1. Įvadas
4140 plienas yra mažai legiruotas chromo-molibdeno plienas.
Jis siūlo puikų jėgos derinį, Tvirtumas, ir atsparumas dėvėjimams, todėl jis yra idealus kandidatas reiklioms pramoninėms reikmėms.
Šiame straipsnyje nagrinėjama 4140 legiruotas plienas iš kelių techninių perspektyvų, įskaitant jo cheminę sudėtį, mechaninis elgesys, terminio apdorojimo atsakas, Aparatas, korozijos efektyvumas, ir įprastiniam naudojimui.
2. Cheminė sudėtis 4140 Lydinio plienas
Unikalus pasirodymas 4140 lydinio plienas atsiranda dėl kruopščiai kontroliuojamos cheminės sudėties:
| Elementas | Svoris % | Vaidmuo plieno savybių srityje |
|---|---|---|
| Anglies (C) | 0.38–0,43 | Padidina stiprumą ir kietumą |
| Chromas (Kr) | 0.8–1.1 | Pagerina kietumą, atsparumas nusidėvėjimui, ir korozija |
| Manganas (Mn) | 0.75–1,0 | Padidina kietumą ir deoksidaciją |
| Molibdenas (MO) | 0.15–0,25 | Padidina atsparumą šliaužimui ir kietėjimo gylį |
| Silicis (Ir) | 0.15–0,35 | Padidina jėgą, šiek tiek pagerina tvirtumą |
| Fosforas (P) | ≤ 0.035 | Paprastai sumažinama siekiant sumažinti trapumą |
| Sieros (S) | ≤ 0.04 | Pridėta, kad būtų galima apdirbti, bet gali sumažinti kietumą |
Palyginti su panašiais lydiniais, pvz 4130 (mažesnis anglies kiekis) ir 4340 (didesnis nikelis), 4140 subalansuoja stiprumą ir apdirbamumą, todėl tai yra praktiškas ir ekonomiškas sprendimas daugeliui konstrukcinių pritaikymų.
3. Fizinės savybės 4140 Plienas
| Nuosavybė | Vertė | Vienetas | Pastabos |
|---|---|---|---|
| Tankis | 7.85 | g/cm³ | Tipiškas mažai legiruotam plienui |
| Elastiškumo modulis (E) | ~205 | GPA | Standumas tempiant ir suspaudus |
| Šlyties modulis (G) | ~80 | GPA | Naudinga naudojant sukimo būdus |
| Puasono koeficientas | 0.27–0.30 | - | Skersinės deformacijos ir ašinės deformacijos santykis |
| Šilumos laidumas | 42.6 | W/m · k | At 100 ° C.; šiek tiek mažėja esant aukštesnei temperatūrai |
| Savitoji šilumos talpa | 475 | J/kg · k | Apytiksliai kambario temperatūroje |
| Elektros varža | 205 | nΩ·m (nano omų matuokliai) | Aukštesnė už gryną geležį; mažas laidumas, palyginti su variu |
| Šiluminio plėtimosi koeficientas | ~12,0 | µm/m·K (20–100 ° C diapazonas) | Svarbu projektuojant šiluminį ciklą arba matmenų stabilumą |
| Lydymosi taškas | 1416– 1471 m | ° C. | Siauresnis asortimentas dėl legiruojančių elementų |
4. Mechaninės savybės 4140 Plienas
AISI 4140 yra universalus chromo ir molibdeno legiruotas plienas, žinomas dėl savo puikios mechaninio stiprumo, Tvirtumas, ir nuovargio atsparumas.
Šios 4140 plieno savybės gali labai skirtis priklausomai nuo jų terminio apdorojimo būklės (Pvz., atkaitintas, normalizuotas, užgesintas, arba grūdintas).
Mechaninių savybių lentelė
| Nuosavybė | Atkaitintas | Užgesintas & Grūdintas (Q.&T) | Vienetas | Pastabos |
|---|---|---|---|---|
| Derliaus stiprumas | ~655 MPa | Iki 1,600 MPA | MPA (megapaskalių) | Q.&T žymiai pagerina stiprumą |
| ~95 ksi | ~232 ksi | ksi (imperatoriškoji) | ||
| Tempimo stiprumas | 850– 1000 MPa | 1,000–1100 MPa | MPA | Tipiškas diapazonas po įvairių terminių procedūrų |
| 123–145 ksi | 145– 160 ksi | ksi | ||
| Pailgėjimas per pertrauką | 25–30% | 12–18% | % | Didesnis plastiškumas atkaitintoje būsenoje |
| Ploto sumažinimas | ~ 50% | ~45 % | % | Tamprumo ir formuojamumo rodiklis |
| Kietumas (Rokvelas C) | 18–28 HRC | Iki 50–55 HRC | HRC | Labai reaguoja į grūdinimą ir grūdinimą |
| Charpy V formos tvirtumas | >54 J (atkaitintas) | 20– 35 J (Q.&T esant dideliam kietumui) | Džauliais | Smūginės apkrovos programų našumas |
| Nuovargio stiprumas (Ištvermės riba) | ~420 MPa | Iki 700 MPA | MPA | Priklauso nuo paviršiaus apdailos ir pakrovimo ciklų |
| Elastiškumo modulis (E) | ~205 GPa | - | GPA | Standumas išlieka pastovus visomis sąlygomis |
5. Terminio apdorojimo elgsena 4140 Lydinio plienas
AISI 4140 legiruotasis plienas labai jautriai reaguoja į įvairius terminio apdorojimo procesus, leidžia pasiekti platų mechaninių savybių spektrą, pritaikytą konkrečioms inžinerinėms reikmėms.
Chromo ir molibdeno kiekis padidina jo kietėjimą, todėl jis ypač tinka gesinimo ir grūdinimo operacijoms.
Įprasti terminio apdorojimo procesai
| Procesas | Tipiškas temperatūros diapazonas (° C.) | Tikslas |
|---|---|---|
| Atkaitinimas | 760–790°C | Patobulina grūdų struktūrą, minkština plieną, pagerina apdirbamumą |
| Normalizavimas | 870–900°C | Padidina vienodumą, tobulina struktūrą, padidina mechaninį nuoseklumą |
| Gesinimas | ~845–875°C, po to aliejaus / vandens / polimero gesinimas | Sukuria martensitinę struktūrą, užtikrinančią didelį kietumą ir stiprumą |
| Grūdinimas | 400–650°C (Po rezervuaro) | Reguliuoja kietumą, mažina vidinį įtampą, pagerina lankstumą & Tvirtumas |
| Rytų grūdinimas | Atvėsinkite iki 260-400°C, palaikykite iki transformacijos | Sukuria baininę struktūrą, sumažina iškraipymą, subalansuoja stiprumą-tvirtumą |
6. Galimybė apdirbti ir gaminti 4140 Plienas
Aparatas
Medžiaga 4140 atkaitintas plienas pasižymi vidutiniu apdirbimu ir tampa vis sudėtingesnis, nes didėja kietumas.
Atkaitintos būklės (paprastai apie 18–22 HRC), jį galima apdirbti greitaeigiais plieno arba karbido įrankiais, užtikrina gerą paviršiaus apdailą ir priimtiną įrankio tarnavimo laiką.
Tačiau, kai plienas atvėsinamas ir grūdinamas iki didesnio kietumo (pavyzdžiui, 30–50 HRC), sumažėja jo apdirbamumas.
Šiame etape, karbido įrankiai, mažesnis pjovimo greitis, ir standžios mašinos sąrankos tampa būtinos siekiant išvengti įrankių nusidėvėjimo ir dalių iškraipymo.
Už CNC tekinimas, frezavimas, arba gręžimo operacijos, naudojant tinkamus aušinimo metodus, ypač užliejus aušinimo skystį, padeda išsklaidyti šilumą ir pagerėja drožlių pašalinimas.
Gręžimas stipresnis 4140 sekcijoms dažnai reikalingi įrankiai su kobaltu arba karbidu, o sukietėjusių dalių sriegimas gali būti naudingas sriegio frezavimui arba sriegių formavimui, o ne įprastiniam pjovimo sriegimui.
Suvirinimas
Suvirinimas 4140 plienas reikalauja atsargumo dėl didelio kietėjimo ir įtrūkimo rizikos.
Norėdami sumažinti šias rizikas, primygtinai rekomenduojama iš anksto pašildyti ruošinį – paprastai iki 200–400°C, priklausomai nuo storio.
Išlaikant maždaug 200–300 °C tarplaidų temperatūrą, išvengiama šiluminio šoko ir vandenilio sukelto įtrūkimo.
Po suvirinimo, komponento įtempių mažinimas maždaug 600–650 °C temperatūroje padeda atkurti lankstumą ir sumažinti liekamuosius įtempius.
Mažai vandenilio turintys elektrodai, tokie kaip E8018-B2 arba ER80S-D2, paprastai naudojami užpildams, siekiant užtikrinti suderinamumą ir sumažinti poringumą..
Kritinėse programose, terminis apdorojimas po suvirinimo (Pwht) būtina norint išlaikyti suvirintos zonos vientisumą ir tvirtumą.
Šaltasis ir karštasis formavimas
4140 legiruotasis plienas gali būti šaltai apdirbamas jo atkaitintas, nors didesnis stiprumas, palyginti su mažai anglies turinčiu plienu, riboja jo lankstumą.
Galimi šaltojo formavimo procesai, tokie kaip tempimas ir šveitimas, tačiau jiems reikia didesnių jėgų ir gali atsirasti liekamųjų įtempių, dėl kurių vėliau reikia termiškai apdoroti.
Karštas darbas, įskaitant kalimą ir karštąjį valcavimą, yra palankesnis plienui 4140.
Idealus kalimo temperatūros diapazonas yra nuo 900°C iki 1200°C, su medžiaga, kuri paprastai baigiama aukštesnėje nei 850 °C temperatūroje.
Po karšto formavimo, Norint patobulinti grūdelių struktūrą ir paruošti plieną galutiniam apdirbimui arba terminiam apdorojimui, rekomenduojama atlikti normalizavimą arba atkaitinimą..
7. Atsparumas korozijai 4140 Plienas
Kol 4140 legiruotasis plienas pasižymi mechaniniu stiprumu, jam trūksta būdingo atsparumo korozijai.
Drėgnoje arba jūrinėje aplinkoje, jis lengvai oksiduojasi, jei nėra apsaugotas. Norėdami tam pasipriešinti, paviršiaus apdorojimas, pvz:
- Azotavimas paviršiaus kietėjimui ir atsparumui oksidacijai
- Juodo oksido danga lengvam apsaugai nuo korozijos
- Galvanizavimas arba dažymas didelės drėgmės aplinkoje
8. Bendrosios formos ir standartai
4140 legiruotasis plienas yra įvairių komercinių formų, kad būtų pritaikytas įvairiems pramoniniams tikslams.
Jo prieinamumas yra įvairių formų, kartu su puikiomis mechaninėmis savybėmis ir terminio apdorojimo universalumu, todėl jis yra populiarus tiek standartinių, tiek pagal užsakymą pagamintų komponentų pasirinkimas.
Įprastos formos 4140 Plienas
Gamintojai ir gamintojai gali gauti 4140 įvairių formų plienas, priklausomai nuo numatomo naudojimo ir reikalingo apdorojimo:
- Apvalūs strypai: Dažniausiai naudojamas velenams, Smeigtukai, pavaros, ir tvirtinimo detalės, apvalūs strypai yra viena iš dažniausiai tiekiamų plieno formų 4140 dėl jų universalumo apdirbant ir termiškai apdorojant.
- Plokšti strypai ir lėkštės: Idealiai tinka įrankiams, susidėvintys komponentai, ir konstrukcines dalis, kurioms reikia didelių paviršiaus sąlyčio plotų.
Šios formos taip pat tinkamos pjaustyti liepsna arba apdoroti vandens srove. - Kaltiniai žiedai ir diskai: Naudojamas didelio stiprumo besisukančiose mašinose, pvz., guolių lenktynėse, movos, ir flanšai.
- Tuščiaviduriai strypai ir vamzdžiai: Pageidautina tais atvejais, kai reikia sumažinti svorį išlaikant stiprumą, pvz., hidrauliniai cilindrai ir slėgio turinčios dalys.
- Blokai ir ruošiniai: Tinka apdirbimui pagal užsakymą ir dideliems kaltiniams komponentams. Paprastai jie naudojami štampų gamyboje ir sunkioje pramoninėje įrangoje.
Pramonės standartai ir žymėjimai 4140 Plienas
| Standartinė organizacija | Paskyrimas | Regionas/Šalis | Aprašymas |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Jungtinės Valstijos | Bendroji karšto kalimo anglies ir legiruotojo plieno strypų specifikacija |
| ASTM | ASTM A322 | Jungtinės Valstijos | Mechaniniuose įrenginiuose naudojamų legiruotojo plieno strypų specifikacija |
| ASTM | ASTM A519 | Jungtinės Valstijos | Besiūlių anglies ir legiruotojo plieno mechaninių vamzdžių specifikacija |
SAE |
SAE 4140 | Jungtinės Valstijos | Chromo-molibdeno mažai legiruotas plienas, skirtas automobilių ir inžinerijos reikmėms |
| AISI | AISI 4140 | Jungtinės Valstijos | Dažniausiai naudojamas žymėjimas, suderintas su SAE 4140 |
| Į / Nuo | 1.7225 / 42CrMo4 | Europa / Vokietija | Europos atitikmuo pagal EN 10083 grūdintam ir grūdintam plienui |
| JIS | SCM440 | Japonija | Japoniškas didelio stiprumo legiruoto plieno atitikmuo |
| GB | 42CrMo | Kinija | Kiniškas atitikmuo su panašiomis mechaninėmis savybėmis |
9. Paraiškos 4140 Lydinio plienas
Plienas 4140 yra medžiaga, tinkanti naudoti, kai reikia tvirtumo, Tvirtumas, ir atsparumas dilimui esant nuovargiui ir smūgiams:
- Automobiliai: pavaros, alkūniniai velenai, traukės, ašis
- Aviacijos ir kosmoso: Nusileidimo pavarų komponentai, pavaros
- Aliejus & Dujos: gręžimo antkakliai, hidraulinės ardymo dalys
- Gamyba: įtvarai, miršta, Pelėsiai, įrankių laikikliai
Atvejo analizė: Atliekant lyginamąjį nuovargio testą, plieno 4140 Q.&Pademonstruotas T pavaros velenas 10x gyvenimo trukmė panašaus dizaino pagamintas iš švelnaus plieno, pabrėžiant jo ilgalaikę vertę.
10. Privalumai ir apribojimai 4140 Lydinio plienas
Privalumai:
- Aukštas stiprumas ir svoris santykis struktūrinėms reikmėms
- Puiku atsparumas nusidėvėjimui po sukietėjimo
- Universalus terminis apdorojimas atsakymą
- Lengvai prieinama įvairiomis formomis ir standartais
Apribojimai:
- Netinka korozinę aplinką be paviršiaus apsaugos
- Reikalauja kruopštus suvirinimas praktika, siekiant išvengti įtrūkimų
- Didesnės išlaidos ir sudėtingesnis nei paprastas anglinis plienas
11. Išvada
4140 legiruotasis plienas siūlo įtikinamą mechaninio stiprumo derinį, Tvirtumas, ir atsparumas dėvėjimams, todėl jis yra būtinas našumui svarbiose inžinerinėse programose.
Tinkamai termiškai apdorojus ir apsaugojus, jis užtikrina išskirtinį tarnavimo laiką sudėtingomis eksploatavimo sąlygomis.
Nesvarbu, ar aviacija, energija, arba įrankių komponentus, medžiaga 4140 plienas išlieka viena patikimiausių ir labiausiai tinkamų šiuolaikinės gamybos medžiagų.
Inžinieriai, kurie supranta jo elgesį ir apdorojimo reikalavimus, gali visiškai išnaudoti jo potencialą.
Tai yra puikus pasirinkimas jūsų gamybos poreikiams, jei jums reikia aukštos kokybės 4140 plieninės dalys.
