1. Bevezetés
4140 az acél gyengén ötvözött króm-molibdén acél.
Kiváló erőkombinációt kínál, szívósság, és kopásállóság, így ideális jelölt az igényes ipari alkalmazásokhoz.
Ez a cikk azt vizsgálja 4140 ötvözött acél többféle műszaki szempontból, beleértve a kémiai összetételét is, mechanikai viselkedés, hőkezelési reakció, megmunkálhatóság, korróziós teljesítmény, és gyakori felhasználások.
2. Kémiai összetétele 4140 Ötvözött acél
Az egyedülálló teljesítmény 4140 ötvözött acél gondosan ellenőrzött kémiai összetételéből származik:
| Elem | Súly % | Szerep az acéltulajdonságokban |
|---|---|---|
| Szén (C) | 0.38–0,43 | Növeli az erőt és az edzhetőséget |
| Króm (CR) | 0.8–1.1 | Javítja a keménységet, kopásállóság, és korrózió |
| Mangán (MN) | 0.75–1.0 | Fokozza a szívósságot és az oxidációt |
| Molibdén (MO) | 0.15–0,25 | Növeli a kúszásállóságot és a keményedés mélységét |
| Szilícium (És) | 0.15–0,35 | Növeli az erőt, enyhén javítja a szívósságot |
| Foszfor (P) | ≤ 0.035 | Általában minimálisra csökkentik a ridegség csökkentése érdekében |
| Kén (S) | ≤ 0.04 | A megmunkálhatóság érdekében hozzáadva, de csökkentheti a szívósságot |
Hasonló ötvözetekhez képest, mint pl 4130 (alacsonyabb széntartalmú) és 4340 (magasabb nikkel), 4140 egyensúlyban tartja az erőt és a megmunkálhatóságot, praktikus és költséghatékony megoldást kínál számos szerkezeti alkalmazáshoz.
3. Fizikai tulajdonságai 4140 Acél
| Ingatlan | Érték | Egység | Jegyzet |
|---|---|---|---|
| Sűrűség | 7.85 | G/cm³ | Gyengén ötvözött acélokra jellemző |
| Rugalmassági modulus (E) | ~205 | GPA | Merevség a feszítésben és a nyomásban |
| Nyírási modulus (G) | ~80 | GPA | Hasznos torziós alkalmazásokhoz |
| Poisson aránya | 0.27–0.30 | - - | A keresztirányú alakváltozás és az axiális alakváltozás aránya |
| Hővezető képesség | 42.6 | W/m · k | -Kor 100 ° C; magasabb hőmérséklettel kissé csökken |
| Fajlagos hőkapacitás | 475 | J/kg·K | Hozzávetőlegesen szobahőmérsékleten |
| Elektromos ellenállás | 205 | nΩ·m (nano-ohm mérők) | Magasabb, mint a tiszta vas; alacsony vezetőképesség a rézhez képest |
| Hőtágulási együttható | ~12.0 | µm/m·K (20–100 ° C -os tartomány) | Fontos a termikus ciklus vagy a méretstabilitás szempontjából |
| Olvadáspont | 1416–1471 | ° C | Szűkebb tartomány az ötvöző elemek miatt |
4. Mechanikai tulajdonságai 4140 Acél
AISI 4140 egy sokoldalú króm-molibdén ötvözött acél, amely kiváló mechanikai szilárdságáról ismert, szívósság, és fáradtságállóság.
Ezek 4140 az acél tulajdonságai a hőkezelési állapotuktól függően jelentősen változhatnak (PÉLDÁUL., lágyított, normalizálva, kioltott, vagy temperált).
Mechanikai tulajdonságok táblázata
| Ingatlan | Lágyított | Kioltott & Edzett (Q&T) | Egység | Jegyzet |
|---|---|---|---|---|
| Hozamszilárdság | ~655 MPa | -Ig 1,600 MPA | MPA (megapascal) | Q&A T jelentősen javítja az erőt |
| ~95 ksi | ~232 ksi | ksi (császári) | ||
| Szakítószilárdság | 850-1000 MPa | 1,000–1100 MPa | MPA | Jellemző tartomány különböző hőkezelések után |
| 123–145 ksi | 145–160 ksi | ksi | ||
| Meghosszabbítás a szünetben | 25–30% | 12-18% | % | Magasabb alakíthatóság lágyított állapotban |
| Területcsökkentés | ~50% | ~45% | % | A hajlékonyság és alakíthatóság mutatója |
| Keménység (Rockwell C) | 18–28 HRC | 50-55 HRC-ig | HRC | Erősen reagál az oltásra és temperálásra |
| Charpy V-bevágású szívósság | >54 J (lágyított) | 20– 35 J (Q&T nagy keménységnél) | Joule | Teljesítmény ütőterheléses alkalmazásokban |
| Kifáradási szilárdság (Kitartási határ) | ~420 MPa | -Ig 700 MPA | MPA | A felületkezeléstől és a terhelési ciklusoktól függően |
| Rugalmassági modulus (E) | ~205 GPa | - - | GPA | A merevség minden körülmények között állandó marad |
5. A hőkezelés viselkedése 4140 Ötvözött acél
AISI 4140 az ötvözött acél nagyon érzékeny a különféle hőkezelési eljárásokra, lehetővé teszi a mechanikai tulajdonságok széles spektrumának elérését, speciális mérnöki alkalmazásokhoz szabva.
Króm- és molibdéntartalma fokozza edzhetőségét, így különösen alkalmas oltási és temperálási műveletekre.
Általános hőkezelési eljárások
| Folyamat | Tipikus hőmérsékleti tartomány (° C) | Cél |
|---|---|---|
| Lágyítás | 760-790 °C | Finomítja a gabonaszerkezetet, lágyítja az acélt, Javítja a megmunkálhatóságot |
| Normalizálás | 870-900°C | Növeli az egységességet, finomítja a szerkezetet, javítja a mechanikai konzisztenciát |
| Eloltás | ~845-875°C, ezt követi az olaj/víz/polimer kioltás | Martenzites szerkezetet hoz létre a nagy keménység és szilárdság érdekében |
| Edzés | 400-650°C (utólagos kioltás) | Beállítja a keménységet, enyhíti a belső stresszt, Javítja a rugalmasságot & szívósság |
| Keleti edzés | Hűtsük le 260-400 °C-ra, tartsa az átalakulásig | Bainites szerkezetet hoz létre, csökkenti a torzítást, egyensúlyban tartja az erő-szívósságot |
6. Megmunkálhatósága és gyártása 4140 Acél
Megmunkálhatóság
Anyag 4140 az acél lágyított állapotában mérsékelt megmunkálhatóságot mutat, és a keménység növekedésével egyre nagyobb kihívást jelent.
Lágyított állapotban (jellemzően 18-22 HRC körül), gyorsacél vagy keményfém szerszámokkal megmunkálható, jó felületi minőséget és elfogadható szerszámélettartamot eredményez.
Viszont, miután az acélt lehűtötték és magasabb keménységi szintre temperálták (például 30-50 HRC), megmunkálhatósága csökken.
Ebben a szakaszban, keményfém szerszámok, alacsonyabb vágási sebesség, és a merev gépbeállítások elengedhetetlenek a szerszámkopás és az alkatrésztorzulás elkerülése érdekében.
-Ra CNC esztergálás, őrlés, vagy fúrási műveletek, a megfelelő hűtési módszerek – különösen az elárasztásos hűtőfolyadék – használata segíti a hőelvezetést és javítja a forgácselvezetést.
Erősebb fúrás 4140 A szakaszokhoz gyakran kobalt vagy keményfém hegyű szerszámok szükségesek, míg az edzett részek menetfúrása előnyös lehet a menetmarásból vagy a menetfúrók alakításából a hagyományos vágófúrók helyett.
Hegesztés
Hegesztés 4140 az acél nagy edzhetősége és repedésveszélye miatt óvatosságot igényel.
Ezen kockázatok mérséklésére, a munkadarab előmelegítése – vastagságtól függően jellemzően 200-400°C-ra – erősen ajánlott.
A 200-300°C közötti áthaladási hőmérséklet fenntartása segít megelőzni a hősokkot és a hidrogén okozta repedést.
Hegesztés után, az alkatrész feszültségmentesítése körülbelül 600-650°C-on segít a rugalmasság helyreállításában és a maradó feszültségek csökkentésében.
Az alacsony hidrogéntartalmú elektródákat, mint például az E8018-B2 vagy ER80S-D2, általában töltőanyagként használják a kompatibilitás biztosítása és a porozitás csökkentése érdekében..
Kritikus alkalmazásokban, hegesztés utáni hőkezelés (Pwht) szükséges a hegesztett zóna integritásának és szívósságának fenntartásához.
Hideg és meleg formázás
4140 az ötvözött acél izzított állapotában hidegen megmunkálható, bár az alacsony széntartalmú acélokhoz képest nagyobb szilárdsága korlátozza a hajlékonyságát.
A hidegalakítási eljárások, mint például a húzás és a hajlítás lehetségesek, de nagyobb erőket igényelnek, és maradék feszültségeket idézhetnek elő, amelyek utólagos hőkezelést tesznek szükségessé..
Meleg munka, beleértve a kovácsolást és a meleghengerlést is, az acél számára kedvezőbb 4140.
Az ideális kovácsolási hőmérséklet 900°C és 1200°C között van, az anyag tipikusan 850°C feletti hőmérséklettel készül.
Melegformázás után, Normalizálás vagy izzítás javasolt a szemcseszerkezet finomításához és az acél előkészítéséhez a végső megmunkálásra vagy hőkezelésre.
7. Korrózióállósága a 4140 Acél
Míg 4140 az ötvözött acél mechanikai szilárdságában jeleskedik, hiányzik belőle az eredendő korrózióállóság.
Nedves vagy tengeri környezetben, könnyen oxidálódik, ha nincs védve. Ennek ellensúlyozására, felületkezelések, mint pl:
- Nitriding felületi keményedés és oxidációállóság érdekében
- Fekete oxid bevonat könnyű korrózióvédelemhez
- Galvanizálás vagy festés magas páratartalmú környezetben
8. Közös nyomtatványok és szabványok
4140 Az ötvözött acél kereskedelmi formákban széles skálában kapható, hogy megfeleljen a különféle ipari alkalmazásoknak.
Elérhetősége különböző formákban, kiváló mechanikai tulajdonságaival és hőkezelési sokoldalúságával kombinálva, közkedvelt választássá teszi mind a szabványos, mind az egyedi gyártású alkatrészekben.
Gyakori formái 4140 Acél
A gyártók és gyártók beszerezhetik 4140 acél számos formában, a tervezett felhasználástól és a szükséges feldolgozástól függően:
- Kerek rudak: Általában tengelyekhez használják, csapok, fogaskerék, és kötőelemek, A kerek rudak az egyik leggyakrabban szállított acélfajta 4140 sokoldalúságuk miatt a megmunkálásban és a hőkezelésben.
- Lapos rudak és tányérok: Ideális szerszámozáshoz, kopó alkatrészek, és nagy felületi érintkezési felületet igénylő szerkezeti részek.
Ezek a formák lángvágásra vagy vízsugaras feldolgozásra is alkalmasak. - Kovácsolt gyűrűk és lemezek: Nagy szilárdságú forgó gépekben, például csapágypályákban használják, tengelykapcsoló, és karimák.
- Üreges rudak és csövek: Előnyös olyan alkalmazásokban, amelyek súlycsökkentést igényelnek az erő megőrzése mellett, mint például a hidraulikus hengerek és nyomást tartalmazó alkatrészek.
- Tömbök és tuskó: Alkalmas egyedi megmunkáláshoz és nagyméretű kovácsolt alkatrészekhez. Ezeket jellemzően szerszámgyártásban és nehézipari berendezésekben használják.
Iparági szabványok és megnevezések 4140 Acél
| Szabványos szervezet | Kijelölés | Régió/Ország | Leírás |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Egyesült Államok | Általános előírások melegen megmunkált szén- és ötvözött acélrudakhoz |
| ASTM | ASTM A322 | Egyesült Államok | A mechanikai alkalmazásokban használt ötvözött acélrudak specifikációi |
| ASTM | ASTM A519 | Egyesült Államok | A varrat nélküli szén- és ötvözött acél mechanikus csövek specifikációja |
Fellendülés |
Fellendülés 4140 | Egyesült Államok | Króm-molibdén gyengén ötvözött acél autóipari és mérnöki alkalmazásokhoz |
| AISI | AISI 4140 | Egyesült Államok | Általánosan használt jelölés a SAE-hez igazítva 4140 |
| -Ben / TÓL | 1.7225 / 42CrMo4 | Európa / Németország | Európai megfelelője EN alatt 10083 edzett és temperáló acélokhoz |
| Ő az | SCM440 | Japán | Japán megfelelője a nagy szilárdságú ötvözött acélnak |
| Gb | 42CrMo | Kína | Hasonló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező kínai megfelelője |
9. Alkalmazás 4140 Ötvözött acél
Acél 4140 szilárdságot igénylő alkalmazásokban használható anyag, szívósság, valamint kopásállóság fáradtság és lökésterhelés esetén:
- Autóipar: fogaskerék, főtengelyek, kötőrudak, tengelyek
- Űrrepülés: futómű alkatrészek, hajtóművek
- Olaj & Gáz: fúró nyakörvek, hidraulikus repesztő alkatrészek
- Gyártás: tüskék, elhuny, formák, szerszámtartók
Esettanulmány: Összehasonlító fáradtsági tesztben, egy acél 4140 Q&T fogaskerék tengely bemutatva 10x az élettartam hasonló kialakítású lágyacélból, kiemelve annak hosszú távú értékét.
10. Előnyei és korlátai 4140 Ötvözött acél
Előnyök:
- Magas erő-súly arány szerkezeti alkalmazásokhoz
- Kiváló kopásállóság keményedés után
- Sokoldalú hőkezelés válasz
- Könnyen elérhető többféle formában és szabványban
Korlátozások:
- Nem alkalmas korrozív környezetek felületvédelem nélkül
- Megkövetel gondos hegesztés gyakorlatok a repedés elkerülésére
- Magasabb költségek és összetettebb, mint a sima szénacélok
11. Következtetés
4140 az ötvözött acél a mechanikai szilárdság lenyűgöző keverékét kínálja, szívósság, és kopásállóság, nélkülözhetetlenné teszi a teljesítménykritikus mérnöki alkalmazásokban.
Megfelelő hőkezelés és védelem esetén, rendkívüli élettartamot biztosít nehéz üzemi körülmények között.
Legyen szó repülésről, energia, vagy szerszámelemek, anyag 4140 Az acél továbbra is az egyik legmegbízhatóbb és legmegfelelőbb anyag a modern gyártásban.
Azok a mérnökök, akik megértik a viselkedését és a feldolgozási követelményeit, teljes mértékben ki tudják használni a benne rejlő lehetőségeket.
EZ a tökéletes választás a gyártási igényekhez, ha magas színvonalra van szüksége 4140 acél alkatrészek.
