4140 Legura čelika: Nekretnine, Koristi, Svestranost

1. Uvođenje

4140 čelik je niskolegirani hrom-molibden čelik.

Nudi odličnu kombinaciju snage, žilavost, i otpornost na habanje, što ga čini idealnim kandidatom za zahtjevne industrijske primjene.

Ovaj članak istražuje 4140 legirani čelik iz više tehničkih perspektiva, uključujući i njegov hemijski sastav, Mehaničko ponašanje, odgovor na termičku obradu, obratnost, performanse korozije, i uobičajene upotrebe.

2. Hemijski sastav 4140 Legura čelika

Jedinstvena izvedba 4140 legirani čelik proizlazi iz njegovog pažljivo kontrolisanog hemijskog sastava:

Element	Težina %	Uloga u čeličnim svojstvima
Ugljik (C)	0.38–0,43	Povećava čvrstoću i očvršćavanje
Hrom (CR)	0.8–1.1	Poboljšava tvrdoću, otpornost na habanje, i korozija
Mangan (MN)	0.75-1.0	Povećava čvrstoću i deoksidaciju
Molibdenum (Mo)	0.15–0,25	Povećava otpornost na puzanje i dubinu stvrdnjavanja
Silicijum (I)	0.15–0,35	Povećava snagu, blago poboljšava žilavost
Fosfor (Str)	≤ 0.035	Obično se minimizira kako bi se smanjila krhkost
Sumpor (S)	≤ 0.04	Dodato radi obradivosti, ali može smanjiti žilavost

U poređenju sa sličnim legurama poput 4130 (niži ugljik) i 4340 (viši nikal), 4140 balansira snagu i obradivost, što ga čini praktičnim i isplativim rješenjem za mnoge strukturalne primjene.

3. Physical Properties of 4140 Čelik

Nekretnina	Vrijednost	Jedinica	Bilješke
Gustina	7.85	g / cm³	Tipično za niskolegirane čelike
Modul elastičnosti (E)	~205	GPA	Ukočenost pri napetosti i kompresiji
Modul smicanja (G)	~80	GPA	Korisno za torzijske aplikacije
Poissonov omjer	0.27-0.30	-	Odnos poprečne i aksijalne deformacije
Toplotna provodljivost	42.6	W / m · K	U 100 ° C; blago opada s višim temperaturama
Specifični toplinski kapacitet	475	J/kg·K	Približno na sobnoj temperaturi
Električna otpornost	205	nΩ·m (nano-om metara)	Više od čistog gvožđa; niska provodljivost u poređenju sa bakrom
Koeficijent toplotnog proširenja	~12.0	µm/m·K (20Opseg –100°C)	Važno u projektovanju za termičke cikluse ili stabilnost dimenzija
Talište	1416–1471	° C	Uži raspon zbog legirajućih elemenata

4. Mehanička svojstva od 4140 Čelik

Aisi 4140 je svestrani čelik od legure hrom-molibdena poznat po svojoj izvrsnoj mehaničkoj čvrstoći, žilavost, i otpornost na zamor.

Ove 4140 svojstva čelika mogu značajno varirati ovisno o uvjetima termičke obrade (E.g., žaljenje, normalizovano, ugašen, ili temperirano).

Tabela mehaničkih svojstava

5. Ponašanje toplinske obrade 4140 Legura čelika

Aisi 4140 legirani čelik vrlo je osjetljiv na različite procese toplinske obrade, omogućavajući mu postizanje širokog spektra mehaničkih svojstava prilagođenih specifičnim inženjerskim aplikacijama.

Njegov sadržaj hroma i molibdena povećava njegovu sposobnost otvrdnjavanja, što ga čini posebno pogodnim za operacije kaljenja i temperiranja.

Uobičajeni procesi toplinske obrade

Proces	Tipični temperaturni raspon (° C)	Svrha
Žarljivost	760–790°C	Rafinira strukturu zrna, omekšava čelik, Poboljšava obratnost
Normalizacija	870–900°C	Povećava uniformnost, oplemenjuje strukturu, poboljšava mehaničku konzistenciju
Gašenje	~845–875°C, nakon čega slijedi gašenje ulja/vode/polimera	Proizvodi martenzitnu strukturu za visoku tvrdoću i čvrstoću
Kaljenje	400-650 ° C (post-gašenje)	Podešava tvrdoću, ublažava unutrašnji stres, Poboljšava duktilnost & žilavost
Austempering	Ugasi se na 260–400°C, držati do transformacije	Stvara bainitnu strukturu, smanjuje izobličenje, balansira snagu-žilavost

6. Obradivost i izrada 4140 Čelik

Obratnost

Materijal 4140 čelik pokazuje umjerenu obradivost u žarenom stanju i postaje sve izazovniji kako se tvrdoća povećava.

U žarenom stanju (obično oko 18-22 HRC), može se obraditi brzoreznim čeličnim ili karbidnim alatima, daje dobru završnu obradu površine i prihvatljiv vijek trajanja alata.

Međutim, nakon što je čelik kaljen i kaljen do viših nivoa tvrdoće (kao što je 30–50 HRC), smanjuje se njegova obradivost.

U ovoj fazi, karbidni alat, niže brzine rezanja, i krute postavke stroja postaju neophodne kako bi se izbjeglo trošenje alata i izobličenje dijelova.

Za CNC tokarenje, glodanje, ili operacije bušenja, korištenje odgovarajućih metoda hlađenja—posebno zalivanje rashladne tekućine—pomaže u rasipanju topline i poboljšanju evakuacije strugotine.

Jače bušenje 4140 sekcije često zahtijevaju alate sa kobaltnim ili karbidnim vrhom, dok narezivanje kaljeni dijelovi mogu imati koristi od glodanja navoja ili oblikovanja slavina umjesto konvencionalnih reznih slavina.

Zavarivanje

Zavarivanje 4140 čelik zahtijeva oprez zbog svoje visoke kaljivosti i opasnosti od pucanja.

Za ublažavanje ovih rizika, toplo se preporučuje prethodno zagrevanje radnog komada—obično na 200–400°C u zavisnosti od debljine.

Održavanje međuprolazne temperature oko 200-300°C pomaže u sprečavanju toplotnog udara i pucanja izazvanog vodikom.

Nakon zavarivanja, Oslobađanje komponente na približno 600-650°C pomaže vraćanju duktilnosti i smanjenju zaostalih naprezanja.

Elektrode sa niskim sadržajem vodonika kao što su E8018-B2 ili ER80S-D2 se obično koriste za materijal za punjenje kako bi se osigurala kompatibilnost i smanjila poroznost.

U kritičnim aplikacijama, termička obrada nakon zavarivanja (Pwht) Neophodan je za održavanje integriteta i žilavosti zavarene zone.

Hladno i toplo oblikovanje

4140 legirani čelik može se hladno obraditi u žarenom stanju, iako njegova veća čvrstoća u poređenju sa čelikom s niskim udjelom ugljika ograničava njegovu duktilnost.

Procesi hladnog oblikovanja kao što su izvlačenje i savijanje su mogući, ali zahtijevaju veće sile i mogu izazvati zaostala naprezanja koja zahtijevaju naknadnu toplinsku obradu.

Vrući rad, uključujući kovanje i toplo valjanje, povoljnije je za čelik 4140.

Idealan temperaturni opseg kovanja je između 900°C i 1200°C, sa materijalom koji se obično obrađuje iznad 850°C.

Nakon vrućeg oblikovanja, preporučuje se normalizacija ili žarenje za pročišćavanje strukture zrna i pripremu čelika za završnu obradu ili toplinsku obradu.

7. Otpornost na koroziju 4140 Čelik

Dok 4140 legirani čelik ističe se mehaničkom čvrstoćom, nedostaje mu inherentna otpornost na koroziju.

U vlažnom ili morskom okruženju, lako oksidira osim ako nije zaštićen. Da se suprotstavim ovome, površinske obrade kao npr:

• Nitrizam za površinsko stvrdnjavanje i otpornost na oksidaciju
• Crni oksidni premaz za laku zaštitu od korozije
• Galvanizacija ili farbanje u okruženjima sa visokom vlažnošću

8. Uobičajeni obrasci i standardi

4140 legirani čelik dostupan je u širokom spektru komercijalnih oblika za različite industrijske primjene.

Njegova dostupnost u različitim oblicima, u kombinaciji sa svojim odličnim mehaničkim svojstvima i svestranošću termičke obrade, čini ga popularnim izborom i za standardne i za komponente izrađene po narudžbi.

Uobičajeni oblici 4140 Čelik

Proizvođači i proizvođači mogu nabaviti 4140 čelika u brojnim oblicima, u zavisnosti od namjene i potrebne obrade:

• Round Bars: Obično se koristi za osovine, pinovi, zupčanici, i pričvršćivači, okrugle šipke su jedan od najčešće isporučenih oblika čelika 4140 zbog njihove svestranosti u obradi i termičkoj obradi.
• Ravne šipke i ploče: Idealan za alat, habajuće komponente, i strukturni dijelovi koji zahtijevaju velike površine kontakta.
  Ovi oblici su također pogodni za plamensko rezanje ili obradu vodenim mlazom.
• Kovani prstenovi i diskovi: Koristi se u rotirajućim mašinama visoke čvrstoće kao što su trke ležajeva, spojnice, i prirubnice.
• Šuplje šipke i cijevi: Poželjno u aplikacijama koje zahtijevaju smanjenje težine uz održavanje snage, kao što su hidraulički cilindri i dijelovi koji sadrže pritisak.
• Blokovi i gredice: Pogodno za prilagođenu mašinsku obradu i velike kovane komponente. Oni se obično koriste u opremi za izradu kalupa i teškoj industrijskoj opremi.

Industrijski standardi i oznake za 4140 Čelik

Standardna organizacija	Oznaka	Region/Država	Opis
ASTM	ASTM A29	Sjedinjene Američke Države	Opća specifikacija za vruće kovane šipke od ugljičnih i legiranih čelika
ASTM	ASTM A322	Sjedinjene Američke Države	Specifikacija za šipke od legiranog čelika koje se koriste u mehaničkim primjenama
ASTM	ASTM A519	Sjedinjene Američke Države	Specifikacija za bešavne mehaničke cijevi od ugljičnog i legiranog čelika
SAE	SAE 4140	Sjedinjene Američke Države	Krom-molibden niskolegirani čelik za automobilsku i inženjersku primjenu
Aisi	Aisi 4140	Sjedinjene Američke Države	Često korištena oznaka usklađena sa SAE 4140
U / Iz	1.7225 / 42CrMo4	Evropa / Njemačka	Evropski ekvivalent prema EN 10083 za kaljenje i otpuštanje čelika
On je	SCM440	Japan	Japanski ekvivalent za legirani čelik visoke čvrstoće
GB	42CrMo	Kina	Kineski ekvivalent sa sličnim mehaničkim svojstvima

9. Aplikacije od 4140 Legura čelika

Čelik 4140 je materijal koji se koristi u aplikacijama koje zahtijevaju snagu, žilavost, i otpornost na habanje pod zamorom i udarnim opterećenjem:

• Automobilski: zupčanici, radilice, spone, osovine
• Vazdušni prostor: Komponente za slijetanje, aktuatori
• Ulja & Plin: ogrlice za bušenje, dijelovi za hidrauličko lomljenje
• Proizvodnja: trnovi, umire, kalupi, držači alata

Studija slučaja: U uporednom testu zamora, čelik 4140 Q&Prikazana je osovina T zupčanika 10x životni vek sličnog dizajna od mekog čelika, ističući njegovu dugoročnu vrijednost.

10. Prednosti i ograničenja 4140 Legura čelika

Prednosti:

• Visoko snaga prema težini omjer za strukturalne primjene
• Odličan otpornost na habanje nakon stvrdnjavanja
• Raznovrsna toplotna obrada odgovor
• Lako dostupan u više oblika i standarda

Ograničenja:

• Nije pogodno za korozivne sredine bez površinske zaštite
• Zahteva pažljivo zavarivanje prakse kako bi se izbjeglo pucanje
• Viša cijena i složenosti od običnih ugljeničnih čelika

11. Zaključak

4140 legirani čelik nudi uvjerljivu mješavinu mehaničke čvrstoće, žilavost, i otpornost na habanje, što ga čini nezamjenjivim u inženjerskim aplikacijama koje su kritične za performanse.

Kada je pravilno termički obrađen i zaštićen, pruža izuzetan radni vek u zahtevnim uslovima rada.

Bilo za vazduhoplovstvo, energija, ili komponente alata, materijal 4140 čelik ostaje jedan od najpouzdanijih i najsposobnijih materijala u modernoj proizvodnji.

Inženjeri koji razumiju njegovo ponašanje i zahtjeve obrade mogu u potpunosti iskoristiti njegov potencijal.

 

Ovo je savršen izbor za vaše potrebe za proizvodnjom ako vam je potreban visokokvalitetni 4140 čelični dijelovi.

Kontaktirajte nas danas!