1. 소개
4140 강철은 저금리 크롬-몰리브덴 강철입니다.
그것은 탁월한 힘의 조합을 제공합니다, 인성, 및 내마모성, 산업 응용 분야를 요구하는 이상적인 후보가됩니다.
이 기사는 탐구합니다 4140 여러 기술적 관점의 합금 강철, 화학 성분을 포함하여, 기계적 행동, 열처리 반응, 가공성, 부식 성능, 그리고 일반적인 용도.
2. 화학 성분 4140 합금강
독특한 성능 4140 합금강 신중하게 제어 된 화학 조성에서 시작됩니다:
| 요소 | 무게 % | 철강 속성에서의 역할 |
|---|---|---|
| 탄소 (기음) | 0.38–0.43 | 강도와 경화성을 향상시킵니다 |
| 크롬 (Cr) | 0.8–1.1 | 경도를 향상시킵니다, 내마모성, 부식 |
| 망간 (망) | 0.75–1.0 | 강인함과 탈산성을 향상시킵니다 |
| 몰리브덴 (모) | 0.15–0.25 | 크리프 저항과 강화 깊이를 향상시킵니다 |
| 규소 (그리고) | 0.15–0.35 | 강도를 증가시킵니다, 강인성을 약간 향상시킵니다 |
| 인 (피) | ≤ 0.035 | 일반적으로 손상을 줄이기 위해 최소화되었습니다 |
| 황 (에스) | ≤ 0.04 | 가공 가능성을 위해 추가되었지만 강인성을 줄일 수 있습니다 |
비슷한 합금과 비교하여 4130 (하위 탄소) 그리고 4340 (더 높은 니켈), 4140 힘과 가공성의 균형, 많은 구조적 응용 분야를위한 실용적이고 비용 효율적인 솔루션으로.
3. 물리적 특성 4140 강철
| 재산 | 값 | 단위 | 메모 |
|---|---|---|---|
| 밀도 | 7.85 | g/cm3 | 저 합금강의 경우 일반적으로 |
| 탄성 계수 (이자형) | ~ 205 | 평점 | 장력과 압축의 강성 |
| 전단 계수 (G) | ~ 80 | 평점 | 비틀림 적용에 유용합니다 |
| 푸아송비 | 0.27–0.30 | – | 횡단 변형 대 축 변형률 |
| 열전도율 | 42.6 | W/m·K | ~에 100 ℃; 더 높은 온도로 약간 감소합니다 |
| 비열 용량 | 475 | J/kg·K | 실온에서 근사하십시오 |
| 전기 저항력 | 205 | nΩ · m (Nano-Ohm 미터) | 순수한 철보다 높습니다; 구리에 비해 낮은 전도도 |
| 열팽창계수 | ~ 12.0 | µm/m · k (20–100 ° C 범위) | 열 사이클링 또는 치수 안정성을위한 설계에 중요합니다 |
| 녹는점 | 1416–1471 | ℃ | 합금 요소로 인한 좁은 범위 |
4. 기계적 특성 4140 강철
아이시 4140 우수한 기계적 강도로 알려진 다목적 크롬-몰리브덴 합금 강철입니다., 인성, 및 피로 저항.
이것들 4140 강철 특성은 열처리 조건에 따라 크게 다를 수 있습니다. (예를 들어, 단련된, 정규화, 담금질된, 또는 템퍼링).
기계적 특성 테이블
| 재산 | 단련 | 담금질 & 템퍼링 (큐&티) | 단위 | 메모 |
|---|---|---|---|---|
| 항복 강도 | ~ 655 MPa | 최대 1,600 MPa | MPa (메가파스칼) | 큐&t는 힘을 크게 향상시킵니다 |
| ~ 95 KSI | ~ 232 KSI | ksi (장엄한) | ||
| 인장강도 | 850–1,000 MPA | 1,000–1,100 MPa | MPa | 다양한 열처리 후 전형적인 범위 |
| 123–145 KSI | 145–160 KSI | ksi | ||
| 파단시 신장 | 25–30% | 12–18% | % | 어닐링 된 상태에서 더 높은 연성 |
| 면적 감소 | ~ 50% | ~ 45% | % | 연성 및 형성의 지표 |
| 경도 (로크웰 c) | 18–28 HRC | 최대 50-55 HRC | HRC | 담금질과 템퍼링에 매우 반응합니다 |
| Charpy V-notch 강인함 | >54 제이 (단련된) | 20–35 j (큐&높은 경도에서) | 줄스 | 충격 로딩 응용 프로그램의 성능 |
| 피로 강도 (지구력 한도) | ~ 420 MPa | 최대 700 MPa | MPa | 표면 마감 및 하중 사이클에 따라 다릅니다 |
| 탄성 계수 (이자형) | ~ 205 GPA | – | 평점 | 강성은 조건에서 일정하게 유지됩니다 |
5. 열처리 행동 4140 합금강
아이시 4140 합금 강철은 다양한 열 처리 과정에 반응이 높습니다., 특정 엔지니어링 애플리케이션에 맞는 광범위한 기계적 특성을 달성 할 수 있습니다..
크롬 및 몰리브덴 함량은 강화 가능성을 향상시킵니다, 담금질 및 템퍼링 작업에 특히 적합합니다.
일반적인 열 처리 과정
| 프로세스 | 일반적인 온도 범위 (℃) | 목적 |
|---|---|---|
| 가열 냉각 | 760–790 ° C | 곡물 구조를 개선합니다, 강철을 부드럽게합니다, 가공 가능성을 향상시킵니다 |
| 정규화 | 870–900 ° C | 균일 성을 증가시킵니다, 구조를 개선합니다, 기계적 일관성을 향상시킵니다 |
| 담금질 | ~ 845–875 ° C, 오일/물/중합체 담금질이 이어졌다 | 높은 경도와 강도를위한 martensitic 구조를 생성합니다 |
| 템퍼링 | 400-650°C (퀘스트 후) | 경도를 조정합니다, 내부 스트레스를 완화합니다, 연성을 향상시킵니다 & 인성 |
| 동부 템퍼링 | 260–400 ° C로 담금합니다, 변형 될 때까지 유지하십시오 | 베이니트 구조를 생성합니다, 왜곡을 줄입니다, 힘의 균형을 유지합니다 |
6. 가공 가능성 및 제조 4140 강철
가공성
재료 4140 강철은 어닐링 된 상태에서 적당한 가공성을 나타냅니다..
어닐링 된 상태에서 (일반적으로 약 18-22 시간 HRC), 고속 스틸 또는 탄화물 도구로 가공 할 수 있습니다., 좋은 표면 마감과 허용 가능한 도구 수명을 산출합니다.
하지만, 강철이 켄칭되고 더 높은 경도 수준으로 템퍼링되면 (30-50 HRC와 같은), 가공성이 감소합니다.
이 단계에서, 카바이드 툴링, 절단 속도가 낮습니다, 그리고 도구 마모 및 부품 왜곡을 피하기 위해 강성 기계 설정이 필수적입니다..
을 위한 CNC 터닝, 갈기, 또는 시추 작업, 적절한 냉각 방법 (특히 홍수 냉각제) 사용을 사용하여 열이 소실되고 칩 대피를 향상시킵니다..
더 강하게 드릴링 4140 섹션에는 종종 코발트 또는 카바이드 팁 도구가 필요합니다, 경화 된 부품을 탭하는 동안 스레드 밀링 또는 기존의 절단 탭이 아닌 탭 형성으로 이점을 얻을 수 있습니다..
용접
용접 4140 강철은 강화 가능성이 높고 균열의 위험으로 인해주의를 기울여야합니다..
이러한 위험을 완화합니다, 공작물을 두께에 따라 200 ~ 400 ° C로 예열하는 것은 강력하게 권장됩니다..
약 200 ~ 300 ° C 약 200 ~ 300 ° C를 유지하면 열 충격 및 수소 유발 균열을 방지합니다..
용접 후, 약 600–650 ° C에서 성분을 스트레스 해소하면 연성을 회복하고 잔류 응력을 줄이는 데 도움이됩니다..
E8018-B2 또는 ER80S-D2와 같은 저온 로겐 전극은 일반적으로 필러 재료에 사용되어 호환성을 보장하고 다공성을 줄입니다..
중요한 응용 분야에서, 웰드 후 열처리 (PWHT) 용접 구역의 무결성과 인성을 유지하려면 필요합니다..
차갑고 뜨거운 형성
4140 합금 강철이 차가워 질 수 있습니다. 어닐링 된 상태에서 작동합니다., 저탄소 강에 비해 강도가 높지만 연성이 제한됩니다..
그리기 및 수송과 같은 콜드 형성 과정은 가능하지만 더 높은 힘을 필요로하며 후속 열처리가 필요한 잔류 응력을 유발할 수 있습니다..
뜨거운 작업, 단조 및 핫 롤링을 포함하여, 강철에게 더 유리합니다 4140.
이상적인 단조 온도 범위는 900 ° C에서 1200 ° C 사이입니다., 재료는 일반적으로 850 ° C 이상으로 완료되었습니다.
뜨거운 형성 후, 곡물 구조를 개선하고 최종 가공 또는 열처리를 위해 강철을 준비하는 것이 좋습니다..
7. 부식 저항 4140 강철
하는 동안 4140 합금 강철은 기계적 강도가 뛰어납니다, 고유 한 부식 저항이 부족합니다.
습하거나 해양 환경에서, 보호되지 않으면 쉽게 산화됩니다. 이 문제에 대응합니다, 다음과 같은 표면 처리:
- 질화 표면 경화 및 산화 저항
- 검은 색 산화물 코팅 가벼운 부식 보호를 위해
- 전기 도금 또는 그림 높은 구후 환경에서
8. 일반적인 형태와 표준
4140 Alloy Steel은 다양한 산업 응용 프로그램을 수용하기 위해 다양한 상업용 형태로 제공됩니다..
다른 모양의 가용성, 우수한 기계적 특성 및 열처리 다목적 성과 결합, 표준 및 맞춤형 구성 요소에서 인기있는 선택이됩니다..
일반적인 형태 4140 강철
제조업체와 제조사는 얻을 수 있습니다 4140 다양한 형태의 강철, 의도 된 사용 및 필요한 처리에 따라 다릅니다:
- 둥근 막대: 일반적으로 샤프트에 사용됩니다, 다리, 기어, 및 패스너, 둥근 막대는 가장 자주 공급되는 강철 중 하나입니다. 4140 가공 및 열처리에 대한 다목적 성 때문에.
- 평평한 바와 접시: 툴링에 이상적입니다, 구성 요소를 착용하십시오, 및 큰 표면 접촉 영역이 필요한 구조 부품.
이 형태는 화염 절단 또는 워터 제트 가공에도 적합합니다.. - 단조 고리와 디스크: 베어링 레이스와 같은 고강도 회전 기계에 사용됩니다, 커플링, 그리고 플랜지.
- 중공 바와 튜브: 강도를 유지하면서 체중 감소를 요구하는 응용 분야에서 선호됩니다, 유압 실린더 및 압력 함유 부품과 같은.
- 블록과 빌릿: 맞춤형 가공 및 대형 단조 구성 요소에 적합합니다. 이들은 일반적으로 다이 제작 및 중공업 장비에 사용됩니다..
산업 표준 및 지정 4140 강철
| 표준 조직 | 지정 | 지역/국가 | 설명 |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | 미국 | 탄소 및 합금강의 열기 바에 대한 일반 사양 |
| ASTM | ASTM A322 | 미국 | 기계 응용 분야에 사용되는 합금 강철 막대의 사양 |
| ASTM | ASTM A519 | 미국 | 원활한 탄소 및 합금 강철 기계식 튜브에 대한 사양 |
SAE |
SAE 4140 | 미국 | 자동차 및 엔지니어링 애플리케이션을위한 Chromium-Molybdenum 저금리 강철 |
| 아이시 | 아이시 4140 | 미국 | 일반적으로 사용되는 지정은 SAE와 정렬됩니다 4140 |
| 안에 / 에서 | 1.7225 / 42CRMO4 | 유럽 / 독일 | EN 10083 담금질과 성미를 위해 |
| 그 | SCM440 | 일본 | 고강도 합금강의 일본어와 동등합니다 |
| GB | 42CRMO | 중국 | 유사한 기계적 특성과 동등한 중국어 |
9. 응용 4140 합금강
강철 4140 강도가 필요한 응용 분야의 자료입니다, 인성, 피로와 충격 하중 하에서 내마모성:
- 자동차: 기어, 크랭크샤프트, 타이로드, 차축
- 항공우주: 랜딩기어 구성품, 액추에이터
- 기름 & 가스: 드릴 칼라, 유압 파쇄 부품
- 조작: 맨드 렐, 죽는다, 금형, 도구 홀더
사례 연구: 비교 피로 검사에서, 강철 4140 큐&T 기어 샤프트가 시연되었습니다 10x 수명 온화한 강철로 만든 비슷한 디자인, 장기 가치를 강조합니다.
10. 장점과 한계 4140 합금강
장점:
- 높은 강도 대 중량 구조 응용 분야의 비율
- 훌륭한 내마모성 경화 후
- 다목적 열처리 응답
- 여러 형태와 표준으로 쉽게 구할 수 있습니다
제한 사항:
- 적합하지 않습니다 부식성 환경 표면 보호없이
- 필요합니다 신중한 용접 균열을 피하기위한 관행
- 더 높은 비용 일반 탄소강보다 복잡성
11. 결론
4140 합금 강철은 기계적 강도의 강력한 조화를 제공합니다, 인성, 및 내마모성, 성능 크리티컬 엔지니어링 애플리케이션에 필수 불가결하게 만듭니다.
적절하게 열처리되고 보호 될 때, 까다로운 운영 조건에서 탁월한 서비스 수명을 제공합니다.
항공우주용인지, 에너지, 또는 툴링 구성 요소, 재료 4140 강철은 현대 제조에서 가장 신뢰할 수 있고 유능한 재료 중 하나입니다..
행동 및 처리 요구 사항을 이해하는 엔지니어는 잠재력을 완전히 활용할 수 있습니다..
이것 고품질이 필요한 경우 제조 요구에 완벽한 선택입니다. 4140 강철 부품.
