1. Pengenalan
4140 Keluli adalah keluli kromium-molybdenum rendah aloi.
Ia menawarkan gabungan kekuatan yang sangat baik, ketangguhan, dan memakai rintangan, menjadikannya calon yang ideal untuk menuntut aplikasi perindustrian.
Artikel ini meneroka 4140 keluli aloi dari pelbagai perspektif teknikal, termasuk komposisi kimianya, tingkah laku mekanikal, tindak balas rawatan haba, kebolehkerjaan, prestasi kakisan, dan kegunaan biasa.
2. Komposisi kimia 4140 Keluli aloi
Prestasi unik dari 4140 keluli aloi berasal dari komposisi kimia yang dikawal dengan teliti:
| Elemen | Berat % | Peranan dalam sifat keluli |
|---|---|---|
| Karbon (C) | 0.38-0.43 | Meningkatkan kekuatan dan kebolehkerjaan |
| Chromium (Cr) | 0.8-1.1 | Meningkatkan kekerasan, Pakai rintangan, dan kakisan |
| Mangan (Mn) | 0.75-1.0 | Meningkatkan ketangguhan dan deoksidasi |
| Molybdenum (Mo) | 0.15-0.25 | Meningkatkan ketahanan dan kedalaman pengerasan |
| Silikon (Dan) | 0.15-0.35 | Meningkatkan kekuatan, meningkatkan ketangguhan sedikit |
| Fosforus (P) | ≤ 0.035 | Biasanya diminimumkan untuk mengurangkan pelemalan |
| Sulfur (S) | ≤ 0.04 | Ditambah untuk kebolehkerjaan tetapi dapat mengurangkan ketangguhan |
Berbanding dengan aloi serupa seperti 4130 (karbon yang lebih rendah) dan 4340 (Nikel yang lebih tinggi), 4140 Mengimbangi kekuatan dan kebolehkerjaan, menjadikannya penyelesaian praktikal dan kos efektif untuk banyak aplikasi struktur.
3. Sifat fizikal 4140 Keluli
| Harta | Nilai | Unit | Nota |
|---|---|---|---|
| Ketumpatan | 7.85 | g/cm³ | Khas untuk keluli aloi rendah |
| Modulus keanjalan (E) | ~ 205 | GPA | Kekakuan ketegangan dan mampatan |
| Modulus ricih (G) | ~ 80 | GPA | Berguna untuk aplikasi kilasan |
| Nisbah Poisson | 0.27-0.30 | - | Nisbah ketegangan melintang ke ketegangan paksi |
| Kekonduksian terma | 42.6 | W/m · k | Pada 100 ° C.; berkurangan sedikit dengan suhu yang lebih tinggi |
| Kapasiti haba tertentu | 475 | J/kg · k | Anggaran pada suhu bilik |
| Resistiviti elektrik | 205 | nΩ · m (Nano-ohm meter) | Lebih tinggi daripada besi tulen; kekonduksian yang rendah berbanding tembaga |
| Pekali pengembangan haba | ~ 12.0 | μm/m · k (20-100 ° C) | Penting dalam merancang untuk berbasikal haba atau kestabilan dimensi |
| Titik lebur | 1416-1471 | ° C. | Julat sempit kerana elemen aloi |
4. Sifat mekanikal 4140 Keluli
Aisi 4140 adalah keluli aloi kromium-molybdenum serba boleh yang dikenali dengan kekuatan mekanikal yang sangat baik, ketangguhan, dan rintangan keletihan.
Ini 4140 Sifat keluli boleh berbeza -beza bergantung kepada keadaan rawatan haba mereka (Mis., Annealed, dinormalisasi, dipadamkan, atau marah).
Jadual sifat mekanikal
| Harta | Annealed | Dipadamkan & Marah (Q&T) | Unit | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Kekuatan hasil | ~ 655 MPa | Hingga 1,600 MPA | MPA (megapascals) | Q&T meningkatkan kekuatan dengan ketara |
| ~ 95 ksi | ~ 232 ksi | ksi (Imperial) | ||
| Kekuatan tegangan | 850-1,000 MPa | 1,000-1,100 MPa | MPA | Julat biasa selepas pelbagai rawatan haba |
| 123-145 ksi | 145-160 ksi | ksi | ||
| Pemanjangan pada rehat | 25-30% | 12-18% | % | Kemuluran yang lebih tinggi di Negeri Annealed |
| Pengurangan kawasan | ~ 50% | ~ 45% | % | Penunjuk kemuluran dan kebolehbaburan |
| Kekerasan (Rockwell c) | 18-28 HRC | Hingga 50-55 HRC | HRC | Sangat responsif terhadap pelindapkejutan dan pembiakan |
| Charpy v-notch ketahanan | >54 J (Annealed) | 20-35 j (Q&T pada kekerasan yang tinggi) | Joules | Prestasi dalam aplikasi pemuatan kesan |
| Kekuatan keletihan (Had ketahanan) | ~ 420 MPa | Hingga 700 MPA | MPA | Bergantung pada kemasan permukaan dan memuatkan kitaran |
| Modulus keanjalan (E) | ~ 205 GPa | - | GPA | Kekakuan tetap berterusan merentasi keadaan |
5. Tingkah laku rawatan haba 4140 Keluli aloi
Aisi 4140 Keluli aloi sangat responsif terhadap pelbagai proses rawatan haba, Membenarkannya mencapai spektrum luas sifat mekanikal yang disesuaikan dengan aplikasi kejuruteraan tertentu.
Kandungan kromium dan molibdenumnya meningkatkan kebolehkerjaannya, menjadikannya sangat sesuai untuk operasi pelindapkejutan dan pembiakan.
Proses rawatan haba yang biasa
| Proses | Julat suhu biasa (° C.) | Tujuan |
|---|---|---|
| Penyepuhlindapan | 760-790 ° C. | Menapis struktur bijirin, Melembutkan keluli, Meningkatkan kebolehkerjaan |
| Menormalkan | 870-900 ° C. | Meningkatkan keseragaman, Struktur Refines, Meningkatkan konsistensi mekanikal |
| Pelindapkejutan | ~ 845-875 ° C., diikuti oleh minyak/air/polimer | Menghasilkan struktur martensit untuk kekerasan dan kekuatan yang tinggi |
| Pembiakan | 400-650 ° C. (Post-Quench) | Menyesuaikan kekerasan, melegakan tekanan dalaman, Meningkatkan kemuluran & ketangguhan |
| Pembasmian Timur | Quench hingga 260-400 ° C., tahan sehingga transformasi | Menghasilkan struktur bainit, Mengurangkan distorsi, Mengimbangi kekuatan-ketegangan |
6. Kebolehkerjaan dan fabrikasi 4140 Keluli
Kebolehkerjaan
Bahan 4140 Keluli mempamerkan kebolehkerjaan yang sederhana di keadaannya yang anil dan menjadi lebih mencabar apabila kekerasan meningkat.
Dalam keadaan annealed (biasanya sekitar 18-22 HRC), ia boleh dimesin dengan keluli berkelajuan tinggi atau alat karbida, menghasilkan kemasan permukaan yang baik dan kehidupan alat yang boleh diterima.
Walau bagaimanapun, Sebaik sahaja keluli dipadamkan dan marah kepada tahap kekerasan yang lebih tinggi (seperti 30-50 HRC), kebolehkerjaannya berkurangan.
Pada peringkat ini, Alat karbida, kelajuan pemotongan yang lebih rendah, dan persediaan mesin tegar menjadi penting untuk mengelakkan alat dan herotan sebahagiannya.
Untuk CNC beralih, penggilingan, atau operasi penggerudian, Menggunakan kaedah penyejukan yang betul -terutamanya penyejuk banjir -membantu menghilangkan haba dan meningkatkan pemindahan cip.
Penggerudian lebih keras 4140 Bahagian sering memerlukan alat kobalt atau karbida, Semasa mengetuk bahagian keras boleh mendapat manfaat daripada penggilingan benang atau membentuk paip daripada keran pemotongan konvensional.
Kimpalan
Kimpalan 4140 keluli memerlukan berhati -hati kerana kebolehkerasan dan risiko retak yang tinggi.
Untuk mengurangkan risiko ini, memanaskan bahan kerja -tipikal hingga 200-400 ° C bergantung kepada ketebalan -sangat disyorkan.
Mengekalkan suhu interpass sekitar 200-300 ° C membantu mencegah kejutan haba dan retak yang disebabkan oleh hidrogen.
Selepas kimpalan, Menegaskan tekanan komponen pada kira-kira 600-650 ° C membantu memulihkan kemuluran dan mengurangkan tekanan sisa.
Elektrod hidrogen rendah seperti E8018-B2 atau ER80S-D2 biasanya digunakan untuk bahan pengisi untuk memastikan keserasian dan mengurangkan keliangan.
Dalam aplikasi kritikal, Rawatan haba pasca kimpalan (Pwht) adalah perlu untuk mengekalkan integriti dan ketangguhan zon dikimpal.
Pembentukan sejuk dan panas
4140 keluli aloi boleh menjadi sejuk bekerja dalam keadaan anilnya, Walaupun kekuatannya yang lebih tinggi berbanding dengan keluli karbon rendah mengehadkan kemulurannya.
Proses pembentukan sejuk seperti lukisan dan penggambaran mungkin tetapi memerlukan daya yang lebih tinggi dan boleh menyebabkan tekanan sisa yang memerlukan rawatan haba berikutnya.
Kerja panas, termasuk penempaan dan rolling panas, lebih baik untuk keluli 4140.
Julat suhu penempaan yang ideal adalah antara 900 ° C dan 1200 ° C, dengan bahan biasanya selesai melebihi 850 ° C.
Selepas pembentukan panas, Normalisasi atau Penyepuh disyorkan untuk memperbaiki struktur bijirin dan menyediakan keluli untuk pemesinan akhir atau rawatan haba.
7. Rintangan kakisan 4140 Keluli
Manakala 4140 Alloy Steel cemerlang dalam kekuatan mekanikal, ia tidak mempunyai rintangan kakisan yang melekat.
Dalam persekitaran lembap atau laut, ia dengan mudah mengoksidakan kecuali dilindungi. Untuk melawan ini, rawatan permukaan seperti:
- Nitriding untuk pengerasan permukaan dan rintangan pengoksidaan
- Salutan oksida hitam untuk perlindungan kakisan ringan
- Elektroplating atau lukisan dalam persekitaran yang tinggi
8. Bentuk dan piawaian biasa
4140 Alloy Steel boleh didapati dalam pelbagai bentuk komersial untuk menampung pelbagai aplikasi perindustrian.
Ketersediaannya dalam pelbagai bentuk, digabungkan dengan sifat mekanikal yang sangat baik dan fleksibiliti rawatan haba, menjadikannya pilihan yang popular di kedua-dua komponen standard dan adat.
Bentuk umum 4140 Keluli
Pengeluar dan fabrikasi boleh diperoleh 4140 keluli dalam pelbagai bentuk, bergantung pada penggunaan yang dimaksudkan dan pemprosesan yang diperlukan:
- Bar bulat: Biasa digunakan untuk aci, pin, gear, dan pengikat, Bar bulat adalah salah satu bentuk keluli yang paling kerap dibekalkan 4140 kerana fleksibiliti mereka dalam pemesinan dan rawatan haba.
- Bar rata dan pinggan: Sesuai untuk perkakas, Pakai komponen, dan bahagian struktur yang memerlukan kawasan hubungan permukaan yang besar.
Bentuk ini juga sesuai untuk pemotongan api atau pemprosesan jet air. - Cincin dan cakera palsu: Digunakan dalam jentera berputar kekuatan tinggi seperti kaum galas, gandingan, dan bebibir.
- Bar dan tiub kosong: Lebih disukai dalam aplikasi yang menuntut pengurangan berat badan sambil mengekalkan kekuatan, seperti silinder hidraulik dan bahagian yang mengandungi tekanan.
- Blok dan Billet: Sesuai untuk pemesinan tersuai dan komponen palsu. Ini biasanya digunakan dalam peralatan perindustrian yang mati dan berat.
Piawaian dan jawatan industri untuk 4140 Keluli
| Organisasi Standard | Penetapan | Wilayah/negara | Penerangan |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Amerika Syarikat | Spesifikasi Umum untuk bar karbon dan keluli aloi panas |
| ASTM | ASTM A322 | Amerika Syarikat | Spesifikasi untuk bar keluli aloi yang digunakan dalam aplikasi mekanikal |
| ASTM | ASTM A519 | Amerika Syarikat | Spesifikasi untuk tiub mekanikal keluli karbon dan aloi lancar |
SAE |
SAE 4140 | Amerika Syarikat | Keluli aloi rendah kromium-molibdenum untuk aplikasi automotif dan kejuruteraan |
| Aisi | Aisi 4140 | Amerika Syarikat | Jawatan yang biasa digunakan sejajar dengan SAE 4140 |
| Dalam / Dari | 1.7225 / 42CRMO4 | Eropah / Jerman | Bersamaan Eropah di bawah en 10083 untuk keluli pelepasan dan marah |
| Dia | SCM440 | Jepun | Bersamaan Jepun untuk keluli aloi kekuatan tinggi |
| GB | 42Crmo | China | Bersamaan dengan Cina dengan sifat mekanikal yang serupa |
9. Aplikasi 4140 Keluli aloi
Keluli 4140 adalah bahan yang diperlukan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan, ketangguhan, dan memakai rintangan di bawah keletihan dan pemuatan kejutan:
- Automotif: gear, Crankshafts, Tali batang, gandar
- Aeroangkasa: Komponen gear pendaratan, penggerak
- Minyak & Gas: Kerajinan gerudi, bahagian fraktur hidraulik
- Pembuatan: mandrels, mati, acuan, pemegang alat
Kajian kes: Dalam ujian keletihan perbandingan, keluli 4140 Q&Aci gear t ditunjukkan 10x jangka hayat reka bentuk serupa yang diperbuat daripada keluli ringan, menonjolkan nilai jangka panjangnya.
10. Kelebihan dan batasan 4140 Keluli aloi
Kelebihan:
- Tinggi Kekuatan-ke-berat Nisbah untuk aplikasi struktur
- Cemerlang Pakai rintangan selepas mengeras
- Rawatan haba yang serba boleh respons
- Tersedia dalam pelbagai bentuk dan piawaian
Batasan:
- Tidak sesuai untuk Persekitaran yang menghakis tanpa perlindungan permukaan
- Memerlukan kimpalan berhati -hati amalan untuk mengelakkan retak
- Kos yang lebih tinggi dan kerumitan daripada keluli karbon biasa
11. Kesimpulan
4140 Alloy Steel menawarkan gabungan kekuatan mekanikal yang menarik, ketangguhan, dan memakai rintangan, menjadikannya sangat diperlukan dalam aplikasi kejuruteraan prestasi prestasi.
Apabila dirawat dengan betul dan dilindungi, Ia memberikan hayat perkhidmatan yang luar biasa di bawah keadaan operasi yang menuntut.
Sama ada untuk aeroangkasa, tenaga, atau komponen perkakas, bahan 4140 Keluli kekal sebagai salah satu bahan yang paling dipercayai dan mampu dalam pembuatan moden.
Jurutera yang memahami tingkah laku dan keperluan pemprosesannya dapat memanfaatkan sepenuhnya potensinya.
Ini adalah pilihan yang sesuai untuk keperluan pembuatan anda jika anda memerlukan berkualiti tinggi 4140 Bahagian keluli.
