Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4148:1985

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4148:1985 về Thép ổ lăn quy định các yêu cầu kỹ thuật, phương pháp thử và quy tắc nghiệm thu đối với các loại thép chuyên dùng để chế tạo ổ lăn (vòng bi). Đây là tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo, đảm bảo chất lượng vật liệu đầu vào cho các chi tiết chịu tải trọng động cao và ma sát lớn.

Phạm vi áp dụng và phân loại thép ổ lăn

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các sản phẩm thép cán nóng, thép rèn, thép kéo nguội và thép mài bóng bề mặt dưới dạng thanh, dây hoặc ống dùng để chế tạo các chi tiết của ổ lăn như vòng trong, vòng ngoài, con lăn (con lăn hình trụ, con lăn hình côn, con lăn hình cầu) và bi thép.

• Thép cán nóng và thép rèn: Thường được cung cấp ở trạng thái ủ mềm để dễ dàng gia công cắt gọt trước khi nhiệt luyện tôi cứng.
• Thép kéo nguội và thép mài bóng: Có độ chính xác kích thước cao và chất lượng bề mặt tốt, phục vụ cho các quy trình dập nguội hoặc gia công tự động.

Yêu cầu kỹ thuật về mác thép và thành phần hóa học

TCVN 4148:1985 quy định cụ thể các mác thép ổ lăn thông dụng (ví dụ như OL100, OL100Cr, OL100CrMn, tương đương với các mác thép tiêu chuẩn quốc tế như ShKh15, ShKh15SG của Nga hoặc GCr15 của Trung Quốc). Thành phần hóa học của thép phải được kiểm soát cực kỳ nghiêm ngặt để đảm bảo tính năng làm việc của ổ lăn:

• Hàm lượng Cacbon (C): Thường duy trì ở mức cao (khoảng 0,95% đến 1,05%) để đảm bảo độ cứng cao sau khi tôi.
• Hàm lượng Crom (Cr): Là nguyên tố hợp kim chính (khoảng 1,30% đến 1,65%) giúp tăng độ thấm tôi, tính chống mài mòn và độ bền tiếp xúc của thép.
• Hàm lượng Silic (Si) và Mangan (Mn): Được khống chế trong giới hạn cho phép để nâng cao độ bền của pha mác-ten-xít mà không làm giảm độ dẻo dai của thép.
• Tạp chất có hại (Lưu huỳnh - S, Phốt pho - P): Phải được giới hạn ở mức cực thấp (thường dưới 0,020% hoặc 0,027% tùy theo phương pháp luyện) để tránh hiện tượng giòn nguội, giòn nóng và giảm tuổi thọ mỏi của chi tiết.

Yêu cầu về cấu trúc vĩ mô và vi mô

Chất lượng bên trong của thép ổ lăn quyết định trực tiếp đến tuổi thọ mỏi tiếp xúc của vòng bi. Tiêu chuẩn quy định chặt chẽ các chỉ tiêu cấu trúc:

• Cấu trúc vĩ mô (Macrostructure): Thép không được có các khuyết tật đúc và cán như rỗ khí, co ngót, phân tích lỏng, nứt nguội, nứt nóng hoặc lẫn tạp chất phi kim loại kích thước lớn có thể quan sát được bằng mắt thường hoặc kính phóng đại thấp trên mẫu tẩm thực.
• Cấu trúc vi mô (Microstructure): Sau khi ủ, thép phải có cấu trúc peclit hạt mịn đều đặn. Tiêu chuẩn nghiêm cấm sự tồn tại của lưới các-bít thô hoặc sự phân bố không đều của các-bít (thiên tích các-bít), vì đây là nguyên nhân chính gây ra nứt vỡ khi tôi và làm giảm tuổi thọ mỏi.
• Chiều sâu lớp thoát cacbon: Giới hạn tối đa chiều sâu lớp thoát cacbon bề mặt đối với thép cán nóng và thép kéo nguội để đảm bảo bề mặt chi tiết sau khi gia công vẫn đạt được độ cứng yêu cầu.

Tính chất cơ lý và độ cứng của thép

Độ cứng của thép ổ lăn ở trạng thái cung cấp (sau khi ủ mềm) phải nằm trong giới hạn quy định để đảm bảo khả năng gia công cắt gọt tốt nhất:

• Độ cứng Brinell (HB): Thường không được vượt quá 207 HB đối với thép thanh cán nóng đã ủ, và không quá 229 HB đối với thép kéo nguội.
• Khả năng hóa cứng: Mẫu thử sau khi tôi và ram theo chế độ nhiệt luyện tiêu chuẩn phải đạt độ cứng tối thiểu từ 61 đến 65 HRC (độ cứng Rockwell C) tùy thuộc vào mác thép và kích thước chi tiết.

Phương pháp thử và quy tắc nghiệm thu

Để đảm bảo tính khách quan và chính xác, TCVN 4148:1985 đưa ra các quy định cụ thể về phương pháp kiểm tra chất lượng:

• Lấy mẫu thử: Quy định số lượng mẫu cần lấy từ mỗi lô sản phẩm để phân tích hóa học, thử độ cứng, kiểm tra cấu trúc vĩ mô, vi mô và đo chiều sâu lớp thoát cacbon.
• Phương pháp phân tích hóa học: Thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành về phân tích hóa học thép và gang.
• Kiểm tra khuyết tật: Sử dụng phương pháp tẩm thực axit để kiểm tra cấu trúc vĩ mô và phương pháp soi kính hiển vi quang học để đánh giá cấu trúc vi mô, độ hạt và tạp chất phi kim loại.
• Quy tắc nghiệm thu: Thép được giao nhận theo từng lô có cùng mác thép, cùng số mẻ luyện và cùng kích thước. Nếu bất kỳ mẫu thử nào không đạt yêu cầu, phải tiến hành thử lại với số lượng mẫu gấp đôi. Nếu kết quả thử lại vẫn không đạt, toàn bộ lô thép đó sẽ bị loại bỏ hoặc phải tiến hành phân loại lại.