Các loại thép thường gặp trong gia công cơ khí: ký hiệu JIS, đặc điểm và tính gia công

Cùng một mũi khoan chạy trên thép kết cấu mềm và trên thép dụng cụ đã tôi cứng cho kết quả khác hẳn nhau. Biết được mình đang cầm loại thép nào là bước đầu tiên để chọn đúng dao, đúng lớp phủ và đúng chế độ cắt. Bài viết phân họ thép thường gặp theo ký hiệu JIS, nêu đặc điểm và mức độ khó gia công của từng nhóm.

Cách đọc ký hiệu thép JIS

Phần lớn thép trong xưởng cơ khí Việt Nam đi theo hệ ký hiệu Nhật JIS, đặc biệt khi làm hàng cho khách Nhật hoặc dùng vật liệu nhập từ Nhật. Ký hiệu JIS được đặt theo một quy tắc thống nhất, nắm được quy tắc này người thợ có thể đọc cả những mác thép ít gặp.

Ví dụ dễ nhớ: SS400 là thép kết cấu với độ bền kéo tối thiểu 400 MPa (tương đương 400 N/mm²), S45C là thép carbon chứa khoảng 0,45 phần trăm carbon, SCM440 là thép hợp kim crôm molypden, còn SKD11 là thép dụng cụ làm khuôn. Bốn mác này đại diện cho bốn họ thép chính mà xưởng gặp nhiều nhất.

Thép kết cấu cán nóng — họ SS

Thép kết cấu cán nóng là loại thép phổ thông nhất, phân loại theo độ bền kéo chứ không theo hàm lượng carbon. Đại diện là SS400, con số 400 chỉ độ bền kéo tối thiểu 400 MPa.

• Đặc điểm: mềm, hàm lượng carbon thấp, giá rẻ, dễ hàn.
• Ứng dụng: khung máy, kết cấu thép, đồ gá, chi tiết không chịu tải lớn và không cần nhiệt luyện.
• Khi gia công: dễ khoan và taro, nhưng thép mềm cho phoi dài và dễ dính, cần thoát phoi tốt và bôi trơn để bề mặt ren sạch.

Thép carbon kết cấu — họ S-C

Thép carbon kết cấu phân loại theo hàm lượng carbon, ghi bằng con số ở giữa ký hiệu. S45C chứa khoảng 0,45 phần trăm carbon và là mác phổ biến nhất của nhóm này, có thể coi là xương sống của chi tiết máy.

• Đặc điểm: cân bằng tốt giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng gia công; có thể tôi cải thiện để nâng độ bền.
• Ứng dụng: trục, bánh răng, chốt, bạc, khuôn đơn giản và hầu hết chi tiết máy chịu lực vừa phải.
• Khi gia công: độ khó trung bình. Sau khi tôi cứng thì gia công nặng hơn, cần dao và chế độ cắt phù hợp với độ cứng mới.

Thép hợp kim kết cấu — họ SCM, SNCM

Thép hợp kim kết cấu bổ sung các nguyên tố như crôm, molypden, niken để nâng độ bền và khả năng chịu tải. SCM440 là thép crôm molypden tiêu biểu, SNCM thêm niken cho chi tiết chịu tải cao.

• Đặc điểm: bền và dai hơn thép carbon cùng cỡ, giữ tính chất tốt sau nhiệt luyện.
• Ứng dụng: trục truyền động, bánh răng chịu tải nặng, bu lông cường độ cao, chi tiết máy quan trọng.
• Khi gia công: khó hơn thép carbon một bậc. Nên giảm tốc độ cắt so với S45C, ưu tiên dao chất lượng cao và bôi trơn đầy đủ.

Thép dụng cụ — họ SKD, SKH, SK

Thép dụng cụ chế tạo khuôn và dụng cụ cắt, có độ cứng rất cao sau nhiệt luyện. Đây là nhóm khó gia công nhất trong các họ thép thông dụng.

• SKD11: thép làm khuôn dập nguội, chứa nhiều crôm, độ cứng và chống mài mòn cao.
• SKD61: thép làm khuôn ép nhựa và khuôn đúc, chịu nhiệt và chịu sốc nhiệt tốt.
• SKH: thép gió dùng làm dụng cụ cắt như mũi khoan, taro, dao phay.
• Khi gia công: ở trạng thái ủ có thể dùng dao HSS-E, nhưng sau khi tôi cứng cần dao carbide kèm lớp phủ chịu nhiệt, tốc độ cắt thấp và thoát nhiệt tốt.

Bảng tra nhanh các họ thép theo JIS

Bảng dưới đây tổng hợp bốn họ thép chính, mác đại diện, công dụng điển hình và mức độ khó gia công để người thợ tra nhanh khi cầm một chi tiết mới.

Tính gia công thay đổi thế nào theo họ thép

Càng đi từ thép kết cấu mềm sang thép hợp kim và thép dụng cụ, độ cứng và độ bền càng tăng, kéo theo yêu cầu về dao và chế độ cắt cũng thay đổi theo một quy luật chung.

• Tốc độ cắt giảm dần: thép càng cứng thì tốc độ cắt càng phải giảm để giữ tuổi thọ dao và tránh cháy lưỡi cắt.
• Vật liệu dao nâng cấp dần: thép mềm dùng được HSS, thép hợp kim và thép dụng cụ nên chuyển sang HSS-E hoặc carbide.
• Lớp phủ trở nên quan trọng: với thép cứng và sinh nhiệt cao, lớp phủ chịu nhiệt giúp dao bền hơn nhiều.
• Bôi trơn và thoát nhiệt: càng khó gia công càng cần dung dịch cắt gọt phù hợp để giảm ma sát và tản nhiệt.

Muốn đi sâu vào từng khâu, người thợ có thể xem tiếp các bài về chọn dao theo vật liệu, so sánh vật liệu dụng cụ và tra tốc độ cắt ở phần bài viết liên quan bên dưới.