1. Perkenalan
4140 Baja adalah baja kromium-molybdenum rendah.
Ini menawarkan kombinasi kekuatan yang sangat baik, kekerasan, dan pakai ketahanan, menjadikannya kandidat yang ideal untuk menuntut aplikasi industri.
Artikel ini mengeksplorasi 4140 baja paduan dari berbagai perspektif teknis, termasuk komposisi kimianya, perilaku mekanis, Respons perlakuan panas, kemampuan mesin, kinerja korosi, dan penggunaan umum.
2. Komposisi Kimia dari 4140 Baja paduan
Kinerja unik dari 4140 baja paduan berasal dari komposisi kimianya yang dikendalikan dengan cermat:
| Elemen | Berat % | Peran dalam properti baja |
|---|---|---|
| Karbon (C) | 0.38–0.43 | Meningkatkan kekuatan dan keterangan keras |
| Kromium (Cr) | 0.8–1.1 | Meningkatkan kekerasan, Pakai ketahanan, dan korosi |
| Mangan (M N) | 0.75–1.0 | Meningkatkan ketangguhan dan deoksidasi |
| Molybdenum (Mo) | 0.15–0.25 | Meningkatkan ketahanan creep dan kedalaman pengerasan |
| Silikon (Dan) | 0.15–0.35 | Meningkatkan kekuatan, sedikit meningkatkan ketangguhan |
| Fosfor (P) | ≤ 0.035 | Biasanya diminimalkan untuk mengurangi embrittlement |
| Sulfur (S) | ≤ 0.04 | Ditambahkan untuk machinability tetapi dapat mengurangi ketangguhan |
Dibandingkan dengan paduan serupa seperti 4130 (karbon lebih rendah) Dan 4340 (nikel lebih tinggi), 4140 menyeimbangkan kekuatan dan kemampuan mesin, menjadikannya solusi praktis dan hemat biaya untuk banyak aplikasi struktural.
3. Sifat fisik 4140 Baja
| Milik | Nilai | Satuan | Catatan |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | 7.85 | g/cm³ | Khas untuk baja paduan rendah |
| Modulus elastisitas (E) | ~ 205 | IPK | Kekakuan dalam ketegangan dan kompresi |
| Modulus geser (G) | ~ 80 | IPK | Berguna untuk aplikasi torsional |
| Rasio Poisson | 0.27–0.30 | - - | Rasio regangan transversal terhadap regangan aksial |
| Konduktivitas termal | 42.6 | W/m · k | Pada 100 ° C.; sedikit berkurang dengan suhu yang lebih tinggi |
| Kapasitas panas spesifik | 475 | J/kg · k | Perkiraan pada suhu kamar |
| Resistivitas listrik | 205 | nΩ · m (Nano-ohm meter) | Lebih tinggi dari besi murni; konduktivitas rendah dibandingkan dengan tembaga |
| Koefisien Ekspansi Termal | ~ 12.0 | µm/m · k (20–100 ° C kisaran) | Penting dalam merancang bersepeda termal atau stabilitas dimensi |
| Titik lebur | 1416–1471 | ° C. | Kisaran yang lebih sempit karena elemen paduan |
4. Sifat mekanis dari 4140 Baja
Aisi 4140 adalah baja paduan kromium-moliddenum serbaguna yang dikenal dengan kekuatan mekaniknya yang sangat baik, kekerasan, dan resistensi kelelahan.
Ini 4140 Sifat baja dapat bervariasi secara signifikan tergantung pada kondisi perlakuan panasnya (MISALNYA., dianil, dinormalisasi, padam, atau marah).
Tabel Properti Mekanik
| Milik | Dianil | Padam & Marah (Q&T) | Satuan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Kekuatan luluh | ~ 655 MPa | Hingga 1,600 MPa | MPa (Megapascal) | Q&T meningkatkan kekuatan secara signifikan |
| ~ 95 ksi | ~ 232 ksi | ksi (imperial) | ||
| Kekuatan tarik | 850–1.000 MPa | 1,000–1.100 MPa | MPa | Kisaran khas setelah berbagai perawatan panas |
| 123–145 ksi | 145–160 ksi | ksi | ||
| Perpanjangan saat istirahat | 25–30% | 12–18% | % | Keuletan yang lebih tinggi di negara bagian anil |
| Pengurangan Area | ~ 50% | ~ 45% | % | Indikator keuletan dan kemampuan formulir |
| Kekerasan (Rockwell c) | 18–28 HRC | Hingga 50–55 HRC | HRC | Sangat responsif terhadap pendinginan dan temper |
| Charpy V-Notch ketangguhan | >54 J (dianil) | 20–35 j (Q&T pada kekerasan tinggi) | Joules | Kinerja dalam aplikasi pemuatan dampak |
| Kekuatan kelelahan (Batas daya tahan) | ~ 420 MPa | Hingga 700 MPa | MPa | Tergantung pada permukaan akhir dan siklus pemuatan |
| Modulus elastisitas (E) | ~ 205 GPa | - - | IPK | Kekakuan tetap konstan di seluruh kondisi |
5. Perilaku perlakuan panas 4140 Baja paduan
Aisi 4140 Baja paduan sangat responsif terhadap berbagai proses perlakuan panas, memungkinkannya untuk mencapai spektrum luas sifat mekanik yang disesuaikan dengan aplikasi rekayasa tertentu.
Konten kromium dan molibdenumnya meningkatkan hardenabilitynya, membuatnya sangat cocok untuk operasi pendinginan dan temper.
Proses Perlakuan Panas Umum
| Proses | Kisaran suhu yang khas (° C.) | Tujuan |
|---|---|---|
| Anil | 760–790 ° C. | Memperbaiki struktur biji -bijian, melembutkan baja, meningkatkan kemampuan mesin |
| Menormalkan | 870–900 ° C. | Meningkatkan keseragaman, Struktur pemurnian, meningkatkan konsistensi mekanis |
| Pendinginan | ~ 845–875 ° C., diikuti oleh minyak/air/pendinginan polimer | Menghasilkan struktur martensit untuk kekerasan dan kekuatan tinggi |
| Tempering | 400–650 ° C. (post-quench) | Menyesuaikan kekerasan, mengurangi stres internal, meningkatkan daktilitas & kekerasan |
| Tempering timur | Pendinginan hingga 260–400 ° C., Tahan sampai transformasi | Menghasilkan struktur bainitik, mengurangi distorsi, Menyeimbangkan kekuatan |
6. Kemampuan mesin dan pembuatan 4140 Baja
Kemampuan mesin
Bahan 4140 Baja menunjukkan kemampuan mesin moderat dalam keadaan anil dan menjadi lebih menantang karena kekerasan meningkat.
Dalam kondisi anil (biasanya sekitar 18-22 hrc), Ini dapat dikerjakan dengan alat baja berkecepatan tinggi atau karbida, menghasilkan permukaan permukaan yang baik dan kehidupan alat yang dapat diterima.
Namun, Setelah baja padam dan marah ke tingkat kekerasan yang lebih tinggi (seperti 30-50 HRC), kemampuan mesinnya berkurang.
Pada tahap ini, Perkakas karbida, Kecepatan pemotongan yang lebih rendah, dan pengaturan mesin yang kaku menjadi penting untuk menghindari keausan pahat dan bagian distorsi.
Untuk CNC berputar, penggilingan, atau operasi pengeboran, Menggunakan metode pendinginan yang tepat - pendingin banjir terutama - membantu menghilangkan panas dan meningkatkan evakuasi chip.
Mengebor lebih keras 4140 Bagian seringkali membutuhkan alat kobalt atau karbida, Saat mengetuk bagian yang dikeraskan dapat mengambil manfaat dari penggilingan benang atau pembentukan keran daripada keran pemotongan konvensional.
Pengelasan
Pengelasan 4140 Baja membutuhkan kehati -hatian karena kerasnya keras dan risiko retak.
Untuk mengurangi risiko ini, Memanaskan lebih dulu benda kerja - biasanya hingga 200-400 ° C tergantung pada ketebalannya - sangat disarankan.
Mempertahankan suhu interpass sekitar 200-300 ° C membantu mencegah guncangan termal dan retak yang diinduksi hidrogen.
Setelah pengelasan, Menghapus stres komponen pada sekitar 600-650 ° C membantu mengembalikan keuletan dan mengurangi tegangan residu.
Elektroda rendah-hidrogen seperti E8018-B2 atau ER80S-D2 biasanya digunakan untuk bahan pengisi untuk memastikan kompatibilitas dan mengurangi porositas.
Dalam aplikasi kritis, Perlakuan panas pasca-keluhan (PWHT) diperlukan untuk mempertahankan integritas dan ketangguhan zona yang dilas.
Pembentukan dingin dan panas
4140 Baja paduan bisa bekerja dingin dalam kondisi anil, Meskipun kekuatannya lebih tinggi dibandingkan dengan baja rendah karbon membatasi keuletannya.
Proses pembentukan dingin seperti menggambar dan swaging dimungkinkan tetapi membutuhkan kekuatan yang lebih tinggi dan dapat menyebabkan tekanan residual yang memerlukan perlakuan panas selanjutnya.
Bekerja panas, termasuk penempaan dan pemotongan panas, lebih menguntungkan untuk baja 4140.
Kisaran suhu penempaan yang ideal adalah antara 900 ° C dan 1200 ° C, dengan bahan biasanya selesai di atas 850 ° C.
Setelah pembentukan panas, Normalisasi atau anil disarankan untuk memperbaiki struktur biji -bijian dan menyiapkan baja untuk pemesinan akhir atau perlakuan panas.
7. Resistensi korosi 4140 Baja
Ketika 4140 Baja paduan unggul dalam kekuatan mekanik, itu tidak memiliki resistensi korosi yang melekat.
Di lingkungan lembab atau laut, itu dengan mudah teroksidasi kecuali dilindungi. Untuk melawan ini, Perawatan permukaan seperti:
- Nitriding untuk pengerasan permukaan dan resistensi oksidasi
- Lapisan oksida hitam untuk perlindungan korosi ringan
- Elektroplating atau lukisan di lingkungan kelembaban tinggi
8. Bentuk dan Standar Umum
4140 Baja paduan tersedia dalam berbagai bentuk komersial untuk mengakomodasi beragam aplikasi industri.
Ketersediaannya dalam berbagai bentuk, Dikombinasikan dengan sifat mekaniknya yang sangat baik dan keserbagunaan perlakuan panas, menjadikannya pilihan populer dalam komponen standar dan kustom.
Bentuk umum 4140 Baja
Produsen dan perakit dapat memperoleh 4140 baja dalam berbagai bentuk, tergantung pada penggunaan yang dimaksud dan pemrosesan yang diperlukan:
- Bilah bundar: Biasa digunakan untuk poros, pin, roda gigi, dan pengencang, bilah bundar adalah salah satu bentuk baja yang paling sering disediakan 4140 karena keserbagunaan mereka dalam pemesinan dan perlakuan panas.
- Batang dan piring datar: Ideal untuk perkakas, Komponen pakai, dan bagian struktural yang membutuhkan area kontak permukaan yang besar.
Bentuk -bentuk ini juga cocok untuk pemotongan api atau pemrosesan jet air. - Cincin dan cakram palsu: Digunakan dalam mesin berputar berkekuatan tinggi seperti membawa balapan, Couplings, dan flensa.
- Batang dan tabung berlubang: Lebih disukai dalam aplikasi yang menuntut penurunan berat badan sambil mempertahankan kekuatan, seperti silinder hidrolik dan bagian yang mengandung tekanan.
- Blok dan billet: Cocok untuk pemesinan khusus dan komponen besar yang ditempa. Ini biasanya digunakan dalam peralatan industri pembuatan dan berat.
Standar dan Penunjukan Industri untuk 4140 Baja
| Organisasi Standar | Penamaan | Wilayah/negara | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Astm | ASTM A29 | Amerika Serikat | Spesifikasi Umum untuk Bar Karbon dan Baja Paduan Bertanda Panas |
| Astm | ASTM A322 | Amerika Serikat | Spesifikasi untuk batang baja paduan yang digunakan dalam aplikasi mekanik |
| Astm | ASTM A519 | Amerika Serikat | Spesifikasi untuk tabung mekanik karbon dan baja paduan mulus |
Sae |
Sae 4140 | Amerika Serikat | Baja Alloy Chromium-Molybdenum untuk aplikasi otomotif dan rekayasa |
| Aisi | Aisi 4140 | Amerika Serikat | Penunjukan yang umum digunakan selaras dengan SAE 4140 |
| DI DALAM / DARI | 1.7225 / 42Crmo4 | Eropa / Jerman | Setara Eropa di bawah en 10083 untuk pendinginan dan baja temper |
| Dia | SCM440 | Jepang | Jepang setara dengan baja paduan berkekuatan tinggi |
| GB | 42Crmo | Cina | Setara dengan Cina dengan sifat mekanik yang serupa |
9. Aplikasi 4140 Baja paduan
Baja 4140 adalah bahan masuk dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan, kekerasan, dan keausan ketahanan di bawah kelelahan dan pemuatan guncangan:
- Otomotif: roda gigi, poros engkol, tandan batang, as
- Aerospace: Komponen Landing Gear, aktuator
- Minyak & Gas: kerah bor, Bagian rekah hidrolik
- Manufaktur: mandrels, mati, cetakan, pemegang alat
Studi kasus: Dalam tes kelelahan komparatif, baja 4140 Q&T Gigi Poros Demonstrasi 10x Umur dari desain serupa yang terbuat dari baja ringan, menyoroti nilai jangka panjangnya.
10. Keunggulan dan keterbatasan 4140 Baja paduan
Keuntungan:
- Tinggi kekuatan-ke-berat rasio untuk aplikasi struktural
- Bagus sekali Pakai ketahanan Setelah mengeras
- Perlakuan panas serbaguna tanggapan
- Tersedia dalam berbagai bentuk dan standar
Batasan:
- Tidak cocok untuk lingkungan korosif tanpa perlindungan permukaan
- Memerlukan pengelasan hati -hati Latihan untuk menghindari retak
- Biaya yang lebih tinggi dan kompleksitas dari baja karbon biasa
11. Kesimpulan
4140 baja paduan menawarkan perpaduan kekuatan mekanik yang menarik, kekerasan, dan pakai ketahanan, membuatnya sangat diperlukan dalam aplikasi rekayasa kritis kinerja.
Bila dipanaskan dengan baik dan dilindungi, Ini memberikan masa pakai yang luar biasa di bawah kondisi operasi yang menuntut.
Apakah untuk dirgantara, energi, atau komponen perkakas, bahan 4140 Baja tetap menjadi salah satu bahan yang paling tepercaya dan mampu dalam manufaktur modern.
Insinyur yang memahami perilakunya dan persyaratan pemrosesan dapat sepenuhnya memanfaatkan potensinya.
INI adalah pilihan yang sempurna untuk kebutuhan manufaktur Anda jika Anda membutuhkan berkualitas tinggi 4140 Bagian baja.
