1. Уводзіны
4140 Сталь-гэта нізка сплава хрому-малібдэна.
Ён прапануе выдатнае спалучэнне сілы, вынослівасць, і нашэнне супраціву, робіць яго ідэальным кандыдатам для патрабавальных прамысловых прыкладанняў.
Гэты артыкул даследуе 4140 легаванай сталі з розных тэхнічных пунктаў гледжання, у тым ліку яго хімічны склад, Механічныя паводзіны, адказ тэрмічнай апрацоўкі, апрацоўка, каразійныя характарыстыкі, і агульнае выкарыстанне.
2. Хімічны склад 4140 Сплава сталі
Унікальнае выкананне 4140 легаваная сталь паходзіць ад яго старанна кантраляванага хімічнага складу:
| Элемент | Вага % | Роля ва ўласцівасцях сталі |
|---|---|---|
| Вуглярод (C) | 0.38–0,43 | Павышае трываласць і загартоўвальнасць |
| Хром (Кр) | 0.8–1,1 | Паляпшае цвёрдасць, насіць супраціў, і карозіі |
| Марганец (Мн) | 0.75–1,0 | Павышае трываласць і раскісленне |
| Molybdenum (Мо) | 0.15–0,25 | Павышае супраціў паўзучасці і глыбіню зацвярдзення |
| Крэмнім (І) | 0.15–0,35 | Павялічвае сілу, трохі паляпшае трываласць |
| Фосфар (P) | ≤ 0.035 | Як правіла, зведзены да мінімуму, каб паменшыць далікатнасць |
| Серы (S) | ≤ 0.04 | Дададзены для апрацоўкі, але можа паменшыць трываласць |
У параўнанні з аналагічнымі сплавамі, як 4130 (больш нізкі вуглярод) і 4340 (вышэйшы нікель), 4140 балансуе трываласць і апрацоўвальнасць, што робіць яго практычным і эканамічна эфектыўным рашэннем для многіх структурных прымянення.
3. Фізічныя ўласцівасці 4140 Сталь
| Маёмасць | Каштоўнасць | Адзінка | Ноты |
|---|---|---|---|
| Шчыльнасць | 7.85 | G/CM³ | Характэрна для нізкалегаваных сталей |
| Модуль эластычнасці (Е) | ~205 | Балон | Калянасць пры расцяжэнні і сціску |
| Модуль зруху (Г) | ~80 | Балон | Карысна для тарсіённых прыкладанняў |
| Каэфіцыент Пуассона | 0.27–0,30 | - | Стаўленне папярочнай дэфармацыі да восевай дэфармацыі |
| Цеплаправоднасць | 42.6 | W/m · k | Каля 100 ° С; нязначна зніжаецца пры павышэнні тэмпературы |
| Канкрэтная цеплаправодная магутнасць | 475 | J/kg · k | Прыкладна пры пакаёвай тэмпературы |
| Электрычны супраціў | 205 | нΩ·м (нанаомметры) | Вышэй, чым чыстае жалеза; нізкая праводнасць у параўнанні з меддзю |
| Каэфіцыент цеплавога пашырэння | ~12,0 | мкм/м·K (20Дыяпазон -100°C) | Важна пры распрацоўцы для цеплавога цыклу або стабільнасці памераў |
| Тэмпература раставання | 1416–1471 год | ° С | Больш вузкі дыяпазон за кошт легіруючых элементаў |
4. Механічныя ўласцівасці 4140 Сталь
Асі 4140 гэта ўніверсальная сталь з хромамалібдэнавага сплаву, вядомая сваёй выдатнай механічнай трываласцю, вынослівасць, і ўстойлівасць да стомленасці.
Гэтыя 4140 ўласцівасці сталі могуць істотна адрознівацца ў залежнасці ад стану іх тэрмічнай апрацоўкі (e.g., адпачываў, нармалізаваны, тунг, або загартаваны).
Табліца механічных уласцівасцей
| Маёмасць | Адпачываў | Патушаны & Загартаваны (Q&T) | Адзінка | Ноты |
|---|---|---|---|---|
| Сіла выхаду | ~655 Мпа | Да 1,600 МПА | МПА (мегапаскалы) | Q&T значна паляпшае трываласць |
| ~95 ksi | ~232 ksi | ксі (імператарскі) | ||
| Трываласць на расцяжэнне | 850–1000 МПа | 1,000–1100 МПа | МПА | Тыповы дыяпазон пасля розных тэрмічных апрацовак |
| 123–145 ksi | 145–160 ksi | ксі | ||
| Падаўжэнне на перапынку | 25–30% | 12–18% | % | Больш высокая пластычнасць у отожженном стане |
| Скарачэнне плошчы | ~50% | ~45% | % | Паказчык пластычнасці і пластычнасці |
| Цяжкасць (Рокуэл С) | 18–28 HRC | Да 50–55 HRC | HRC | Вельмі добра рэагуе на загартоўку і адпачынак |
| Цвёрдасць па Шарпі V-Notch | >54 J (адпачываў) | 20–35 Дж (Q&Т пры высокай цвёрдасці) | Джоўль | Прадукцыйнасць пры ўдарных нагрузках |
| Сіла стомленасці (Мяжа цягавітасці) | ~420 Мпа | Да 700 МПА | МПА | У залежнасці ад аздаблення паверхні і цыклаў загрузкі |
| Модуль эластычнасці (Е) | ~205 ГПа | - | Балон | Калянасць застаецца пастаяннай у розных умовах |
5. Паводзіны тэрмічнай апрацоўкі 4140 Сплава сталі
Асі 4140 легаваная сталь вельмі добра рэагуе на розныя працэсы тэрмічнай апрацоўкі, што дазваляе дасягнуць шырокага спектру механічных уласцівасцей, адаптаваных да канкрэтных інжынерных прыкладанняў.
Утрыманне хрому і малібдэна паляпшае яго загартоўвальнасць, што робіць яго асабліва прыдатным для аперацый загартоўкі і адпуску.
Агульныя працэсы тэрмічнай апрацоўкі
| Працэс | Тыповы дыяпазон тэмператур (° С) | Намер |
|---|---|---|
| Адпачынку | 760-790°C | Удасканальвае збожжавую структуру, размягчает сталь, паляпшае обрабатываемость |
| Нармалізацыя | 870–900 ° С | Павышае аднастайнасць, вытанчае структуру, павышае механічную кансістэнцыю |
| Тушэнне | ~845–875°C, з наступнай загартоўкай алеем / вадой / палімерам | Вырабляе мартенситную структуру для высокай цвёрдасці і трываласці |
| Загармаванне | 400–650 ° С (патушыць) | Рэгулюе цвёрдасць, здымае ўнутранае напружанне, паляпшае пластычнасць & вынослівасць |
| Аўзагартоўка | Загасіць да 260-400°C, трымаць да ператварэння | Вырабляе бейнітную структуру, памяншае скажэнні, ўраўнаважвае трываласць-трываласць |
6. Апрацоўваемасць і выраб 4140 Сталь
Апрацоўка
Матэрыял 4140 сталь дэманструе сярэднюю апрацоўваемасць у отожженном стане і становіцца больш складанай задачай па меры павышэння цвёрдасці.
У отожженном стане (звычайна каля 18–22 HRC), яго можна апрацоўваць пры дапамозе хуткарэзнай сталі або цвёрдасплаўных інструментаў, забяспечваючы добрую аздабленне паверхні і прымальны тэрмін службы інструмента.
Аднак, пасля таго, як сталь загартаваная і адпушчаная да больш высокіх узроўняў цвёрдасці (напрыклад, 30–50 HRC), яго обрабатываемость зніжаецца.
На дадзеным этапе, цвёрдасплаўная аснастка, меншыя хуткасці рэзкі, і жорсткія ўстаноўкі станка становяцца неабходнымі, каб пазбегнуць зносу інструмента і дэфармацыі дэталі.
На працягу ЧПУ павароту, фрэзы, або буравых работ, выкарыстанне належных метадаў астуджэння, асабліва праліўнога астуджальнай вадкасці, дапамагае рассейваць цяпло і паляпшаць адвод стружкі.
Свідраваць мацней 4140 раздзелы часта патрабуюць кобальтавых або цвёрдасплаўных інструментаў, у той час як наразанне загартаваных дэталяў можа атрымаць карысць ад фрэзеравання або фармавання метчыкаў, а не звычайных метчыкаў.
Вінжаванне
Вінжаванне 4140 сталь патрабуе асцярожнасці з-за высокай прокаливаемости і рызыкі парэпання.
Каб паменшыць гэтыя рызыкі, настойліва рэкамендуецца папярэдні нагрэў нарыхтоўкі - звычайна да 200-400 °C у залежнасці ад таўшчыні.
Падтрыманне тэмпературы паміж праходамі каля 200–300°C дапамагае прадухіліць цеплавы шок і парэпанне, выкліканае вадародам..
Пасля зваркі, зняцце напружання кампанента пры прыблізна 600–650 °C дапамагае аднавіць пластычнасць і паменшыць рэшткавыя напружання.
Электроды з нізкім утрыманнем вадароду, такія як E8018-B2 або ER80S-D2, звычайна выкарыстоўваюцца ў якасці напаўняльніка, каб забяспечыць сумяшчальнасць і паменшыць сітаватасць.
У крытычных прыкладаннях, тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (Pwht) неабходна для захавання цэласнасці і трываласці зварваецца зоны.
Халодная і гарачая фармоўка
4140 легаваная сталь можа падвяргацца халоднай апрацоўцы ў отожженном стане, хоць яго больш высокая трываласць у параўнанні з низкоуглеродистыми сталямі абмяжоўвае яго пластычнасць.
Працэсы халоднай фармоўкі, такія як выцягванне і абцісканне, магчымыя, але патрабуюць больш высокіх высілкаў і могуць выклікаць рэшткавыя напружання, якія патрабуюць наступнай тэрмічнай апрацоўкі.
Гарачая праца, у тым ліку коўка і гарачая пракатка, больш спрыяльны для сталі 4140.
Ідэальны дыяпазон тэмператур кавання - ад 900°C да 1200°C, з апрацоўкай матэрыялу звычайна вышэй за 850°C.
Пасля гарачай фармоўкі, нармалізацыя або адпал рэкамендуецца для ўдакладнення зярністай структуры і падрыхтоўкі сталі да канчатковай механічнай або тэрмічнай апрацоўцы.
7. Устойлівасць да карозіі 4140 Сталь
Прамежак часу 4140 легаваная сталь адрозніваецца механічнай трываласцю, яму не хапае ўласцівай каразійнай стойкасці.
У вільготным або марскім асяроддзі, ён лёгка акісляецца, калі не абаронены. Каб супрацьстаяць гэтаму, апрацоўкі паверхні, такія як:
- Азот для ўмацавання паверхні і ўстойлівасці да акіслення
- Чорнае аксіднае пакрыццё для лёгкай абароны ад карозіі
- Гальваніка або афарбоўка у памяшканнях з высокай вільготнасцю
8. Агульныя формы і стандарты
4140 легаваная сталь даступная ў шырокім спектры камерцыйных формаў для розных прамысловых прымянення.
Яго даступнасць у розных формах, у спалучэнні з выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі і ўніверсальнасць тэрмаапрацоўкі, робіць яго папулярным выбарам як для стандартных, так і для вырабленых на заказ кампанентаў.
Агульныя формы 4140 Сталь
Вытворцы і вытворцы могуць атрымаць 4140 сталь у шматлікіх формах, у залежнасці ад меркаванага выкарыстання і неабходнай апрацоўкі:
- Круглыя брускі: Звычайна выкарыстоўваецца для валаў, шпількі, перадачы, і зашпількі, круглыя пруткі з'яўляюцца адной з найбольш часта пастаўляемых формаў сталі 4140 з-за іх універсальнасці ў механічнай і тэрмічнай апрацоўцы.
- Плоскія брускі і пліты: Ідэальна падыходзіць для інструментаў, знос кампанентаў, і канструктыўных частак, якія патрабуюць вялікіх плошчаў кантакту паверхні.
Гэтыя формы таксама падыходзяць для газавай рэзкі або апрацоўкі бруёй вады. - Кованые кольцы і дыскі: Выкарыстоўваецца ў высокатрывалых вярчальных машынах, такіх як абоймы падшыпнікаў, муфты, і фланцы.
- Полыя пруткі і трубы: Пераважны ў прыкладаннях, якія патрабуюць зніжэння вагі пры захаванні сілы, напрыклад, гідраўлічныя цыліндры і дэталі, якія знаходзяцца пад ціскам.
- Блокі і загатоўкі: Падыходзіць для нестандартнай апрацоўкі і вялікіх каваных кампанентаў. Яны звычайна выкарыстоўваюцца ў штампах і цяжкім прамысловым абсталяванні.
Прамысловыя стандарты і абазначэнні для 4140 Сталь
| Стандартная арганізацыя | Абазначэнне | Рэгіён/краіна | Апісанне |
|---|---|---|---|
| Астм | ASTM A29 | ЗША | Агульныя тэхнічныя ўмовы на пруткі гарачай дэфармацыі з вугляродзістай і легаванай сталі |
| Астм | ASTM A322 | ЗША | Тэхнічныя характарыстыкі пруткоў з легаванай сталі, якія выкарыстоўваюцца ў механічных прымяненнях |
| Астм | ASTM A519 | ЗША | Тэхнічныя характарыстыкі бясшвовых механічных труб з вугляродзістай і легаванай сталі |
Са |
Са 4140 | ЗША | Хром-малібдэнавая нізкалегіраваная сталь для аўтамабільнай і машынабудаўнічай прамысловасці |
| Асі | Асі 4140 | ЗША | Звычайна выкарыстоўваецца абазначэнне ў адпаведнасці з SAE 4140 |
| У / Ад | 1.7225 / 42CrMo4 | Еўропа / Германія | Еўрапейскі эквівалент у EN 10083 для загартоўкі і адпуску сталі |
| Ён | SCM440 | Японія | Японскі аналаг для высокатрывалай легаванай сталі |
| Gb | 42CrMo | Кітай | Кітайскі эквівалент з аналагічнымі механічнымі ўласцівасцямі |
9. Прыкладанні 4140 Сплава сталі
Сталь 4140 з'яўляецца асноўным матэрыялам у прыкладаннях, якія патрабуюць трываласці, вынослівасць, і зносаўстойлівасць пры стомленасці і ўдарных нагрузках:
- Аўтамабільны: перадачы, коленфоры, цягі, восі
- Аэракасмічная: кампаненты шасі, выканаўчыя механізмы
- Змазваць & Бензін: хомуты, часткі гідраўлічнага разрыву пласта
- Выраб: апраўкі, памірае, формы, трымальнікі для інструментаў
Тэматычнае даследаванне: У параўнальным выпрабаванні на стомленасць, сталь 4140 Q&Дэманстраваны вал зубчастай перадачы 10х працягласць жыцця падобнай канструкцыі з мяккай сталі, падкрэсліваючы яго доўгатэрміновую каштоўнасць.
10. Перавагі і абмежаванні 4140 Сплава сталі
Перавагі:
- Высокі трываласць да вагі стаўленне для структурных прыкладанняў
- Выдатны насіць супраціў пасля зацвярдзення
- Універсальная тэрмаапрацоўка адказ
- Лёгка даступны ў розных формах і стандартах
Абмежаванні:
- Не падыходзіць для агрэсіўныя асяроддзя без абароны паверхні
- Патрабуецца акуратная зварка практыкі, каб пазбегнуць парэпання
- Больш высокі кошт і складанасці, чым звычайныя вугляродзістыя сталі
11. Conclusion
4140 легаваная сталь прапануе пераканаўчае спалучэнне механічнай трываласці, вынослівасць, і нашэнне супраціву, што робіць яго незаменным у важных для прадукцыйнасці інжынерных прыкладаннях.
Пры належнай тэрмічнай апрацоўцы і абароне, ён забяспечвае выключны тэрмін службы ў складаных умовах эксплуатацыі.
Будзь для аэракасмічнай, энэргія, або кампаненты інструментаў, матэрыял 4140 сталь застаецца адным з самых надзейных і эфектыўных матэрыялаў у сучасным вытворчасці.
Інжынеры, якія разумеюць яго паводзіны і патрабаванні да апрацоўкі, могуць цалкам выкарыстоўваць яго патэнцыял.
Гэтае гэта ідэальны выбар для вашых вытворчых патрэбаў, калі вам патрэбна якасная 4140 сталёвыя дэталі.
