4140 فولاد آلیاژی: خواص, استفاده می کند, تطبیق پذیری

1. مقدمه

4140 فولاد یک فولاد کروم-مولیبدن کروم کم آلیاژ است.

این ترکیب عالی از قدرت را ارائه می دهد, سختی, و مقاومت در برابر سایش, آن را به عنوان کاندیدای ایده آل برای خواستار کاربردهای صنعتی تبدیل کرد.

این مقاله به بررسی می پردازد 4140 فولاد آلیاژ از چندین دیدگاه فنی, از جمله ترکیب شیمیایی آن, رفتار مکانیکی, عملیات حرارتی, ماشین کاری, عملکرد خوردگی, و کاربردهای مشترک.

2. ترکیب شیمیایی 4140 فولاد آلیاژی

عملکرد منحصر به فرد از 4140 فولاد آلیاژی از ترکیب شیمیایی با دقت کنترل شده آن سرچشمه می گیرد:

عنصر	وزن %	نقش در خواص فولادی
کربن (سی)	0.38–0.43	قدرت و سخت بودن را تقویت می کند
کروم (Cr)	0.8–1.1	سختی را بهبود می بخشد, مقاومت در برابر سایش, و خوردگی
منگنز (منگنز)	0.75–1.0	چقرمگی و اکسیداسیون را تقویت می کند
مولیبدن (مو)	0.15–0.25	مقاومت خزش و عمق سخت شدن را تقویت می کند
سیلیکون (و)	0.15–0.35	قدرت را افزایش می دهد, کمی سختی را بهبود می بخشد
فسفر (پ)	≤ 0.035	به طور معمول برای کاهش آغوش به حداقل می رسد
گوگرد (اس)	≤ 0.04	برای ماشینکاری اضافه شده اما می تواند سختی را کاهش دهد

در مقایسه با آلیاژهای مشابه مانند 4130 (کربن پایین) و 4340 (نیکل بالاتر), 4140 قدرت و ماشینکاری را متعادل می کند, ساختن آن به یک راه حل عملی و مقرون به صرفه برای بسیاری از کاربردهای ساختاری.

3. خصوصیات بدنی 4140 فولاد

اموال	ارزش	واحد	یادداشت ها
تراکم	7.85	g/cm³	معمولی برای فولادهای کم آلیاژ
مدول الاستیسیته (اشمیه)	205 پوند	GPa	سفتی در تنش و فشرده سازی
مدول برشی (جی)	80 پوند	GPa	برای برنامه های پیچشی مفید است
نسبت پواسون	0.27–0.30	–	نسبت کرنش عرضی به کرنش محوری
هدایت حرارتی	42.6	W/m·K	در 100 درجه سانتی گراد; با دمای بالاتر کمی کاهش می یابد
ظرفیت حرارتی خاص	475	J/kg·K	تقریبی در دمای اتاق
مقاومت الکتریکی	205	nΩ · m (نانو متر متر)	بالاتر از آهن خالص; هدایت کم در مقایسه با مس
ضریب انبساط حرارتی	12.0 پوند	میکرومتر در متر · k (20-100 درجه سانتیگراد دامنه)	در طراحی برای دوچرخه سواری حرارتی یا ثبات بعدی مهم است
نقطه ذوب	1416–1471	درجه سانتی گراد	دامنه باریک تر به دلیل عناصر آلیاژ

4. خصوصیات مکانیکی 4140 فولاد

AISI 4140 یک فولاد آلیاژ کروم-مولیبدن همه کاره است که به دلیل قدرت مکانیکی عالی شناخته شده است, سختی, و مقاومت در برابر خستگی.

اینها 4140 خصوصیات فولادی بسته به شرایط عملیات حرارتی آنها می تواند به میزان قابل توجهی متفاوت باشد (به عنوان مثال, آنیل شده, عادی شده, خاموش شد, یا معتدل).

جدول ویژگی های مکانیکی

5. رفتار عملیات حرارتی 4140 فولاد آلیاژی

AISI 4140 فولاد آلیاژ نسبت به انواع فرآیندهای عملیات حرارتی بسیار پاسخگو است, اجازه دادن به آن برای دستیابی به طیف گسترده ای از خواص مکانیکی متناسب با برنامه های مهندسی خاص.

محتوای کروم و مولیبدن آن ، سخت بودن آن را افزایش می دهد, آن را به خصوص مناسب برای عملیات خاموش و معتدل تبدیل کنید.

فرآیندهای عملیات حرارتی رایج

فرآیند	دامنه دمای معمولی (درجه سانتی گراد)	هدف
آنیل کردن	760-790 درجه سانتیگراد	ساختار دانه را اصلاح می کند, فولاد را نرم می کند, قابلیت ماشین سازی را بهبود می بخشد
عادی سازی	870-900 درجه سانتیگراد	یکنواختی را افزایش می دهد, ساختار را اصلاح می کند, قوام مکانیکی را تقویت می کند
خاموش کردن	845-875 درجه سانتیگراد, پس از آن روغن/آب/پلیمر	ساختار مارتنزیتی را برای سختی و قدرت بالا تولید می کند
معتدل کردن	400-650 درجه سانتی گراد (پس از حرکت)	سختی را تنظیم می کند, استرس داخلی را تسکین می دهد, انعطاف پذیری را بهبود می بخشد & سختی
خویشاوند شرقی	فرونشست به 260-400 درجه سانتیگراد, نگه دارید تا زمان تحول	ساختار بینیتی را تولید می کند, اعوجاج را کاهش می دهد, قدرت را متعادل می کند

6. ماشینکاری و ساخت 4140 فولاد

ماشین کاری

مواد 4140 فولاد قابلیت ماشینکاری متوسط ​​را در وضعیت آنیل شده خود نشان می دهد و با افزایش سختی چالش برانگیز تر می شود.

در شرایط آنیل (به طور معمول در حدود 18 تا 22 ساعت), می توان آن را با ابزارهای فولادی پر سرعت یا کاربید ماشینکاری کرد, به پایان رساندن سطح خوب و زندگی ابزار قابل قبول.

با این حال, پس از خاموش شدن فولاد و به سطح سختی بالاتر (مانند 30-50 HRC), قابلیت تغییرپذیری آن کاهش می یابد.

در این مرحله, ابزار کاربید, سرعت برش پایین, و تنظیمات دستگاه سفت و سخت برای جلوگیری از سایش ابزار و اعوجاج بخشی ضروری می شوند.

برای تراشکاری CNC, آسیاب, یا عملیات حفاری, با استفاده از روشهای خنک کننده مناسب - به ویژه خنک کننده سیل - Helps گرما را از بین می برد و تخلیه تراشه را بهبود می بخشد.

حفاری سخت تر 4140 بخش ها اغلب به ابزارهای کبالت یا کاربید نیاز دارند, در حالی که ضربه زدن به قطعات سخت شده ممکن است از آسیاب نخ یا ایجاد شیرها به جای شیرهای برش معمولی بهره مند شود.

جوشکاری

جوشکاری 4140 فولاد به دلیل سخت بودن و خطر ترک خوردگی به احتیاط نیاز دارد.

برای کاهش این خطرات, قبل از گرم شدن قطعه کار - به طور معمول تا 200-400 درجه سانتیگراد بسته به ضخامت - به شدت توصیه می شود.

حفظ دمای فاصله در حدود 200-300 درجه سانتیگراد به جلوگیری از شوک حرارتی و ترک خوردگی ناشی از هیدروژن کمک می کند.

بعد از جوشکاری, مقاوم در برابر استرس در حدود 600-650 درجه سانتیگراد به ترمیم انعطاف پذیری و کاهش فشارهای باقیمانده کمک می کند.

الکترودهای کم هیدروژن مانند E8018-B2 یا ER80S-D2 به طور معمول برای اطمینان از سازگاری و کاهش تخلخل برای مواد پرکننده استفاده می شوند.

در برنامه های مهم, عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) برای حفظ یکپارچگی و سختی منطقه جوش داده شده لازم است.

شکل گیری سرد و گرم

4140 فولاد آلیاژ را می توان در شرایط آنیل شده سرد کرد, اگرچه استحکام بالاتر آن در مقایسه با فولادهای کم کربن ، انعطاف پذیری آن را محدود می کند.

فرآیندهای تشکیل سرد مانند ترسیم و نوسان امکان پذیر است اما به نیروهای بالاتری نیاز دارد و ممکن است فشارهای باقیمانده ای را القا کند که نیاز به عملیات حرارتی بعدی دارد.

کار گرم, از جمله جعل و نورد گرم, برای فولاد مطلوب تر است 4140.

دامنه دمای فرفری ایده آل بین 900 درجه سانتیگراد و 1200 درجه سانتیگراد است, با استفاده از مواد به طور معمول بالاتر از 850 درجه سانتیگراد.

بعد از شکل گیری گرم, عادی سازی یا بازپخت برای اصلاح ساختار دانه و تهیه فولاد برای ماشینکاری نهایی یا عملیات حرارتی توصیه می شود.

7. مقاومت در برابر خوردگی 4140 فولاد

در حالی که 4140 فولاد آلیاژ در استحکام مکانیکی برتری دارد, فاقد مقاومت در برابر خوردگی ذاتی است.

در محیط های مرطوب یا دریایی, به راحتی اکسیده می شود مگر اینکه محافظت شود. برای مقابله با این, درمان های سطحی مانند:

• نیتریدینگ برای سخت شدن سطح و مقاومت در برابر اکسیداسیون
• روکش اکسید سیاه برای محافظت از خوردگی سبک
• برقی یا نقاشی در محیط های پر سر و صدا

8. اشکال و استانداردهای مشترک

4140 فولاد آلیاژی در طیف گسترده ای از فرم های تجاری برای استفاده از کاربردهای صنعتی متنوع در دسترس است.

در دسترس بودن آن در شکل های مختلف, همراه با خصوصیات مکانیکی عالی و تطبیق پذیری عملیات حرارتی, آن را به یک انتخاب محبوب در هر دو مؤلفه استاندارد و سفارشی تبدیل می کند.

اشکال مشترک از 4140 فولاد

تولید کنندگان و سازندگان می توانند بدست آورند 4140 فولاد به اشکال متعدد, بسته به استفاده در نظر گرفته شده و پردازش مورد نیاز:

• میله های گرد: معمولاً برای شفت ها استفاده می شود, پین ها, چرخ دنده ها, و اتصال دهنده ها, میله های گرد یکی از متداول ترین فرم های فولاد است 4140 به دلیل تطبیق پذیری آنها در ماشینکاری و عملیات حرارتی.
• میله ها و بشقاب های مسطح: ایده آل برای ابزار, اجزای آن را بپوشید, و قطعات ساختاری که به مناطق تماس با سطح بزرگ نیاز دارند.
  این فرم ها همچنین برای برش شعله یا پردازش جت آب مناسب هستند.
• حلقه ها و دیسک های جعلی: در ماشین آلات چرخشی با مقاومت بالا مانند مسابقات تحمل استفاده می شود, کوپلینگ ها, و فلنج.
• میله ها و لوله های توخالی: در برنامه هایی که خواستار کاهش وزن هستند در حالی که قدرت دارند ، ترجیح می دهند, مانند سیلندرهای هیدرولیک و قطعات حاوی فشار.
• بلوک و بیل: مناسب برای ماشینکاری سفارشی و اجزای جعلی بزرگ. اینها به طور معمول در تجهیزات تولیدی و سنگین صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

استانداردها و تعیین های صنعت برای 4140 فولاد

سازمان استاندارد	تعیین	منطقه/کشور	توضیحات
ASTM	ASTM A29	ایالات متحده	مشخصات عمومی برای میله های گرم کربن و فولادهای آلیاژ
ASTM	ASTM A322	ایالات متحده	مشخصات میله های فولادی آلیاژ مورد استفاده در برنامه های مکانیکی
ASTM	ASTM A519	ایالات متحده	مشخصات لوله های مکانیکی کربن و یکپارچه کربن و آلیاژ
SAE	SAE 4140	ایالات متحده	فولاد کم آلیاژ Chromium-Molybdenum برای کاربردهای خودرو و مهندسی
AISI	AISI 4140	ایالات متحده	تعیین شده معمولاً با SAE تراز شده است 4140
در / از	1.7225 / 42CRMO4	اروپا / آلمان	معادل اروپایی تحت EN 10083 برای فولادهای خاموش و دما
او	SCM440	ژاپن	معادل ژاپنی برای فولاد آلیاژ با استحکام بالا
گیگابایت	42CRMO	چین	معادل چینی با خصوصیات مکانیکی مشابه

9. برنامه های کاربردی از 4140 فولاد آلیاژی

فولاد 4140 در برنامه های کاربردی که نیاز به قدرت دارند ، ماده ای است, سختی, و در زیر خستگی و بارگذاری شوک مقاومت کنید:

• خودرو: چرخ دنده ها, میل لنگ, میله های کراوات, محورها
• هوافضا: اجزای ارابه فرود, محرک ها
• روغن & گاز: یقه, قطعات شکستگی هیدرولیک
• تولید: مگس, می میرد, قالب ها, نگهدارنده ابزار

مطالعه موردی: در یک آزمایش خستگی تطبیقی, یک فولاد 4140 س&شافت دنده T نشان داده شده است 10x طول عمر از یک طرح مشابه ساخته شده از فولاد خفیف, برجسته کردن ارزش بلند مدت آن.

10. مزایا و محدودیت های 4140 فولاد آلیاژی

مزایا:

• بالا قدرت به وزن نسبت برای کاربردهای ساختاری
• عالی مقاومت در برابر سایش بعد از سخت شدن
• عملیات حرارتی همه کاره پاسخ
• به راحتی در اشکال و استانداردهای مختلف در دسترس است

محدودیت ها:

• مناسب نیست محیط های خورنده بدون محافظت از سطح
• مستلزم جوشکاری دقیق تمرینات برای جلوگیری از ترک خوردگی
• هزینه بالاتر و پیچیدگی از فولادهای کربن ساده

11. نتیجه گیری

4140 فولاد آلیاژی ترکیبی قانع کننده از استحکام مکانیکی را ارائه می دهد, سختی, و مقاومت در برابر سایش, آن را در برنامه های مهندسی مهم و مهم در عملکرد ضروری می کند.

هنگامی که به درستی از گرما و محافظت می شود, این امر عمر خدمات استثنایی را تحت شرایط عملیاتی ارائه می دهد.

چه برای هوافضا, انرژی, یا مؤلفه های ابزار, مواد 4140 فولاد یکی از قابل اعتماد ترین و توانمندترین مواد در ساخت مدرن است.

مهندسانی که رفتار و نیازهای پردازش آن را درک می کنند می توانند به طور کامل از پتانسیل آن استفاده کنند.

 

این در صورت نیاز به کیفیت بالا ، انتخاب مناسبی برای نیازهای تولیدی شما است 4140 قطعات فولادی.

امروز با ما تماس بگیرید!