liệu cứng nhất được sử dụng rộng rãi, tiếp theo là thép tốc độ cao-luyện bột và thép công cụ cao cấp. Trong thực tiễn công nghiệp hàng ngày, thép công cụ gia công nguội D2-và thép tốc độ cao M2- là những kim loại cứng đặc trưng hỗ trợ hầu hết các hoạt động dập, cắt và tạo hình.

Tuy nhiên, độ cứng không bao giờ là yếu tố duy nhất được xem xét. Các kim loại cứng nhất hầu như luôn giòn, đắt tiền và khó gia công. Kỹ thuật tốt luôn cân bằng giữa độ cứng với độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, khả năng gia công và tổng chi phí. Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng tôi chia nhỏ các kim loại cứng nhất được sử dụng trong kỹ thuật, giải thích cách đo độ cứng, khám phá-các ứng dụng công nghiệp trên thế giới thực tế và thảo luận về cách kim loại cứng có thể hỗ trợdập kim loại chính xácVàchế tạo kim loại tấm.

Độ cứng được xác định và đo lường như thế nào trong kỹ thuật

Trước khi xếp hạng vật liệu, điều quan trọng là phải hiểu cách các kỹ sư định lượng độ cứng. Độ cứng là khả năng chống lại sự lõm, trầy xước và biến dạng bề mặt vĩnh viễn của vật liệu.

Ba thang đo thử nghiệm phổ biến nhất trong ngành gia công kim loại:

Độ cứng Rockwell (HRC):Thang đo tiêu chuẩn cho thép công cụ cứng và hợp kim cứng. Nó sử dụng đầu đo hình nón kim cương chịu tải trọng 150 kg. Hầu hết các kim loại cứng kỹ thuật đều nằm trong khoảng HRC 50 và HRC 70.
Độ cứng Vickers (HV):Được sử dụng cho các vật liệu rất cứng, lớp phủ mỏng vàbộ phận chính xác nhỏ. Thang đo Vickers có thể đo độ cứng trên phạm vi rộng hơn Rockwell C.
Độ cứng Brinell (HBW):Phổ biến cho thép kết cấu mềm hơn và tấm chịu mài mòn. Ít được sử dụng hơn cho các kim loại kỹ thuật cứng nhất.

Là một điểm tham chiếu:

Thép mềm mềm: ~HRC 10–20
Lưỡi dao cứng tiêu chuẩn: ~HRC 55–58
Thép khuôn dập cao cấp: ~HRC 60–64
Vật liệu dụng cụ siêu cứng: HRC 70+ hoặc được đo trên thang đo Vickers

Các kim loại cứng nhất được sử dụng trong kỹ thuật, được xếp hạng

Dưới đây là các kim loại cứng và vật liệu kỹ thuật dựa trên kim loại-quan trọng nhất, được xếp hạng từ cấp độ thực tế gia công-khó nhất đến khó nhất.

1. Cacbua vonfram xi măng

Được coi rộng rãi là vật liệu làm từ kim loại cứng nhất-được sử dụng trong kỹ thuật phổ thông,cacbua vonfram xi măng(thường chỉ gọi là cacbua) không phải là kim loại nguyên chất mà là hỗn hợp ma trận{0}}kim loại. Nó bao gồm các hạt cacbua vonfram liên kết với nhau bằng chất kết dính coban.

Phạm vi độ cứng:1.500–2.200 HV (tương đương với khoảng HRC 80–90, vượt xa giới hạn hữu ích của thang đo Rockwell C)

Thuộc tính chính:

Khả năng chống mài mòn và giữ cạnh đặc biệt
Cường độ nén rất cao
Chịu được nhiệt độ cao trong quá trình cắt
Giòn và nhạy cảm với va đập và tải sốc

Ứng dụng kỹ thuật:

Chèn công cụ cắt tốc độ cao-để gia công
Đục khuôn và miếng đệm mòn được dập chính xác để sản xuất-số lượng lớn
Tấm mài mòn, vòi phun và bề mặt ổ trục trong môi trường mài mòn
Mũi khoan và mẹo sử dụng công cụ khai thác mỏ

Cacbua vonfram là vật liệu cứng nhất bạn sẽ tìm thấy trong sử dụng công nghiệp thông thường. Đối với các hoạt động dập khối lượng-cực cao, chày và khuôn cacbua có thể mang lại tuổi thọ gấp 5–10 lần so với thép công cụ tiêu chuẩn.

2. Luyện kim bột Thép tốc độ cao-(PM HSS)

Luyện kim bột thép tốc độ cao-là loại thép cứng nhất-vật liệu kỹ thuật được sản xuất ở quy mô thương mại. Không giống như thép đúc và thép rèn thông thường, thép PM được sản xuất từ bột thép mịn được nén và thiêu kết thành phôi rắn. Điều này tạo ra một cấu trúc vi mô hạt mịn,-đồng nhất có thể chứa hàm lượng hạt cacbua cứng rất cao mà không bị giòn quá mức.

Phạm vi độ cứng:HRC 66–70+ sau khi xử lý nhiệt tối ưu

Điểm cao nhất:

ASP 2060/Vanadis 10:Cấp độ PM siêu cứng dành cho các ứng dụng có độ mài mòn cao
Chiều-M4:Phiên bản bột kim loại hiệu suất cao-của thép tốc độ cao M4-
Vanadis 4 Thêm:Lớp PM cân bằng với độ bền và khả năng chống mài mòn tuyệt vời

Ứng dụng kỹ thuật:

Dập dấu hiệu suất cao-và hình thành khuôn
Công cụ cắt chính xác dành cho những vật liệu khó-làm{1}}máy
Dụng cụ ép đùn nguội và các bộ phận đục lỗ-có độ mài mòn cao

Thép tốc độ cao-PM mang lại khả năng chống mài mòn gần như-cacbua với độ bền tốt hơn và chi phí thấp hơn so với cacbua rắn. Chúng là sự lựa chọn cao cấp cho-sản xuất khuôn dập lũy tiến với số lượng lớn.

3. Thép tốc độ cao-thông thường (HSS)

Trước khi công nghệ luyện kim bột trở nên phổ biến, thép-tốc độ cao thông thường là tiêu chuẩn cho độ cứng tối đa trong gia công dụng cụ. Chúng vẫn là lựa chọn hiệu quả nhất về mặt chi phí-cho nhiều ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi khắt khe.

Phạm vi độ cứng:HRC 62–69 tùy theo cấp bậc

Điểm cao nhất:

M2 HSS:Thép tốc độ cao-có mục đích chung{1}}được sử dụng rộng rãi nhất. Làm cứng đến HRC 64–66. Công cụ tiêu chuẩn dành cho máy khoan, dao phay và dụng cụ dập sản xuất.
M42 HSS:Loại cao cấp hợp kim coban-đạt HRC 67–69 với độ cứng màu đỏ tuyệt vời (khả năng duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao). Được sử dụng cho các công cụ cắt hiệu suất cao-và các hoạt động tạo hình đòi hỏi khắt khe.

Ứng dụng kỹ thuật:

Đấm và khuôn dập tiêu chuẩn
Máy khoan, máy phay cuối và dụng cụ cắt
Lưỡi cưa và lưỡi cắt

4. Thép công cụ nguội-

Thép công cụ gia công nguội-là xương sống của quá trình dập và tạo hình kim loại nói chung. Mặc dù không cứng bằng thép tốc độ cao-nhưng chúng mang lại sự cân bằng tuyệt vời giữa độ cứng, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn và khả năng chi trả.

Phạm vi độ cứng:HRC 58–64

Điểm cao nhất:

Thép công cụ D2:Cấp độ gia công nguội-phổ biến nhất trong ngành dập. Làm cứng đến HRC 58–62 với khả năng chống mài mòn rất tốt nhờ hàm lượng crom và cacbua cao. Đây là lựa chọn mặc định cho khuôn đột bao hình, khuôn định hình và lưỡi cắt.
Thép công cụ A2:Làm cứng đến HRC 60–62 với độ dẻo dai tốt hơn D2. Được sử dụng để tạo khuôn và dụng cụ phải chống sứt mẻ dưới tải trọng va đập.
Thép công cụ S7:Loại cứng nhất trong các loại gia công nguội thông thường-, được sử dụng cho các ứng dụng chịu va đập nặng.

Đối với hầu hết các loại dập kim loại tiêu chuẩn vàchế tạo kim loại tấmdụng cụ, thép công cụ D2 mang lại sự kết hợp tốt nhất giữa hiệu suất và chi phí.

5. Thép không gỉ Martensitic

Khi cần cả độ cứng và khả năng chống ăn mòn, thép không gỉ martensitic là lựa chọn khó nhất. Không giống như các loại không gỉ austenit như 304 và 316, các loại martensitic có thể được làm cứng đáng kể thông qua xử lý nhiệt.

Phạm vi độ cứng:HRC 50–60

Điểm cao nhất:

Thép không gỉ 440C:Loại không gỉ cứng nhất thường có sẵn. Đạt HRC 58–60 khi cứng hoàn toàn. Dùng cho dao kéo-cao cấp, các bộ phận ổ trục và dụng cụ-chống ăn mòn.
Thép không gỉ 420HC:Loại 420 được cải tiến với hàm lượng cacbon cao hơn, độ cứng đạt xấp xỉ HRC 56–58. Cung cấp khả năng chống ăn mòn tốt hơn 440C với độ cứng thấp hơn một chút.

6. Crom – Kim loại nguyên chất cứng nhất

Trong số các kim loại nguyên tố tinh khiết,crom (Cr)là loại cứng nhất, với độ cứng Vickers xấp xỉ 1.000 HV ở dạng tinh khiết nhất. Tuy nhiên, crom nguyên chất rất giòn và hiếm khi được sử dụng làm kim loại kỹ thuật độc lập. Thay vào đó, nó hầu như chỉ được sử dụng như một nguyên tố hợp kim - nổi tiếng nhất là thành phần chính của thép không gỉ. Crom cũng được sử dụng rộng rãi để mạ điện crom cứng nhằm tạo thêm bề mặt cứng, chống mài mòn cho các bộ phận bằng thép mềm hơn.

Sự đánh đổi độ cứng-: Tại sao khó hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn

Trong kỹ thuật, việc lựa chọn kim loại cứng nhất hiện có hầu như không bao giờ là quyết định tối ưu.

Độ cứng đi kèm với sự đánh đổi-không thể tránh khỏi:

Độ cứng so với độ dẻo dai:Khi độ cứng tăng lên, độ bền va đập hầu như luôn giảm. Các kim loại cứng nhất thì giòn và có thể sứt mẻ, nứt hoặc vỡ khi chịu tải va đập. Đối với các ứng dụng tác động - chẳng hạn nhưdĩa xe nâng, dụng cụ búa, vàkhung kết cấu- lớp mềm hơn, cứng hơn một chút sẽ an toàn hơn và bền hơn về lâu dài.
Độ cứng so với khả năng gia công:Kim loại cứng hơn khó cắt, khoan, nghiền và nghiền hơn nhiều. Chúng làm dụng cụ cắt bị hao mòn nhanh chóng và yêu cầu tốc độ xử lý chậm hơn. Các loại rất cứng thường phải được gia công ở trạng thái ủ mềm và sau đó được xử lý nhiệt-.
Độ cứng so với chi phí:Các vật liệu cứng cao cấp như cacbua vonfram và thép tốc độ cao-PM đắt hơn đáng kể so với thép công cụ tiêu chuẩn. Chi phí dụng cụ, chi phí xử lý và tỷ lệ phế liệu đều tăng theo độ cứng.
Độ cứng so với khả năng hàn:Hầu hết các loại thép rất cứng đều khó hoặc không thể hàn một cách đáng tin cậy mà không bị nứt và mềm. Các ứng dụng kết cấu yêu cầu hàn thường sử dụng các cấp độ-có độ cứng thấp hơn và có thể hàn được.

Thiết kế kỹ thuật tốt chọn vật liệu cứng nhất mà vẫn đáp ứng các yêu cầu về độ bền, chi phí và khả năng sản xuất - chứ không phải vật liệu cứng nhất hiện có.

Kim loại cứng trong dập kim loại & chế tạo công nghiệp

Trong quá trình sản xuất kim loại hàng ngày--, kim loại cứng đóng hai vai trò riêng biệt: chúng được sử dụng để chế tạo dụng cụ và đôi khi chúng được sử dụng làm vật liệu bộ phận.

Kim loại cứng cho dụng cụ dập

Khuôn và chày định hình các bộ phận kim loại tấm là nơi kim loại cứng mang lại giá trị cao nhất.

Khuôn-bền lâu hơn giúp giảm thời gian ngừng hoạt động, giảm-chi phí gia công trên mỗi bộ phận và duy trì dung sai chặt chẽ hơn trong quá trình sản xuất dài hơn.

Dụng cụ sản xuất tiêu chuẩn:Thép công cụ gia công nguội D2-là tiêu chuẩn ngành cho hầu hết các khuôn dập. Nó mang lại tuổi thọ mài mòn tốt với chi phí hợp lý.
Khối lượng tăng dần-cao:Đục và khuôn bằng thép-tốc độ cao M2 hoặc M42 được sử dụng để chạy-số lượng lớnbộ phận chính xác nhỏchẳng hạn như các thiết bị đầu cuối điện.
Sản xuất với số lượng cực kỳ-cao{1}}:Hạt dao cacbua vonfram được sử dụng cho các trạm mài mòn-cao nhất trong khuôn dập lũy tiến, trong đó hàng triệu bộ phận phải được sản xuất giữa các lần thay dao.

TạiGia công kim loại Joyear, bộ phận dụng cụ-nội bộ của chúng tôi xây dựng và duy trì khuôn dập bằng thép công cụ D2 và M2 cao cấp, với các bản nâng cấp cacbua có sẵn cho các hoạt động sản xuất số lượng lớn-. Điều này đảm bảo độ chính xác về kích thước nhất quán và tuổi thọ công cụ dài chobộ phận dập chính xác hợp kim đồng, Bản lề đàn piano bằng thép không gỉ 72 inchvà các sản phẩm có số lượng-cao khác. Của chúng tôidập kim loại tấm nguyên mẫudịch vụ cũng sử dụng thép công cụ được tối ưu hóa để cân bằng tốc độ, chi phí và chất lượng nhằm xác thực thiết kế với-khối lượng thấp.

Kim loại cứng cho các thành phần đã hoàn thiện

Trong khi dụng cụ sử dụng các kim loại cứng nhất, hầu hết các bộ phận được đóng dấu và chế tạo hoàn thiện không yêu cầu độ cứng tối đa. Thay vào đó, họ sử dụng các vật liệu được chọn lọc về độ bền, khả năng chống ăn mòn, khả năng định hình hoặc độ dẫn điện.

Các thành phần xử lý kết cấu và vật liệu:Thép hợp kim thấp-cường độ cao cân bằng độ cứng, độ dẻo dai và khả năng hàn. Của chúng tôidĩa xe nângvà các phụ kiện xử lý vật liệuchẳng hạn như được sản xuất từ thép hợp kim có độ bền-cao được thiết kế để đáp ứngISO 2330VàANSI/ITSDF B56.11.4tiêu chuẩn an toàn. Những vật liệu này đủ cứng để chống mài mòn nhưng đủ cứng để hấp thụ tải trọng va đập một cách an toàn.
Phần cứng{0}}chống ăn mòn:Thép không gỉ 304 và 316 được chọn vì khả năng chống ăn mòn hơn là độ cứng tối đa. Của chúng tôibản lề kim loại dàivà bản lề đàn piano được hình thành chính xác-từ các loại này để mang lại hiệu suất lâu dài-đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Linh kiện điện:Hợp kim đồng và đồng thau được chọn vì độ dẫn điện và khả năng định hình chứ không phải độ cứng.

Tại sao nên hợp tác với Joyear Metalwork?

Cho dù dự án của bạn yêu cầuthiết bị đầu cuối bằng đồng được đóng dấu-chính xác, bản lề bằng thép không gỉ chống ăn mòn-hoặc các thành phần kết cấu chịu lực-nặng, làm việc với nhà sản xuất có kinh nghiệm sẽ đảm bảo lựa chọn vật liệu và công cụ phù hợp cho mọi ứng dụng.

Gia công kim loại Joyearlà nhà sản xuất chế tạo kim loại tấm và dập kim loại được chứng nhận ISO 9001:2015 và ISO 14001:2004, được thành lập vào năm 2008. Cơ sở sản xuất rộng 5,000+ mét vuông của chúng tôi tuyển dụng hơn 300 chuyên gia lành nghề và phục vụ các OEM, nhà sản xuất thiết bị và đại lý công nghiệp trên toàn thế giới.

Khả năng cốt lõi của chúng tôi bao gồm:

Dập khuôn lũy tiến khối lượng lớn-với các tùy chọn dao cụ cacbit và thép công cụ cao cấp
Các bộ phận dập chính xác bằng hợp kim đồng cho các ứng dụng điện và điện tử
Bản lề đàn piano bằng thép không gỉvà bản lề kim loại dài cho thiết bị công nghiệp
Phuộc xe nâng hạng nặng-và các bộ phận xử lý vật liệu được xây dựng theo tiêu chuẩn an toàn quốc tế
Dập kim loại tấm nguyên mẫu và hỗ trợ sản xuất đầy đủ
Hoàn thành-thiết kế công cụ nội bộ, hoạt động phụ và đảm bảo chất lượng

Nhóm kỹ thuật của chúng tôi làm việc chặt chẽ với mọi khách hàng trong giai đoạn thiết kế để đề xuất vật liệu tối ưu - cho cả bộ phận hoàn thiện và công cụ sản xuất - nhằm cân bằng hiệu suất, độ bền và tổng chi phí.

Để khám phá toàn bộ khả năng dập và chế tạo của chúng tôi, hãy truy cập Joyear Metalwork:https://www.joyearmetalwork.com/hoặc liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi để thảo luận về yêu cầu dự án của bạn.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Kim loại cứng nhất được sử dụng trong kỹ thuật là gì?

Đáp: Trong số các vật liệu kỹ thuật thực tế, cacbua vonfram xi măng là vật liệu công cụ dựa trên kim loại cứng nhất được sử dụng rộng rãi-. Trong số tất cả-các loại thép, thép tốc độ cao- luyện kim bột đạt được độ cứng cao nhất. Thép công cụ D2 và M2 là những kim loại cứng phổ biến nhất được sử dụng trong công nghiệp hàng ngày.

Hỏi: Titan có phải là kim loại cứng nhất không?

Đáp: Không. Titan được đánh giá cao nhờ tỷ lệ độ bền-trên-trọng lượng tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn, nhưng nó không đặc biệt cứng. Titan nguyên chất tương đối mềm và thậm chí cả hợp kim titan có độ bền-cao cũng có độ bền khoảng HRC 36–44 - mềm hơn nhiều so với thép công cụ.

Hỏi: Loại thép cứng nhất là gì?

Đáp: Các loại thép cứng nhất hiện có trên thị trường là thép tốc độ cao{0}} luyện kim bột chẳng hạn như ASP 2060 và Vanadis 10, có thể vượt quá HRC 68–70. Trong số các loại thép thông thường, thép tốc độ cao M42-đạt xấp xỉ HRC 67–69.

Hỏi: Tại sao những kim loại cứng nhất không được sử dụng cho mọi thứ?

Trả lời: Các kim loại cứng nhất thường giòn, đắt tiền, khó gia công và nhạy cảm với va đập. Hầu hết các ứng dụng kỹ thuật đều yêu cầu sự cân bằng về độ cứng, độ dẻo dai và chi phí. Chất liệu tối ưu là chất liệu mềm nhất nhưng vẫn đáp ứng mọi yêu cầu về hiệu suất và độ bền.

Hỏi: Những kim loại nào được sử dụng để dập khuôn?

Đáp: Hầu hết các khuôn dập tiêu chuẩn đều được làm từ thép công cụ gia công nguội D2. Để sản xuất-số lượng lớn hơn, thép tốc độ cao-M2 được sử dụng. Đối với các ứng dụng có độ mài mòn cao nhất-, hạt dao cacbua vonfram được lắp đặt tại các trạm khuôn quan trọng.

suy nghĩ cuối cùng

Khi nói đến kim loại cứng nhất được sử dụng trong kỹ thuật, cacbua vonfram xi măng nằm ở vị trí hàng đầu trong phạm vi công nghiệp thực tế, tiếp theo là thép tốc độ cao{0}}luyện kim bột, thép tốc độ cao-thông thường và thép công cụ gia công nguội-. Trong số các kim loại nguyên tố nguyên chất, crom là kim loại cứng nhất nhưng hiếm khi được sử dụng riêng lẻ.

Tuy nhiên, trong thực tế kỹ thuật thực tế, kim loại cứng “tốt nhất” không bao giờ chỉ đơn giản là kim loại cứng nhất. Việc lựa chọn vật liệu có kỹ năng sẽ cân bằng độ cứng với độ dẻo dai, khả năng gia công, chi phí và các yêu cầu cụ thể-cho ứng dụng. Cho dù bạn đang chọn thép công cụ cho khuôn sản xuất hay chọn vật liệu chi tiết cho bộ phận kết cấu, thì việc làm việc với đối tác sản xuất có kinh nghiệm sẽ đảm bảo bạn có được sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất và giá trị.