Mỗi loại dao, từ dao phay, dao tiện đến các hạt dao, đều được chế tạo từ những vật liệu đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Hiểu rõ về các loại vật liệu này không chỉ giúp bạn lựa chọn dụng cụ phù hợp mà còn tối ưu hóa hiệu quả gia công. Bài viết này, Adobus sẽ giúp bạn nắm bắt kiến thức chi tiết về các loại vật liệu làm dao cắt gọt kim loại, từ thép cacbon, thép hợp kim, thép gió đến hợp kim cứng và kim cương nhân tạo.
Các loại vật liệu làm dao cắt gọt kim loại phổ biến
Mỗi loại vật liệu sẽ có những ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với từng loại gia công và vật liệu gia công khác nhau. Dưới đây là các loại vật liệu làm dao cắt gọt kim loại được sử dụng phổ biến nhất:
Thép Cacbon Dụng Cụ
Thép cacbon dụng cụ là loại thép có thành phần chính gồm sắt và cacbon, bên cạnh đó còn có các nguyên tố phụ trợ như mangan, silic và đồng. Đây là loại vật liệu phổ biến nhất trong chế tạo các dụng cụ cắt gọt nhờ vào đặc tính cứng cáp và độ bền cao.
- Thành phần: Cacbon chiếm khoảng từ 0,7% đến 1,3%, cùng với lượng nhỏ các nguyên tố khác.
- Đặc tính: Độ cứng sau khi tôi và ram có thể đạt HRC 60-62, dễ gia công cắt và dễ gia công bằng áp lực. Tuy nhiên, thép cacbon dễ bị nứt vỡ khi tôi trong nước, đặc biệt là với các dụng cụ có kích thước lớn.
- Hạn chế: Tính chịu nóng kém, độ cứng giảm nhanh khi nhiệt độ đạt 200-300°C, ứng với tốc độ cắt khoảng 4-5 m/ph. Độ thấm tôi thấp, dẫn đến khó mài và dễ biến dạng khi nhiệt luyện. Do đó, thép cacbon ít được sử dụng trong việc chế tạo các dụng cụ cắt gọt có hình dạng phức tạp hoặc cần độ chính xác cao.
- Ứng dụng: Thép cacbon dụng cụ thích hợp cho việc chế tạo các dụng cụ cắt gọt đơn giản, làm việc ở tốc độ thấp và yêu cầu độ bền cao.
Thép Hợp Kim Dụng Cụ
Thép hợp kim dụng cụ là thép được pha trộn với các nguyên tố khác như đồng, mangan, niken để nâng cao các đặc tính cơ học như độ cứng, độ bền, và khả năng chống oxy hóa. Tùy thuộc vào thành phần và tỷ lệ các nguyên tố, thép hợp kim dụng cụ được chia thành nhiều nhóm khác nhau với các ứng dụng cụ thể.
- Nhóm I: Loại thép này chủ yếu được sử dụng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt dùng để gia công gỗ.
- Nhóm II: Chứa nhiều crôm (1-1,5%), có tính thấm tôi và khả năng cắt gọt tốt hơn, chịu nhiệt độ từ 220-300°C.
- Nhóm III: Độ thấm tôi cao, ít thay đổi kích thước khi nhiệt luyện, thích hợp để chế tạo các dụng cụ cắt gọt có độ chính xác cao như mũi doa, mũi taro, dao chuốt và các loại dụng cụ đo.
- Nhóm IV: Hàm lượng vonfram lớn, hạt mịn, độ cứng cao, nhưng độ thấm tôi thấp. Loại thép này được dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt cần lưỡi cắt sắc bén và tuổi thọ cao.
- Ứng dụng: Thép hợp kim dụng cụ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các dụng cụ cắt gọt kim loại, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Thép Gió (HSS – High Speed Steel)
Thép gió, hay còn gọi là thép cắt nhanh, là một loại thép dụng cụ được hợp kim hóa cao, có khả năng chịu nhiệt tốt và độ cứng lớn ngay cả khi làm việc ở tốc độ cao. Đây là loại thép được sử dụng phổ biến trong ngành cơ khí nhờ vào khả năng duy trì độ cứng trong điều kiện gia công ở tốc độ cao mà không bị biến dạng.
- Thành phần: Cacbon (0,7-1,5%), wolfram, molipđen (>10%), crom (~4%), và vanađi.
- Đặc tính: Độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt tốt, dễ tôi và không bị biến dạng khi gia công. Thép gió còn có khả năng tự tôi, tức là có thể tôi thâu với tiết diện bất kỳ mà không bị biến dạng nhiều.
- Ứng dụng: Thép gió chủ yếu được sử dụng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt làm việc ở tốc độ cao, như dao tiện, mũi khoan, và các dụng cụ gia công cắt gọt khác trong ngành cơ khí.
Hợp Kim Cứng WC và TiC
Hợp kim cứng là loại vật liệu có tính cứng nóng cao nhất trong các loại vật liệu làm dụng cụ cắt gọt. Thành phần chính của hợp kim cứng là cacbit vonfram (WC) và cacbit titan (TiC), được kết dính bằng côban. Đây là loại vật liệu có khả năng chịu nhiệt rất tốt, với nhiệt độ làm việc lên tới hơn 800°C và tốc độ cắt đạt hàng trăm mét/phút.
- Đặc tính: Tính cứng nóng cao, khả năng chịu mài mòn tốt, nhưng tính giòn cao, dễ gãy vỡ dưới tác động lực va đập. Hợp kim cứng cũng có khả năng dẫn nhiệt kém, chỉ bằng khoảng 50% của thép.
- Hạn chế: Hợp kim cứng không thể được gia công định hình phức tạp do tính cứng rất cao, do đó chỉ có thể tạo ra các dụng cụ có hình dạng đơn giản.
- Ứng dụng: Hợp kim cứng thường được sử dụng để làm các dụng cụ cắt đơn giản, một lưỡi cắt như dao tiện, dao phay, đặc biệt là trong các ứng dụng cần tốc độ cắt cao và tuổi thọ dụng cụ dài.
Kim Cương Nhân Tạo
Kim cương nhân tạo, hay còn gọi là kim cương tổng hợp, là loại đá quý được sản xuất bằng công nghệ hiện đại, có các đặc tính vật lý và hóa học giống với kim cương tự nhiên. Kim cương nhân tạo được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào độ cứng cao, khả năng cắt sắc bén và chi phí sản xuất tương đối hợp lý.
- Phương pháp sản xuất: Có hai phương pháp chính để tạo ra kim cương nhân tạo: phương pháp cao áp cao nhiệt (HPHT) và phương pháp bốc hơi lắng tụ hóa học (CVD). HPHT sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để mô phỏng điều kiện hình thành kim cương tự nhiên, trong khi CVD sử dụng sự bốc hơi hóa học của hợp chất khí carbon để tạo ra các lớp kim cương trên mầm kim cương có sẵn.
- Ưu điểm: Kim cương nhân tạo có độ cứng cao, góc cắt sắc sảo và giá thành hợp lý.
- Ứng dụng: Kim cương nhân tạo thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp kỹ thuật quang học, sản xuất chip điện tử cao cấp, mũi mài kim cương, đá cắt kim cương, và các dụng cụ cắt gọt có độ chính xác cao.
Những Yêu Cầu Đối Với Vật Liệu Làm Dao Cắt Gọt Kim Loại
Để đáp ứng được các yêu cầu của quá trình gia công kim loại, vật liệu làm dao cắt gọt cần phải có những đặc tính sau:
- Độ cứng cao: Vật liệu làm dao cắt gọt cần có độ cứng vượt trội, thường là từ 60 đến 65HRC, để có thể cắt gọt được các kim loại cứng như thép, gang.
- Độ bền cơ học: Vật liệu cần có độ bền cơ học cao để chịu được các tải trọng lớn, nhiệt độ cao và các điều kiện làm việc khắc nghiệt như rung động và ma sát.
- Khả năng chịu nóng: Vật liệu phải duy trì được tính năng cắt ở nhiệt độ cao, thường là từ 700-800°C, và không bị mất cấu trúc khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài.
- Tính chống mài mòn: Khi làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và ma sát lớn, vật liệu cần có khả năng chống mài mòn tốt để đảm bảo tuổi thọ dụng cụ.
- Tính công nghệ: Vật liệu phải dễ gia công, dễ rèn, cán, tạo hình bằng cắt gọt và có tính thấm tôi cao. Ngoài ra, giá thành vật liệu cũng cần phải hợp lý để đảm bảo tính kinh tế.
Hiểu rõ về các loại vật liệu làm dao cắt gọt kim loại là bước đầu tiên để nâng cao chất lượng và hiệu quả trong quá trình gia công. Mỗi loại vật liệu đều có những đặc điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng và điều kiện gia công khác nhau. Adobus hy vọng qua bài viết này, bạn đã có thêm kiến thức cần thiết để lựa chọn vật liệu phù hợp, góp phần vào thành công của các dự án gia công cơ khí.
