Vật liệu & nhiệt luyện
Mọi quyết định trong cơ khí đều bắt đầu từ vật liệu: chọn đúng thép, hợp kim hay phi kim quyết định phần lớn bài toán chi phí – độ bền – công nghệ chế tạo. Nhiệt luyện là "phép thuật" biến cùng một mác thép thành những vật liệu có cơ tính hoàn toàn khác nhau.
Nhóm vật liệu thông dụng
- Thép cacbon kết cấu (C45, SS400...): rẻ, dễ gia công, dùng cho trục, bánh răng, kết cấu chung.
- Thép hợp kim & thép dụng cụ (SKD11, SKD61, SCM440...): thêm Cr, Mo, V... để tăng độ thấm tôi, chịu mài mòn, chịu nhiệt — vật liệu của khuôn và dao cụ.
- Thép không gỉ (SUS304, SUS316...): chống ăn mòn, dùng trong thực phẩm, y tế, hóa chất.
- Kim loại màu (nhôm 6061/7075, đồng, gang): nhẹ, dẫn nhiệt/điện tốt hoặc giảm chấn tốt tùy ứng dụng.
Nhiệt luyện — thay đổi cơ tính không đổi hình dạng
Các quy trình cốt lõi: tôi (nung + làm nguội nhanh để tăng độ cứng), ram (nung lại sau tôi để giảm giòn, ổn định tổ chức), ủ (làm mềm, khử ứng suất) và hóa nhiệt luyện (thấm cacbon, thấm nitơ — cứng bề mặt, dẻo lõi). Độ cứng đạt được đo bằng thang HRC/HB và phải được kiểm tra sau mỗi mẻ.
Vật liệu là thực thể "giao thoa" nhiều chuyên trang nhất: nó quyết định chế độ cắt khi gia công, tính hàn khi hàn kết cấu và tuổi thọ của khuôn mẫu.
Tính hàn của thép giảm khi hàm lượng cacbon tăng — công thức tương đương cacbon (CE, theo IIW) quy đổi cả cacbon lẫn nguyên tố hợp kim về một chỉ số duy nhất để đánh giá nhanh có cần gia nhiệt trước khi hàn hay không. Xem công thức và bảng ngưỡng đầy đủ tại Tính hàn của các loại thép.