1. Panimula
4140 Ang bakal ay isang mababang-haluang metal na chromium-molibdenum steel.
Nag-aalok ito ng isang mahusay na kumbinasyon ng lakas, tigas na tigas, at magsuot ng resistensya, ginagawa itong isang perpektong kandidato para sa hinihingi na mga pang-industriya na aplikasyon.
Ang artikulong ito ay nagsasaliksik 4140 haluang metal na bakal mula sa maramihang mga teknikal na pananaw, kasama na ang komposisyong kemikal nito, mekanikal na pag uugali, tugon sa paggamot sa init, machinability, pagganap ng kaagnasan, at karaniwang paggamit.
2. Kemikal na komposisyon ng 4140 haluang metal na bakal
Ang natatanging pagganap ng 4140 haluang metal na bakal Ito ay nagmula sa maingat na kinokontrol na komposisyon ng kemikal:
| Elemento | Timbang % | Papel sa Mga Katangian ng Bakal |
|---|---|---|
| Carbon (C) | 0.38–0.43 | Pinahuhusay ang lakas at katigasan |
| Chromium (Cr) | 0.8–1.1 | Nagpapabuti ng katigasan, Paglaban sa Pagsusuot, at kaagnasan |
| Mga mangganeso (Mn) | 0.75–1.0 | Pinatataas ang katigasan at deoxidation |
| Molibdenum (Mo) | 0.15–0.25 | Pinahuhusay ang paglaban sa gumagapang at lalim ng pagtigas |
| Silicon (Si Si) | 0.15–0.35 | Nagpapataas ng lakas, Bahagyang nagpapabuti ng katigasan |
| Posporus (P) | ≤ 0.035 | Karaniwang pinaliit upang mabawasan ang pagkabalisa |
| Sulfur (S) | ≤ 0.04 | Idinagdag para sa machinability ngunit maaaring mabawasan ang katigasan |
Kung ikukumpara sa mga katulad na katangian tulad ng 4130 (mas mababang carbon) at 4340 (mas mataas na nikel), 4140 Binabalanse ang lakas at kakayahang machining, Ginagawa itong isang praktikal at cost-effective na solusyon para sa maraming mga aplikasyon sa istruktura.
3. Pisikal na Katangian ng 4140 bakal na bakal
| Pag-aari | Halaga | Yunit | Mga Tala |
|---|---|---|---|
| Densidad ng katawan | 7.85 | g/cm³ | Karaniwan para sa mababang-haluang metal na bakal |
| Modulus ng Pagkalastiko (E) | ~ 205 | GPa | Paninigas sa pag-igting at compression |
| Gupitin ang Modulus (G) | ~ 80 | GPa | Kapaki-pakinabang para sa mga aplikasyon ng torsional |
| Ang Ratio ni Poisson | 0.27–0.30 | – | Ratio ng transverse strain sa axial strain |
| Thermal kondaktibiti | 42.6 | W/m·K | Sa 100 °C; Bahagyang bumababa sa mas mataas na temperatura |
| Tiyak na Kapasidad ng Init | 475 | J/kg· K | Tinatayang sa temperatura ng kuwarto |
| Electrical Resistivity | 205 | nΩ·m (nano-ohm metro) | Mas mataas kaysa sa purong bakal; Mababang kondaktibiti kumpara sa tanso |
| Koepisyente ng Pagpapalawak ng Thermal | ~ 12.0 | μm / m · K (20-100 ° C saklaw) | Mahalaga sa pagdidisenyo para sa thermal cycling o dimensional na katatagan |
| Punto ng Pagtunaw | 1416–1471 | °C | Mas makitid na saklaw dahil sa mga elemento ng haluang metal |
4. Mekanikal na Katangian ng 4140 bakal na bakal
AISI 4140 ay isang maraming nalalaman chromium-molibdenum haluang metal bakal na kilala para sa kanyang mahusay na mekanikal na lakas, tigas na tigas, at paglaban sa pagkapagod.
Ang mga ito 4140 Ang mga katangian ng bakal ay maaaring mag-iba nang malaki depende sa kanilang kondisyon ng paggamot sa init (hal., annealed na nga ba, Normalized, pinawi ang, o tempered).
Talahanayan ng Mga Katangian ng Mekanikal
| Pag-aari | Annealed na ang mga | Pinatay & Tempered (Q&T) | Yunit | Mga Tala |
|---|---|---|---|---|
| Yield Lakas | ~ 655 MPa | Hanggang sa 1,600 MPa | MPa (mga megapascals) | Q&T nagpapabuti ng lakas nang malaki |
| ~ 95 ksi | ~ 232 ksi | ksi (imperyal) | ||
| Lakas ng Paghatak | 850–1,000 MPa | 1,000–1,100 MPa | MPa | Karaniwang hanay pagkatapos ng iba't ibang mga paggamot sa init |
| 123–145 ksi | 145–160 ksi | ksi | ||
| Pagpapahaba sa Break | 25–30% | 12–18% | % | Mas mataas na ductility sa annealed estado |
| Pagbabawas sa Area | ~ 50% | ~ 45% | % | Tagapagpahiwatig ng ductility at formability |
| Ang katigasan ng ulo (Rockwell C) | 18–28 HRC | Hanggang sa 50-55 HRC | HRC | Mataas na tumutugon sa pag-quenching at tempering |
| Charpy V-Notch Toughness | >54 J (annealed na nga ba) | 20–35 J (Q&T sa mataas na katigasan) | Mga Joule | Pagganap sa mga application ng paglo-load ng epekto |
| Lakas ng Pagkapagod (Limitasyon ng Pagtitiis) | ~ 420 MPa | Hanggang sa 700 MPa | MPa | Nakasalalay sa pagtatapos ng ibabaw at paglo-load ng mga siklo |
| Modulus ng Pagkalastiko (E) | ~ 205 GPa | – | GPa | Ang katigasan ay nananatiling pare-pareho sa iba't ibang kondisyon |
5. Pag-uugali ng Paggamot sa Init ng 4140 haluang metal na bakal
AISI 4140 Ang haluang metal na bakal ay lubos na tumutugon sa iba't ibang mga proseso ng paggamot sa init, Pinapayagan itong makamit ang isang malawak na spectrum ng mga katangian ng mekanikal na nababagay sa mga partikular na aplikasyon ng engineering.
Ang nilalaman ng chromium at molibdenum nito ay nagpapalakas ng hardenability nito, Lalo na para sa mga operasyon ng pag-aayos at pag-aayos.
Karaniwang Mga Proseso ng Paggamot sa Init
| Proseso | Tipikal na Saklaw ng Temperatura (°C) | Layunin |
|---|---|---|
| Annealing | 760-790 ° C | Pinuhin ang istraktura ng butil, Pinapalambot ang bakal, Nagpapabuti ng kakayahang machining |
| Normalizing | 870-900 ° C | Pinatataas ang pagkakapare-pareho, pinuhin ang istraktura, Pinahuhusay ang pagkakapare-pareho ng mekanikal |
| Pagpapawi | ~ 845–875 ° C, Sinundan ng langis / tubig / polimer quench | Gumagawa ng martensitic istraktura para sa mataas na katigasan at lakas |
| Paghina ng loob | 400–650°C (pagkatapos ng pag-quench) | Inaayos ang katigasan, Pinapawi ang panloob na stress, Nagpapabuti ng ductility & tigas na tigas |
| Austempering | Pag-quench sa 260-400 ° C, hawakan hanggang sa pagbabagong-anyo | Gumagawa ng istraktura ng bainitic, Binabawasan ang pagbaluktot, Pagbabalanse ng lakas-katigasan |
6. Machinability at Fabrication ng 4140 bakal na bakal
Machinability
Materyal 4140 Ang bakal ay nagpapakita ng katamtamang kakayahang machinin sa estado nito at nagiging mas mahirap habang tumataas ang katigasan.
Sa kondisyon ng annealed (Karaniwan sa paligid ng 18-22 HRC), Maaari itong makina gamit ang mga tool na may mataas na bilis na bakal o karbid, Nagbubunga ng mahusay na pagtatapos sa ibabaw at katanggap-tanggap na buhay ng tool.
Gayunpaman, Sa sandaling ang bakal ay quenched at tempered sa mas mataas na antas ng katigasan (30-50 HRC), Bumababa ang kakayahang machining nito.
Sa yugtong ito, carbide tooling, mas mababang bilis ng pagputol, at matigas na pag-setup ng makina ay nagiging mahalaga upang maiwasan ang pagsusuot ng tool at pagbaluktot ng bahagi.
Para sa CNC pagliko, paggiling, o pagbabarena operasyon, Ang paggamit ng tamang mga pamamaraan ng paglamig - lalo na ang flood coolant - ay tumutulong sa pag-alis ng init at pagbutihin ang paglikas ng chip.
Pagbabarena nang mas mahirap 4140 Ang mga seksyon ay kadalasang nangangailangan ng mga tool na may tip na kobalt o karbida, habang ang pag-tap sa mga matigas na bahagi ay maaaring makinabang mula sa paggiling ng thread o pagbuo ng mga gripo sa halip na maginoo na pagputol ng mga gripo.
Welding
Welding 4140 Ang bakal ay nangangailangan ng pag-iingat dahil sa mataas na katigasan nito at panganib ng pagbasag.
Upang mabawasan ang mga panganib na ito, Ang pag-init ng workpiece-karaniwang sa 200-400 ° C depende sa kapal-ay lubos na inirerekumenda.
Ang pagpapanatili ng isang temperatura ng interpass sa paligid ng 200-300 ° C ay tumutulong na maiwasan ang thermal shock at pag-crack na sapilitan ng hydrogen.
Pagkatapos ng hinang, stress-relieving ang bahagi sa humigit-kumulang 600-650 ° C ay tumutulong sa pagpapanumbalik ng ductility at mabawasan ang natitirang stress.
Ang mga low-hydrogen electrodes tulad ng E8018-B2 o ER80S-D2 ay karaniwang ginagamit para sa materyal na tagapuno upang matiyak ang pagiging tugma at mabawasan ang porosity.
Sa mga kritikal na aplikasyon, Post-weld init paggamot (PWHT) Kinakailangan upang mapanatili ang integridad at katigasan ng welded zone.
Malamig at Mainit na Pagbuo
4140 haluang metal bakal ay maaaring malamig na nagtrabaho sa annealed kondisyon nito, Kahit na ang mas mataas na lakas nito kumpara sa mababang-carbon steels ay naglilimita sa ductility nito.
Ang mga proseso ng malamig na pagbuo tulad ng pagguhit at pag-swaging ay posible ngunit nangangailangan ng mas mataas na pwersa at maaaring magdulot ng natitirang mga stress na nangangailangan ng kasunod na paggamot sa init.
Mainit na pagtatrabaho, kabilang ang forging at mainit na paggulong, Mas kapaki-pakinabang para sa bakal 4140.
Ang perpektong hanay ng temperatura ng forging ay nasa pagitan ng 900 ° C at 1200 ° C, Karaniwang natapos ang materyal sa itaas ng 850 ° C.
Pagkatapos ng mainit na pagbuo, Ang pag-normalize o pagsusubo ay inirerekomenda upang pinuhin ang istraktura ng butil at ihanda ang bakal para sa pangwakas na machining o paggamot sa init.
7. Paglaban sa kaagnasan ng 4140 bakal na bakal
Habang 4140 haluang metal bakal excels sa mekanikal na lakas, kulang ito sa likas na paglaban sa kaagnasan.
Sa mahalumigmig o dagat na kapaligiran, Madali itong mag-oxidize maliban kung protektado. Upang labanan ito, Mga paggamot sa ibabaw tulad ng:
- Nitriding para sa ibabaw hardening at oksihenasyon paglaban
- Itim na oksido patong para sa liwanag na proteksyon sa kaagnasan
- Pagpipinta o pagpipinta Sa mga kapaligiran na may mataas na kahalumigmigan
8. Mga Karaniwang Anyo at Pamantayan
4140 Ang haluang metal na bakal ay magagamit sa iba't ibang mga komersyal na anyo upang mapaunlakan ang magkakaibang mga pang-industriya na aplikasyon.
Ang pagkakaroon nito sa iba't ibang mga hugis, Pinagsama sa mahusay na mga katangian ng mekanikal at kakayahang umangkop sa paggamot ng init, ginagawa itong isang tanyag na pagpipilian sa parehong pamantayan at pasadyang gawa-gawa na mga sangkap.
Mga Karaniwang Anyo ng 4140 bakal na bakal
Ang mga tagagawa at tagagawa ay maaaring makakuha ng 4140 bakal sa iba't ibang anyo, Depende sa inilaan na paggamit at kinakailangang pagproseso:
- Mga Round Bar: Karaniwang ginagamit para sa mga shaft, Mga Pin, mga gears, at mga fastener, Ang mga bilog na bar ay isa sa mga pinaka-madalas na ibinibigay na anyo ng bakal 4140 Dahil sa kanilang kakayahang umangkop sa machining at paggamot sa init.
- Flat Bar at Plates: Perpekto para sa tooling, magsuot ng mga bahagi, at mga bahagi ng istruktura na nangangailangan ng malalaking lugar ng pakikipag-ugnay sa ibabaw.
Ang mga form na ito ay angkop din para sa pagputol ng apoy o pagproseso ng water jet. - Mga Pekeng Singsing at Disc: Ginagamit sa mataas na lakas na umiikot na makinarya tulad ng tindig na karera, mga kabit kabit, at mga flanges.
- Hollow Bars at Tubes: Ginustong sa mga application na humihingi ng pagbabawas ng timbang habang pinapanatili ang lakas, tulad ng haydroliko silindro at presyon-naglalaman ng mga bahagi.
- Mga bloke at billet: Angkop para sa pasadyang machining at malalaking huwad na bahagi. Karaniwan itong ginagamit sa paggawa ng mamatay at mabibigat na kagamitang pang-industriya.
Mga Pamantayan at Pagtatalaga ng Industriya para sa 4140 bakal na bakal
| Pamantayang Organisasyon | Pagtatalaga | Rehiyon / Bansa | Paglalarawan |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Estados Unidos | Pangkalahatang pagtutukoy para sa mainit-wrought bar ng carbon at haluang metal steels |
| ASTM | ASTM A322 | Estados Unidos | Pagtutukoy para sa haluang metal steel bar na ginagamit sa mga mekanikal na aplikasyon |
| ASTM | ASTM A519 | Estados Unidos | Pagtutukoy para sa seamless carbon at haluang metal steel mechanical tubing |
SAE |
SAE 4140 | Estados Unidos | Chromium-molibdenum mababang-haluang metal na bakal para sa mga aplikasyon ng automotive at engineering |
| AISI | AISI 4140 | Estados Unidos | Karaniwang ginagamit na pagtatalaga na nakahanay sa SAE 4140 |
| EN / DIN | 1.7225 / 42CrMo4 | Europa / Alemanya | Katumbas ng Europa sa ilalim ng EN 10083 para sa quench at temper steels |
| JIS | SCM440 | Hapon | Katumbas ng Hapon para sa mataas na lakas na haluang metal na bakal |
| GB | 42CrMo | Tsina | Katumbas ng Tsino na may katulad na mga katangian ng mekanikal |
9. Mga aplikasyon ng 4140 haluang metal na bakal
bakal na bakal 4140 Ay nangangahulugan na ang halamang-singaw sa mga paa sa pagitan ng mga daliri sa paa, tigas na tigas, at magsuot ng paglaban sa ilalim ng pagkapagod at pagkabigla na naglo-load:
- Automotive: mga gears, mga crankshaft, Mga Tie Rod, mga ehe
- Aerospace: mga bahagi ng landing gear, mga actuator
- Langis & Gas: Mga Collar ng Drill, haydroliko fracturing mga bahagi
- Paggawa: mga mandrel, namamatay na, mga amag, Mga Hawak ng Tool
Pag-aaral ng kaso: Sa isang comparative fatigue test, isang bakal 4140 Q&T gear shaft ipinakita 10x ang haba ng buhay Katulad na disenyo na gawa sa banayad na bakal, I-highlight ang pangmatagalang halaga nito.
10. Mga Pakinabang at Limitasyon ng 4140 haluang metal na bakal
Mga kalamangan:
- Mataas na lakas sa timbang ratio para sa mga aplikasyon ng istruktura
- Napakahusay Paglaban sa Pagsusuot Pagkatapos ng pagtigas
- Maraming nalalaman na paggamot sa init Tugon
- Madaling magagamit sa iba't ibang mga form at pamantayan
Mga Limitasyon:
- Hindi angkop para sa mga kapaligiran ng kaagnasan nang walang proteksyon sa ibabaw
- Nangangailangan ng maingat na hinang Mga kasanayan upang maiwasan ang pag-crack
- Mas mataas na gastos at pagiging kumplikado kaysa sa plain carbon steels
11. Pangwakas na Salita
4140 Ang haluang metal na bakal ay nag-aalok ng isang nakakahimok na timpla ng mekanikal na lakas, tigas na tigas, at magsuot ng resistensya, Ginagawa itong kailangang-kailangan sa mga aplikasyon ng engineering na kritikal sa pagganap.
Kapag maayos na tinatrato at protektado ang init, Naghahatid ito ng pambihirang buhay ng serbisyo sa ilalim ng hinihingi na mga kondisyon ng pagpapatakbo.
Para man sa aerospace, enerhiya, o mga sangkap ng tooling, materyal na bagay 4140 Ang bakal ay nananatiling isa sa mga pinaka pinagkakatiwalaan at may kakayahang materyales sa modernong pagmamanupaktura.
Ang mga inhinyero na nauunawaan ang pag-uugali at mga kinakailangan sa pagproseso nito ay maaaring ganap na magamit ang potensyal nito.
DEZE Ito ang perpektong pagpipilian para sa iyong mga pangangailangan sa pagmamanupaktura kung kailangan mo ng mataas na kalidad 4140 Mga Bahagi ng Bakal.
