1. Ievads
4140 tērauds ir mazleģēts hroma-molibdēna tērauds.
Tas piedāvā lielisku spēka kombināciju, izturība, un nodiluma pretestība, padarot to par ideālu kandidātu prasīgiem rūpnieciskiem lietojumiem.
Šis raksts pēta 4140 leģētais tērauds no vairākiem tehniskiem aspektiem, ieskaitot tā ķīmisko sastāvu, mehāniska uzvedība, termiskās apstrādes reakcija, mašīnīgums, korozijas veiktspēja, un parastiem lietojumiem.
2. Ķīmiskais sastāvs 4140 Leģētais tērauds
Unikāls sniegums 4140 leģētais tērauds rodas no rūpīgi kontrolēta ķīmiskā sastāva:
| Elements | Svars % | Loma tērauda īpašībās |
|---|---|---|
| Ogleklis (C) | 0.38–0,43 | Uzlabo izturību un rūdāmību |
| Hroms (Krekls) | 0.8–1.1 | Uzlabo cietību, nodilums pretestība, un korozija |
| Mangāns (Nojaukšanās) | 0.75–1,0 | Paaugstina stingrību un deoksidāciju |
| Molibdēns (Noplūde) | 0.15–0,25 | Uzlabo šļūdes pretestību un sacietēšanas dziļumu |
| Silīcijs (Un) | 0.15–0,35 | Palielina izturību, nedaudz uzlabo stingrību |
| Fosfors (Pūtīt) | ≤ 0.035 | Parasti tiek samazināts līdz minimumam, lai samazinātu trauslumu |
| Sērs (S) | ≤ 0.04 | Pievienots apstrādājamībai, bet var samazināt stingrību |
Salīdzinot ar līdzīgiem sakausējumiem, piemēram 4130 (zemāks oglekļa daudzums) un 4340 (augstāks niķelis), 4140 līdzsvaro izturību un apstrādājamību, padarot to par praktisku un rentablu risinājumu daudziem strukturāliem lietojumiem.
3. Fizikālās īpašības 4140 Tērauds
| Īpašums | Vērtība | Vienība | Piezīmes |
|---|---|---|---|
| Blīvums | 7.85 | G/cm³ | Tipiski mazleģētiem tēraudiem |
| Elastības modulis (E) | ~205 | GPA | Spriegojuma un kompresijas stīvums |
| Bīdes modulis (Gan) | ~ 80 | GPA | Noderīga vērpes pielietojumam |
| Puasona koeficients | 0.27–0.30 | - | Šķērsvirziena deformācijas attiecība pret aksiālo deformāciju |
| Siltumvadītspēja | 42.6 | Ar m/m · k | Pie 100 ° C; nedaudz samazinās līdz ar augstāku temperatūru |
| Īpaša siltuma jauda | 475 | J/kg · k | Aptuveni istabas temperatūrā |
| Elektriskā pretestība | 205 | nΩ·m (nano-omu metri) | Augstāks par tīru dzelzi; zema vadītspēja salīdzinājumā ar varu |
| Termiskās izplešanās koeficients | ~12.0 | µm/m·K (20-100°C diapazonā) | Svarīgi, izstrādājot termisko ciklu vai izmēru stabilitāti |
| Kušanas punkts | 1416-1471 | ° C | Šaurāks diapazons sakausējuma elementu dēļ |
4. Mehāniskās īpašības 4140 Tērauds
Aisi 4140 ir daudzpusīgs hroma-molibdēna sakausējuma tērauds, kas pazīstams ar savu lielisko mehānisko izturību, izturība, un noguruma izturība.
Šīs 4140 tērauda īpašības var ievērojami atšķirties atkarībā no to termiskās apstrādes stāvokļa (Piem., rūdīts, normalizēts, dzēsta, vai rūdīts).
Mehānisko īpašību tabula
| Īpašums | Atkvēlināts | Nodzēsts & Rūdīts (Ņurds&T) | Vienība | Piezīmes |
|---|---|---|---|---|
| Peļņas izturība | ~655 MPa | Līdz 1,600 MPA | MPA (megapaskāli) | Ņurds&T ievērojami uzlabo spēku |
| ~95 ksi | ~232 ksi | ksi (impērijas) | ||
| Stiepes izturība | 850-1000 MPa | 1,000-1100 MPa | MPA | Tipisks diapazons pēc dažādām termiskām apstrādēm |
| 123–145 ksi | 145-160 ksi | ksi | ||
| Pagarinājums pārtraukumā | 25–30% | 12-18% | % | Augstāka elastība atkausētā stāvoklī |
| Samazinājums apgabalā | ~50% | ~45% | % | Elastības un formējamības rādītājs |
| Cietība (Rokvels C) | 18-28 HRC | Līdz 50–55 HRC | HRC | Ļoti labi reaģē uz rūdīšanu un rūdīšanu |
| Šarpi V veida roba izturība | >54 Jūti (rūdīts) | 20-35 J (Ņurds&T pie augstas cietības) | Džūli | Veiktspēja triecienslodzes lietojumos |
| Noguruma spēks (Izturības robeža) | ~420 MPa | Līdz 700 MPA | MPA | Atkarīgs no virsmas apdares un iekraušanas cikliem |
| Elastības modulis (E) | ~205 GPa | - | GPA | Stīvums paliek nemainīgs visos apstākļos |
5. Termiskās apstrādes uzvedība 4140 Leģētais tērauds
Aisi 4140 leģētais tērauds ļoti labi reaģē uz dažādiem termiskās apstrādes procesiem, ļaujot tai sasniegt plašu mehānisko īpašību spektru, kas pielāgots konkrētiem inženiertehniskiem lietojumiem.
Tā hroma un molibdēna saturs uzlabo tā sacietēšanu, padarot to īpaši piemērotu rūdīšanas un rūdīšanas operācijām.
Parastie termiskās apstrādes procesi
| Apstrādāt | Tipisks temperatūras diapazons (° C) | Mērķis |
|---|---|---|
| Rūdīšana | 760-790°C | Precizējiet graudu struktūru, mīkstina tēraudu, Uzlabo apstrādājamību |
| Normalizēšana | 870-900°C | Palielina viendabīgumu, uzlabo struktūru, uzlabo mehānisko konsistenci |
| Rūdīšana | ~845–875°C, kam seko eļļas/ūdens/polimēra dzēšana | Izgatavo martensīta struktūru augstai cietībai un stiprībai |
| Rūdījums | 400–650 ° C (pēcdzesēšana) | Regulē cietību, mazina iekšējo stresu, Uzlabo elastību & izturība |
| Austrumu rūdīšana | Atdzesē līdz 260-400°C, turiet līdz transformācijai | Izveido bainītisku struktūru, samazina kropļojumus, līdzsvaro spēku-stingrību |
6. Apstrādājamība un izgatavošana 4140 Tērauds
Mašīnīgums
Materiāls 4140 tēraudam ir mērena apstrādājamība atkvēlinātā stāvoklī, un tas kļūst grūtāks, palielinoties cietībai.
Atkausētā stāvoklī (parasti ap 18–22 HRC), to var apstrādāt ar ātrgaitas tērauda vai karbīda instrumentiem, nodrošina labu virsmas apdari un pieņemamu instrumenta kalpošanas laiku.
Lai arī, kad tērauds ir rūdīts un rūdīts līdz augstākam cietības līmenim (piemēram, 30–50 HRC), tā apstrādājamība samazinās.
Šajā posmā, karbīda instrumenti, mazāks griešanas ātrums, un stingri mašīnas iestatījumi kļūst būtiski svarīgi, lai izvairītos no instrumentu nodiluma un detaļu deformācijas.
Par CNC virpošana, frizēšana, vai urbšanas operācijas, izmantojot piemērotas dzesēšanas metodes, jo īpaši dzesēšanas šķidruma applūšanu, palīdz izkliedēt siltumu un uzlabo skaidu izvadīšanu.
Stingrāk urbt 4140 sekcijām bieži ir nepieciešami instrumenti ar kobalta vai karbīda galiem, savukārt rūdītu detaļu vītņošana var gūt labumu no vītnes frēzēšanas vai tapšanas, nevis parasto griešanas tapu.
Metināšana
Metināšana 4140 tērauds prasa piesardzību tā augstās cietības un plaisāšanas riska dēļ.
Lai mazinātu šos riskus, ļoti ieteicams iepriekš uzsildīt apstrādājamo priekšmetu – parasti līdz 200–400°C atkarībā no biezuma..
Temperatūras uzturēšana starp caurlaidēm ap 200–300°C palīdz novērst termisko šoku un ūdeņraža izraisītu plaisāšanu.
Pēc metināšanas, komponenta spriedzes mazināšana aptuveni 600–650°C temperatūrā palīdz atjaunot elastību un samazināt atlikušo spriegumu.
Elektrodi ar zemu ūdeņraža saturu, piemēram, E8018-B2 vai ER80S-D2, parasti tiek izmantoti pildījumam, lai nodrošinātu savietojamību un samazinātu porainību..
Kritiskās lietojumprogrammās, termiskā apstrāde pēc metināšanas (Phwht) ir nepieciešams, lai saglabātu metinātās zonas integritāti un stingrību.
Aukstā un karstā formēšana
4140 leģēto tēraudu var auksti apstrādāt tā atkausētā stāvoklī, lai gan tā lielāka izturība salīdzinājumā ar zema oglekļa satura tēraudiem ierobežo tā elastību.
Aukstās formēšanas procesi, piemēram, vilkšana un švīkošana, ir iespējami, taču tiem ir vajadzīgi lielāki spēki, un tie var izraisīt atlikušo spriegumu, kam nepieciešama turpmāka termiskā apstrāde..
Karsts darbs, ieskaitot kalšanu un karsto velmēšanu, ir labvēlīgāks tēraudam 4140.
Ideāls kalšanas temperatūras diapazons ir no 900°C līdz 1200°C, ar materiālu, kas parasti tiek apstrādāts virs 850°C.
Pēc karstās formēšanas, ir ieteicama normalizēšana vai atkausēšana, lai uzlabotu graudu struktūru un sagatavotu tēraudu galīgai apstrādei vai termiskai apstrādei.
7. Izturība pret koroziju 4140 Tērauds
Kamēr 4140 leģētais tērauds izceļas ar mehānisko izturību, tai trūkst raksturīgās izturības pret koroziju.
Mitrā vai jūras vidē, tas viegli oksidējas, ja vien nav aizsargāts. Lai to novērstu, virsmas apstrāde, piemēram,:
- Nitrēšana virsmas sacietēšanai un oksidācijas izturībai
- Melns oksīda pārklājums vieglai aizsardzībai pret koroziju
- Galvanizācija vai krāsošana augsta mitruma vidēs
8. Kopējās veidlapas un standarti
4140 leģētais tērauds ir pieejams dažādās komerciālajās formās, lai pielāgotos dažādiem rūpnieciskiem lietojumiem.
Tās pieejamība dažādās formās, apvienojumā ar izcilajām mehāniskajām īpašībām un termiskās apstrādes daudzpusību, padara to par populāru izvēli gan standarta, gan pēc pasūtījuma izgatavotām sastāvdaļām.
Izplatītās formas 4140 Tērauds
Ražotāji un ražotāji var iegūt 4140 tērauds dažādās formās, atkarībā no paredzētā lietojuma un nepieciešamās apstrādes:
- Apaļie stieņi: Parasti izmanto vārpstām, tapas, pārnesumi, un stiprinājumi, apaļie stieņi ir viens no visbiežāk piegādātajiem tērauda veidiem 4140 to daudzpusības dēļ mehāniskajā apstrādē un termiskajā apstrādē.
- Plakanie stieņi un šķīvji: Ideāli piemērots instrumentiem, nodiluma sastāvdaļas, un konstrukcijas daļas, kurām nepieciešama liela virsmas saskares zona.
Šīs formas ir piemērotas arī griešanai ar liesmu vai apstrādei ar ūdens strūklu. - Kalti gredzeni un diski: Izmanto augstas stiprības rotējošās iekārtās, piemēram, gultņu sacīkstēs, sakabes, un atloki.
- Dobi stieņi un caurules: Ieteicams lietojumos, kas prasa svara samazināšanu, vienlaikus saglabājot izturību, piemēram, hidrauliskie cilindri un spiedienu saturošas daļas.
- Bloki un sagataves: Piemērots individuālai apstrādei un lieliem kaltiem komponentiem. Tos parasti izmanto presformu izgatavošanā un smagajās rūpnieciskajās iekārtās.
Nozares standarti un apzīmējumi 4140 Tērauds
| Standarta organizācija | Apzīmējums | Reģions/valsts | Apraksts |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Amerikas Savienotās Valstis | Vispārīga specifikācija karsti kaltiem oglekļa un leģētā tērauda stieņiem |
| ASTM | ASTM A322 | Amerikas Savienotās Valstis | Specifikācija leģētā tērauda stieņiem, ko izmanto mehāniskos lietojumos |
| ASTM | ASTM A519 | Amerikas Savienotās Valstis | Specifikācija bezšuvju oglekļa un leģētā tērauda mehāniskajām caurulēm |
SAE |
SAE 4140 | Amerikas Savienotās Valstis | Mazleģēts hroma-molibdēna tērauds automobiļu un inženierijas vajadzībām |
| Aisi | Aisi 4140 | Amerikas Savienotās Valstis | Bieži lietots apzīmējums, kas saskaņots ar SAE 4140 |
| Iekšā / No | 1.7225 / 42CrMo4 | Eiropa / Vācija | Eiropas ekvivalents saskaņā ar EN 10083 rūdīšanai un atlaidināšanai tēraudiem |
| Viņš | SCM440 | Japāna | Japāņu ekvivalents augstas stiprības leģētajam tēraudam |
| GB | 42CrMo | Ķīna | Ķīniešu ekvivalents ar līdzīgām mehāniskām īpašībām |
9. Pieteikšanās 4140 Leģētais tērauds
Tērauds 4140 ir populārs materiāls lietojumos, kuriem nepieciešama izturība, izturība, un nodilumizturība zem noguruma un trieciena slodzes:
- Autobūves: pārnesumi, kloķvārpstas, stieņi, asis
- Avi kosmosa: šasijas sastāvdaļas, izpildmehānismi
- Eļļas & Gāze: urbju apkakles, hidrauliskās lūzuma daļas
- Ražošana: serdeņi, mirst, veidnes, instrumentu turētāji
Gadījuma izpēte: Salīdzinošā noguruma testā, tērauds 4140 Ņurds&Demonstrēta T zobrata vārpsta 10x kalpošanas laiks līdzīga konstrukcija izgatavota no viegla tērauda, uzsverot tā ilgtermiņa vērtību.
10. Priekšrocības un ierobežojumi 4140 Leģētais tērauds
Priekšrocības:
- Augsts izturība pret svaru attiecība strukturālajiem lietojumiem
- Lielisks nodilums pretestība pēc sacietēšanas
- Daudzpusīga termiskā apstrāde atbildi
- Viegli pieejams vairākos veidos un standartos
Ierobežojumi:
- Nav piemērots korozīvā vidē bez virsmas aizsardzības
- Prasīt rūpīga metināšana prakse, lai izvairītos no plaisāšanas
- Augstākas izmaksas un sarežģītība nekā parastajiem oglekļa tēraudiem
11. Secinājums
4140 leģētais tērauds piedāvā pārliecinošu mehāniskās izturības sajaukumu, izturība, un nodiluma pretestība, padarot to par neaizstājamu veiktspējai kritiskos inženiertehniskos lietojumos.
Pareizi termiski apstrādājot un aizsargājot, tas nodrošina izcilu kalpošanas laiku prasīgos ekspluatācijas apstākļos.
Vai aviācijai, enerģija, vai instrumentu sastāvdaļas, materiāls 4140 tērauds joprojām ir viens no uzticamākajiem un efektīvākajiem materiāliem mūsdienu ražošanā.
Inženieri, kas saprot tā darbību un apstrādes prasības, var pilnībā izmantot tā potenciālu.
Šis ir ideāla izvēle jūsu ražošanas vajadzībām, ja jums nepieciešama augstas kvalitātes 4140 tērauda detaļas.
