Thép SK105M: Thành phần, tiêu chuẩn, đặc tính, nhiệt luyện và ứng dụng

Trong nhóm thép công cụ cacbon, thép SK105M là vật liệu được sử dụng cho các sản phẩm dạng dải yêu cầu độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ chính xác kích thước tương đối cao. Khác với SK105 dạng thép công cụ theo JIS G4401, ký hiệu SK105M được quy định trong JIS G3311 – thép dải đặc biệt được gia công nguội (mài bóng/làm nguội cán). Chữ M vì vậy có ý nghĩa quan trọng khi lựa chọn vật liệu, đặc biệt đối với các sản phẩm dạng dải mỏng, dải chính xác và chi tiết cần kiểm soát độ dày, độ phẳng.

SK105M có hàm lượng carbon khoảng 1,00–1,10%, thuộc nhóm thép công cụ cacbon có hàm lượng carbon cao. Thành phần này cho phép vật liệu đạt độ cứng đáng kể sau nhiệt luyện, nhưng đồng thời làm giảm độ dẻo và độ dai so với các loại thép carbon kết cấu có hàm lượng carbon thấp hơn.

Bài viết dưới đây phân tích thành phần hóa học, tiêu chuẩn, đặc tính, độ cứng, nhiệt luyện, ứng dụng, ưu nhược điểm và các mác thép thường được đối chiếu với SK105M, qua đó giúp người sử dụng phân biệt chính xác SK105M với SK105, SK85, SK65, S45C và các loại thép công cụ khác.

Thép SK105M là gì?

Thép SK105M là thép công cụ cacbon dạng thép dải đặc biệt được gia công nguội, được quy định trong JIS G3311. Về thành phần, SK105M dựa trên nền SK105 – mác thép công cụ cacbon trước đây được gọi là SK3. Vì vậy, có thể hiểu đơn giản rằng SK105M là phiên bản vật liệu dạng dải của SK105, với trạng thái sản phẩm và yêu cầu kỹ thuật phù hợp với JIS G3311.

Điểm cần lưu ý là SK105M không nên được xem đơn thuần là một tên khác của SK105 trong mọi trường hợp. SK105 thuộc JIS G4401 – thép công cụ cacbon, trong khi SK105M thuộc JIS G3311 – thép dải đặc biệt được gia công nguội. Khi đặt hàng, cần ghi rõ mác thép, tiêu chuẩn, kích thước và trạng thái cung cấp để tránh nhận nhầm vật liệu.

Với hàm lượng carbon cao, SK105M có khả năng đạt độ cứng cao sau tôi. Tuy nhiên, thép công cụ cacbon có độ thấm tôi tương đối thấp so với thép công cụ hợp kim như SKD11. Vì vậy, kích thước tiết diện, hình dạng chi tiết và phương pháp làm nguội có ảnh hưởng lớn đến kết quả nhiệt luyện.

SK105M thuộc nhóm thép nào?

SK105M thuộc nhóm:

• Thép công cụ cacbon.
• Dạng sản phẩm: thép dải đặc biệt gia công nguội.
• Tiêu chuẩn sản phẩm: JIS G3311.
• Mác nền tương ứng: SK105, tên cũ SK3.
• Hàm lượng carbon danh nghĩa: khoảng 1,00–1,10%.

JIS G3311 hiện quy định SK105M cùng các mác dải thép công cụ cacbon khác như SK120M, SK95M, SK85M, SK75M và SK65M.

Tiêu chuẩn và ký hiệu của thép SK105M

Hai tiêu chuẩn thường cần phân biệt khi tìm hiểu SK105M là JIS G3311 và JIS G4401.

Nguồn dữ liệu kỹ thuật về SK105M cũng xác nhận ký hiệu SK3M và tiêu chuẩn JIS G3311, trong khi SK105 là SK3 theo JIS G4401.

Do đó, nếu nhu cầu là dải thép mỏng, dải thép chính xác hoặc vật liệu được cung cấp ở trạng thái cán nguội, SK105M là ký hiệu cần được kiểm tra trên chứng chỉ vật liệu thay vì chỉ ghi chung là SK105.

Thành phần hóa học của thép SK105M

Thành phần hóa học của SK105M có đặc trưng của thép công cụ cacbon: carbon cao và lượng nguyên tố hợp kim bổ sung tương đối thấp. Theo dữ liệu của SK105M, thành phần chính nằm trong các khoảng sau:

Vai trò của các nguyên tố

Carbon (C) là nguyên tố quan trọng nhất đối với SK105M. Hàm lượng khoảng 1,00–1,10% giúp thép có khả năng đạt độ cứng cao sau nhiệt luyện, đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn. Đổi lại, lượng carbon cao làm giảm độ dẻo và độ dai, đặc biệt khi thép được tôi đến độ cứng cao.

Silic (Si) và mangan (Mn) chủ yếu tham gia vào quá trình luyện thép và góp phần điều chỉnh cơ tính, độ bền và khả năng nhiệt luyện. Hàm lượng của chúng trong SK105M vẫn tương đối thấp so với các loại thép hợp kim.

Phốt pho (P) và lưu huỳnh (S) được kiểm soát ở mức thấp vì hàm lượng cao có thể ảnh hưởng bất lợi đến độ dai và chất lượng gia công.

Các giới hạn Cu, Ni và Cr không biến SK105M thành thép hợp kim. Đây vẫn là thép công cụ cacbon, khác với những mác thép công cụ hợp kim như SKS hoặc SKD.

Đặc tính của thép SK105M

Đặc tính của SK105M cần được xem xét theo trạng thái cung cấp. Không nên sử dụng một giá trị độ cứng duy nhất để đại diện cho mọi sản phẩm SK105M.

Theo dữ liệu JIS G3311 được công bố cho SK105M, độ cứng của vật liệu ở trạng thái ủ vào khoảng HV 220 trở xuống, trong khi trạng thái cán nguội có thể nằm khoảng HV 220–310. Một số tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất ghi giới hạn trạng thái ủ thấp hơn, vì vậy khi mua hàng cần ưu tiên thông số trên chứng chỉ của chính lô vật liệu.

Sau nhiệt luyện, SK105M có thể đạt độ cứng cao. Một bảng thông số nhiệt luyện của nhà cung cấp thép Nhật Bản ghi SK105M ở khoảng 760–820°C khi tôi nước với độ cứng sau tôi từ khoảng 62 HRC trở lên, hoặc 790–850°C khi tôi dầu với độ cứng khoảng 60 HRC trở lên trong điều kiện thử nghiệm được công bố. Đây là dữ liệu tham khảo chứ không phải giá trị bắt buộc cho mọi chiều dày và hình dạng.

Ưu điểm

SK105M có một số ưu điểm đáng chú ý:

• Hàm lượng carbon cao, có khả năng đạt độ cứng cao sau nhiệt luyện.
• Khả năng chống mài mòn tốt trong các ứng dụng phù hợp.
• Có thể sử dụng cho nhiều loại chi tiết dạng dải và dụng cụ nhỏ.
• Có trạng thái cán nguội với độ cứng và kích thước được kiểm soát.
• Có lịch sử sử dụng trong các sản phẩm như lưỡi cưa, dụng cụ cắt, lò xo và đồ gá.

Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm trên, SK105M cũng có các giới hạn:

• Độ dai không cao bằng nhiều loại thép carbon kết cấu có hàm lượng carbon thấp hơn.
• Độ thấm tôi hạn chế do đây là thép công cụ cacbon, không phải thép công cụ hợp kim.
• Tôi nước có thể tạo ứng suất lớn, làm tăng nguy cơ cong vênh hoặc nứt nếu hình dạng và quy trình không phù hợp.
• Không thích hợp để thay thế thép công cụ chịu nóng hoặc thép gió trong các ứng dụng yêu cầu khả năng giữ độ cứng ở nhiệt độ cao.
• Với khuôn phức tạp hoặc tiết diện lớn, thép công cụ hợp kim có thể phù hợp hơn.

Nhiệt luyện thép SK105M

Nhiệt luyện là bước quan trọng nếu cần khai thác khả năng đạt độ cứng cao của SK105M. Tuy nhiên, không nên áp dụng một công thức nhiệt luyện duy nhất cho tất cả sản phẩm vì kết quả phụ thuộc vào chiều dày, hình dạng, trạng thái ban đầu và thiết bị xử lý.

Ủ thép SK105M

Đối với SK105, dữ liệu kỹ thuật JIS cho thép cán nóng hoặc rèn thường sử dụng khoảng 750–780°C, sau đó làm nguội chậm để đạt trạng thái mềm hơn. SK105M dạng dải có quy định riêng về độ cứng ở trạng thái ủ theo JIS G3311.

Mục đích của ủ là:

• Giảm độ cứng.
• Giảm ứng suất bên trong.
• Cải thiện khả năng gia công.
• Chuẩn bị tổ chức cho các công đoạn tiếp theo.

Tôi thép SK105M

Đối với SK105M, một số tài liệu kỹ thuật công bố khoảng nhiệt độ tôi 760–820°C với làm nguội nước hoặc 790–850°C với làm nguội dầu, kèm độ cứng sau tôi tương ứng.

Tuy nhiên, vì SK105M có độ thấm tôi thấp và tốc độ nguội ảnh hưởng mạnh đến biến dạng, không nên tự động áp dụng tôi nước cho mọi chi tiết. Các chi tiết mỏng, dài hoặc có hình dạng phức tạp cần được thử nghiệm quy trình để kiểm soát nứt và cong vênh.

Ram thép SK105M

Sau khi tôi, cần ram ở nhiệt độ phù hợp với yêu cầu sử dụng. Ram giúp giảm ứng suất và độ giòn của tổ chức sau tôi, đồng thời điều chỉnh sự cân bằng giữa độ cứng và độ dai.

Nhiệt độ ram cụ thể nên được xác định theo yêu cầu độ cứng, kích thước chi tiết và dữ liệu của nhà sản xuất. Không nên đưa ra một khoảng nhiệt độ ram cố định rồi áp dụng cho mọi sản phẩm SK105M.

Ứng dụng của thép SK105M

SK105M được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm dạng dải và các chi tiết cần sự kết hợp giữa độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ chính xác của vật liệu.

Các tài liệu kỹ thuật về SK105M ghi nhận những ứng dụng như lưỡi cưa, dao và dụng cụ cắt, lò xo, đục, đồ gá và dụng cụ phụ trợ.

Lưỡi cưa và dụng cụ cắt

Hàm lượng carbon cao giúp SK105M có khả năng đạt độ cứng cần thiết sau nhiệt luyện. Vì vậy, vật liệu có thể được sử dụng cho một số loại lưỡi cưa, lưỡi cắt và dụng cụ cắt dạng dải.

Khả năng giữ cạnh cắt phụ thuộc không chỉ vào mác thép mà còn vào nhiệt luyện, hình dạng lưỡi, góc cắt và điều kiện làm việc. Do đó, không nên khẳng định SK105M luôn giữ sắc tốt hơn mọi loại thép dao khác.

Lò xo và chi tiết đàn hồi dạng dải

SK105M có thể được sử dụng trong một số loại lò xo, lá đàn hồi và chi tiết dạng dải yêu cầu độ cứng tương đối cao. Tuy nhiên, khi ứng dụng vào lò xo chịu tải chu kỳ cao, cần xem xét cả giới hạn mỏi và trạng thái vật liệu thay vì chỉ dựa vào hàm lượng carbon.

Đục và dụng cụ cầm tay

SK105M cũng được ghi nhận cho các ứng dụng như đục, dụng cụ và đồ gá. Những ứng dụng này khai thác khả năng đạt độ cứng và chống mài mòn của thép công cụ cacbon.

Khuôn và dụng cụ dập đơn giản

SK105/SK105M có thể được sử dụng trong một số dụng cụ hoặc khuôn dập nguội có kết cấu tương đối đơn giản. Tuy nhiên, không nên xem SK105M là vật liệu mặc định cho mọi loại khuôn dập.

Đối với khuôn yêu cầu độ bền cao, hình dạng phức tạp, khả năng chống mài mòn lớn hoặc cần độ ổn định kích thước tốt sau nhiệt luyện, các loại thép công cụ hợp kim như SKD11 có thể được xem xét tùy điều kiện làm việc. Bảng vật liệu của Aichi Steel cũng phân biệt SK105 với nhóm thép công cụ nguội hợp kim như SKS3 và SKD11.

So sánh SK105M với SK5, SK7, SK85, 1045 và S45C

Một điểm dễ gây nhầm lẫn là các tên SK5, SK7 và SK85 trong tài liệu thương mại. Trong hệ thống ký hiệu mới của JIS, các mác cũ được thay đổi tên:

Các dữ liệu thành phần của JIS cho thấy SK105 có hàm lượng carbon cao hơn SK85 và SK65. Tuy nhiên, không nên hiểu rằng mác có nhiều carbon hơn luôn phù hợp hơn; lựa chọn phải dựa trên yêu cầu về độ cứng, độ dai, khả năng gia công và hình dạng sản phẩm.

SK105M và SK85

SK85 là tên mới của SK5, với C khoảng 0,80–0,90%, thấp hơn SK105 khoảng 1,00–1,10%. Vì vậy, SK105 có tiềm năng đạt độ cứng cao hơn nhưng thường phải đánh đổi một phần độ dai.

Đối với các sản phẩm dạng dải cần độ cứng cao hơn, SK105M có thể được cân nhắc; còn khi cần cân bằng hơn giữa độ cứng và độ dai, SK85M/SK5M có thể phù hợp tùy ứng dụng.

SK105M và SK65

SK65 là tên mới của SK7, có C khoảng 0,60–0,70%. Đây là mác carbon tool steel có hàm lượng carbon thấp hơn đáng kể so với SK105.

Do đó, SK65 thường được cân nhắc khi yêu cầu về độ dai và khả năng chịu va đập quan trọng hơn việc đạt độ cứng cực cao. Không nên gọi SK105M là phiên bản “tốt hơn” SK65; hai mác phục vụ các yêu cầu vật liệu khác nhau.

SK105M và 1045/S45C

1045 và S45C không phải là thép công cụ cacbon tương đương với SK105M. Đây là các mác thép carbon kết cấu có hàm lượng carbon trung bình và thường được dùng cho trục, chốt, bánh răng, bu lông, chi tiết máy và các bộ phận cơ khí cần sự cân bằng giữa độ bền và độ dai.

Trong khi đó, SK105M hướng nhiều hơn đến các sản phẩm dạng dải và dụng cụ cần độ cứng, chống mài mòn sau nhiệt luyện.

Vì vậy, không nên thay thế SK105M bằng S45C chỉ dựa trên tiêu chí giá thành hoặc độ bền kéo. Cần xem xét chức năng thực tế của chi tiết.

Mác thép tương đương và đối chiếu với SK105M

Một số bảng đối chiếu quốc tế thường đặt SK105 cạnh các mác như W1-10, C105U và 1.1545. MISUMI cũng liệt kê SK105/SK3 cùng W1-10 và ISO TC105 trong bảng tham khảo vật liệu.

Tuy nhiên, các mác trên nên được hiểu là mác đối chiếu hoặc tương đương tham khảo, không nên mặc nhiên coi là thay thế 1:1 cho SK105M. Lý do là SK105M còn gắn với dạng sản phẩm thép dải và tiêu chuẩn JIS G3311, trong khi các mác W1-10 hoặc C105U có thể thuộc tiêu chuẩn và dạng sản phẩm khác. Khi thay thế vật liệu cho sản xuất hàng loạt, cần kiểm tra thành phần, kích thước, trạng thái cung cấp và yêu cầu nhiệt luyện.

SK105M có phổ biến trên thị trường không?

SK105 là một mác thép công cụ cacbon được biết đến rộng rãi trong hệ thống JIS, còn SK105M có tính chuyên biệt hơn vì gắn với sản phẩm thép dải đặc biệt theo JIS G3311.

JIS G3311 hiện liệt kê SK105M cùng nhóm SK120M, SK95M, SK85M, SK75M và SK65M. Một số nhà sản xuất và đơn vị gia công vật liệu chính xác cũng cung cấp các dòng thép dải này.

Tại thị trường Việt Nam, khả năng có sẵn SK105M phụ thuộc nhiều vào độ dày, chiều rộng, trạng thái cán, nguồn gốc và số lượng đặt hàng. Vì vậy, khi hỏi mua nên cung cấp đầy đủ quy cách thay vì chỉ yêu cầu “thép SK105M”.

Những lưu ý khi gia công và sử dụng SK105M

Do là thép công cụ cacbon có hàm lượng carbon cao, SK105M cần được lựa chọn phù hợp với hình dạng và phương pháp gia công.

Đối với sản phẩm dạng dải mỏng, ưu điểm về độ chính xác kích thước và trạng thái cán nguội có thể rất hữu ích. Tuy nhiên, khi nhiệt luyện, biến dạng và ứng suất dư cần được kiểm soát cẩn thận.

Đặc biệt, không nên áp dụng quy trình tôi nước một cách máy móc cho mọi chi tiết. Các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu dung sai chặt có thể cần quy trình thử nghiệm riêng để giảm cong vênh và nguy cơ nứt.

Ngoài ra, SK105M không phải thép không gỉ. Nếu sử dụng trong môi trường ẩm hoặc có tác nhân ăn mòn, cần có biện pháp bảo quản và xử lý bề mặt thích hợp.

Mua thép SK105M cần kiểm tra những gì?

Khi mua thép SK105M, nên kiểm tra tối thiểu các thông tin sau:

• Mác thép: SK105M hoặc SK3M.
• Tiêu chuẩn: JIS G3311.
• Thành phần hóa học.
• Kích thước chiều dày và chiều rộng.
• Trạng thái cung cấp: ủ, cán nguội hoặc trạng thái được quy định trong đơn hàng.
• Độ cứng HV theo trạng thái cung cấp.
• Chứng chỉ chất lượng của lô hàng.
• Nguồn gốc và nhà sản xuất.
• Dung sai kích thước.
• Yêu cầu xử lý nhiệt sau gia công nếu có.

Đối với vật liệu dùng cho dao, dụng cụ hoặc chi tiết chịu mài mòn, nên thống nhất trước với nhà cung cấp về độ cứng mục tiêu sau nhiệt luyện, bởi cùng một mác SK105M nhưng kết quả thực tế còn phụ thuộc vào kích thước và quy trình xử lý.

Giá thép SK105M bao nhiêu?

Giá thép SK105M không có một mức cố định cho mọi trường hợp. Giá có thể thay đổi theo:

• Độ dày và chiều rộng dải thép.
• Chiều dài hoặc khối lượng đặt hàng.
• Trạng thái ủ/cán nguội.
• Xuất xứ.
• Nhà sản xuất.
• Dung sai kích thước.
• Số lượng đặt hàng.
• Yêu cầu cắt hoặc gia công bổ sung.
• Chứng chỉ và yêu cầu kiểm tra vật liệu.

Vì vậy, thay vì sử dụng một “bảng giá SK105M” cố định, doanh nghiệp nên yêu cầu báo giá theo đúng quy cách thực tế. Khi so sánh các báo giá, cần đối chiếu cả mác thép, tiêu chuẩn JIS G3311, trạng thái vật liệu và chứng chỉ chất lượng, không chỉ so sánh đơn giá trên mỗi kilogram.

Kết luận

Thép SK105M là thép công cụ cacbon dạng dải đặc biệt được quy định trong JIS G3311, có nền thành phần tương ứng với SK105/SK3 và hàm lượng carbon khoảng 1,00–1,10%. Vật liệu có khả năng đạt độ cứng cao sau nhiệt luyện và có khả năng chống mài mòn tốt, phù hợp với một số loại lưỡi cưa, dụng cụ cắt, lò xo, đục, đồ gá và các chi tiết dạng dải.

Điểm quan trọng khi sử dụng SK105M là phải phân biệt nó với SK105 theo JIS G4401 cũng như các mác SK85/SK65. SK105M không phải là thép công cụ hợp kim và cũng không phải vật liệu mặc định cho mọi loại khuôn dập hoặc chi tiết máy chịu tải cao.

Khi lựa chọn vật liệu, cần dựa trên dạng sản phẩm, kích thước, độ cứng yêu cầu, khả năng chống mài mòn, độ dai, quy trình nhiệt luyện và điều kiện làm việc thực tế. Nếu yêu cầu về độ thấm tôi, độ dai hoặc khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt cao hơn, có thể cần xem xét các loại thép công cụ hợp kim phù hợp thay vì chỉ tăng hàm lượng carbon.