1. Введение
4140 Сталь представляет собой низкопластную хромо-молибденовую сталь.
Он предлагает отличное сочетание силы, прочность, и износостойкость, сделать его идеальным кандидатом на требование промышленного применения.
Эта статья исследует 4140 Сплав Сталь с нескольких технических перспектив, включая его химический состав, механическое поведение, Ответ термической обработки, обрабатываемость, Коррозионная производительность, и общее использование.
2. Химический состав 4140 Легированная сталь
Уникальное исполнение 4140 легированная сталь происходит из его тщательно контролируемого химического состава:
| Элемент | Масса % | Роль в стальных свойствах |
|---|---|---|
| Углерод (С) | 0.38–0.43 | Повышает силу и укрепление |
| Хром (Кр) | 0.8–1.1 | Улучшает твердость, износостойкость, и коррозия |
| Марганец (Мин.) | 0.75–1.0 | Повышает прочность и окисление |
| Молибден (Мо) | 0.15–0.25 | Повышает сопротивление ползучести и глубину упрочнения |
| Кремний (И) | 0.15–0.35 | Увеличивает силу, Слегка улучшает прочность |
| Фосфор (П) | ≤ 0.035 | Обычно минимизируется, чтобы уменьшить охлаждение |
| сера (С) | ≤ 0.04 | Добавлен для механизма, но может снизить прочность |
По сравнению с похожими сплавами, как 4130 (нижний углерод) и 4340 (Высший никель), 4140 Уравновешивает прочность и механизм, Сделать его практическим и экономически эффективным решением для многих структурных применений.
3. Физические свойства 4140 Сталь
| Свойство | Ценить | Единица | Примечания |
|---|---|---|---|
| Плотность | 7.85 | г/см³ | Типично для низкопластных сталей |
| Модуль упругости (Э) | ~ 205 | ГПа | Жесткость в растяжении и сжатии |
| Модуль сдвига (Г) | ~ 80 | ГПа | Полезно для применений кручения |
| Коэффициент Пуассона | 0.27–0.30 | – | Отношение поперечного деформации к осевой деформации |
| Теплопроводность | 42.6 | Вт/м·К | В 100 °С; немного уменьшается с более высокими температурами |
| Удельная теплоемкость | 475 | Дж/кг·К | Приблизительно при комнатной температуре |
| Электрическое сопротивление | 205 | nω · m (наноо-ом-метры) | Выше чистого железа; Низкая проводимость по сравнению с меди |
| Коэффициент теплового расширения | ~ 12.0 | мкм/м · к (20–100 ° C.) | Важно в проектировании термического велосипеда или размерной стабильности |
| Точка плавления | 1416–1471 | °С | Более узкий диапазон из -за легирования элементов |
4. Механические свойства 4140 Сталь
АИСИ 4140 является универсальной хром-молибденовой сплавной стали, известной своей превосходной механической прочностью, прочность, и усталостная стойкость.
Эти 4140 Стальные свойства могут значительно варьироваться в зависимости от их термообработки (например, отожженный, нормализован, закаленный, или закален).
Механические свойства таблица
| Свойство | Отожженный | Утомил & Закален (вопрос&Т) | Единица | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Предел текучести | ~ 655 МПа | До 1,600 МПа | МПа (мегапаскали) | вопрос&Т значительно улучшает силу |
| ~ 95 кв | ~ 232 KSI | кси (имперский) | ||
| Предел прочности | 850–1000 МПа | 1,000–1,100 МПа | МПа | Типичный диапазон после различных тепловых обработок |
| 123–145 ксюй | 145–160 ксюй на | кси | ||
| Удлинение при разрыве | 25–30% | 12–18% | % | Более высокая пластичность в отожженном состоянии |
| Сокращение площади | ~ 50% | ~ 45% | % | Индикатор пластичности и формируемости |
| Твердость (Роквелл c) | 18–28 HRC | До 50–55 HRC | СПЧ | Очень отзывчивый на гашение и отпуск |
| Чарпи v-Notch Corgeness | >54 Дж (отожженный) | 20–35 J. (вопрос&Т на высокой твердости) | Джоулз | Производительность в приложениях для загрузки ударов |
| Усталостная прочность (Предел выносливости) | ~ 420 МПа | До 700 МПа | МПа | В зависимости от циклов поверхности и нагрузки |
| Модуль упругости (Э) | ~ 205 ГПа | – | ГПа | Жесткость остается постоянной в разных условиях |
5. Термообработка 4140 Легированная сталь
АИСИ 4140 Сплава Сталь очень реагирует на различные процессы термической обработки, позволяя ему достичь широкого спектра механических свойств, адаптированных к конкретным инженерным приложениям.
Его содержание хрома и молибдена усиливает его укрепление, Сделать его особенно подходящим для операций по гашению и отпусканию.
Общие процессы тепловой обработки
| Процесс | Типичный диапазон температуры (°С) | Цель |
|---|---|---|
| Отжиг | 760–790 ° C. | Уточняет структуру зерна, смягчает сталь, улучшает механизм |
| Нормализация | 870–900 ° C. | Увеличивает однородность, Уточняет структуру, Увеличивает механическую консистенцию |
| закалка | ~ 845–875 ° C., с последующим гашн | Производит мартенситную структуру для высокой твердости и силы |
| Закалка | 400–650°С (пост-накопление) | Корректирует твердость, снимает внутренний стресс, улучшает пластичность & прочность |
| Восточный отпуск | Утолить до 260–400 ° C., Держите до трансформации | Производит байнитную структуру, уменьшает искажение, уравновешивает силу |
6. Механизм и изготовление 4140 Сталь
Обрабатываемость
Материал 4140 Сталь демонстрирует умеренную обработку в его отожженном состоянии и становится более сложной, поскольку жесткость увеличивается.
В отожженном состоянии (Обычно около 18–22 HRC), Он может быть обработан с высокоскоростными стальными или карбидными инструментами, Получение хорошей поверхностной отделки и приемлемого срока службы инструмента.
Однако, После того, как сталь утолена и смягчена до более высоких уровней твердости (такие как 30–50 HRC), Его механизм уменьшается.
На этом этапе, карбид инструментов, более низкие скорости резки, и жесткие настройки машины становятся необходимыми, чтобы избежать износа инструмента и искажения деталей.
Для Токарная обработка с ЧПУ, фрезерование, или буровые операции, Используя правильные методы охлаждения - особенно наводнение охлаждающей жидкости - вызывает нагревание тепло и улучшает эвакуацию чипа.
Бурение сильнее 4140 Секции часто требуют инструментов кобальта или карбида, В то время как затвердевшие детали могут извлечь выгоду из фрезерования или формирования кранов, а не обычных резки.
Сварка
Сварка 4140 Сталь требует осторожности из -за его высокой укрепления и риска растрескивания.
Смягчить эти риски, Предварительное нагревание заготовки - типично до 200–400 ° C в зависимости от толщины - настоятельно рекомендуется.
Поддержание температуры между пропускными.
После сварки, Удаление стресса компонента примерно при 600–650 ° С помогает восстановить пластичность и уменьшить остаточные напряжения.
Электроды с низким содержанием гидрогена, такие как E8018-B2 или ER80S-D2, обычно используются для материала наполнителя, чтобы обеспечить совместимость и снизить пористость.
В критических приложениях, Посгипная термообработка (PWHT) необходим для поддержания целостности и прочности сварной зоны.
Холодный и горячий формирование
4140 Сплава Сталь может быть холодной в его отожженном состоянии, Хотя его более высокая сила по сравнению со низкоуглеродистыми сталями ограничивает ее пластичность.
Возможны процессы формирования холода, такие как рисование и разрыв, но требуют более высоких сил и могут вызвать остаточные напряжения, которые требуют последующей термической обработки.
Горячая работа, включая кожу и горячую прокатку, более благоприятный для стали 4140.
Идеальный диапазон температуры ковки составляет от 900 ° C до 1200 ° C, с материалом, обычно законченным выше 850 ° C.
После горячей формы, Нормализация или отжига рекомендуется для уточнения зерновой структуры и подготовки стали для окончательной обработки или термической обработки.
7. Коррозионное сопротивление 4140 Сталь
Пока 4140 Сплав сплава превосходна в механической прочности, ему не хватает присущей коррозионной стойкости.
Во влажной или морской среде, он легко окисляется, если не защищен. Чтобы противостоять этому, поверхностные обработки, такие как:
- Азотирование Для упрочнения поверхности и устойчивости к окислению
- Черное оксидное покрытие Для защиты от легкой коррозии
- Гальванизация или покраска в средах с высокой влажностью
8. Общие формы и стандарты
4140 Сплава Сталь доступна в самых разных коммерческих формах для размещения разнообразных промышленных применений.
Его доступность в разных формах, в сочетании с превосходными механическими свойствами и универсальностью термообработки, делает его популярным выбором как в стандартных, так и в сфере настраиваемых компонентов.
Общие формы 4140 Сталь
Производители и производители могут получить 4140 сталь в многочисленных формах, в зависимости от предполагаемого использования и необходимой обработки:
- Круглые стержни: Обычно используется для валов, булавки, шестерни, и крепеж, Круглые стержни являются одной из наиболее часто поставляемых форм стали 4140 Из -за их универсальности в обработке и термической обработке.
- Плоские стержни и тарелки: Идеально подходит для инструментов, носить компоненты, и структурные детали, требующие больших площадей для контакта.
Эти формы также подходят для резки пламени или обработки струйной струи. - Кованые кольца и диски: Используется в высокопрочной вращательной машине, такой как гонки подшипников, муфты, и фланцы.
- Пустые стержни и трубки: Предпочтительнее в приложениях, требующих снижения веса при сохранении силы, такие как гидравлические цилиндры и детали, содержащие давление.
- Блоки и заготовки: Подходит для пользовательской обработки и больших кованых компонентов. Они обычно используются в изготовлении и тяжелом промышленном оборудовании.
Отраслевые стандарты и обозначения для 4140 Сталь
| Стандартная организация | Обозначение | Регион/страна | Описание |
|---|---|---|---|
| АСТМ | ASTM A29 | Соединенные Штаты | Общая спецификация для горячих батончиков углеродных и сплавных сталей |
| АСТМ | ASTM A322 | Соединенные Штаты | Спецификация для легированных стальных стержней, используемых в механических применениях |
| АСТМ | ASTM A519 | Соединенные Штаты | Спецификация для бесшовных механических трубок из углеродной стали |
САЭ |
САЭ 4140 | Соединенные Штаты | Хром-молибденовая сталь с низкой сплавкой для автомобильных и инженерных применений |
| АИСИ | АИСИ 4140 | Соединенные Штаты | Обычно используемое обозначение, выровненное с SAE 4140 |
| В / ОТ | 1.7225 / 42CRMO4 | Европа / Германия | Европейский эквивалент под EN 10083 для утомительных и температурных сталей |
| ОН | SCM440 | Япония | Японский эквивалент высокопрочной сплавной стали |
| ГБ | 42CRMO | Китай | Китайский эквивалент с аналогичными механическими свойствами |
9. Применение 4140 Легированная сталь
Сталь 4140 является материалом в приложениях, требующих прочности, прочность, и износить устойчивость при усталости и шоковой нагрузке:
- Автомобильная промышленность: шестерни, коленчатые валы, завязки, оси
- Аэрокосмическая промышленность: компоненты шасси, приводы
- Масло & Газ: тренировочные воротники, Гидравлические детали разрыва
- Производство: Mandrels, умирает, формы, держатели инструментов
Тематическое исследование: В сравнительном тесте усталости, сталь 4140 вопрос&T Gear Cansed продемонстрировал 10x Срок службы аналогичной конструкции, сделанной из мягкой стали, подчеркивая его долгосрочную ценность.
10. Преимущества и ограничения 4140 Легированная сталь
Преимущества:
- Высокий Сила до веса Соотношение для структурных применений
- Отличный износостойкость После упрочнения
- Универсальная термообработка ответ
- Легко доступен в нескольких формах и стандартах
Ограничения:
- Не подходит для коррозионная среда Без поверхностной защиты
- Требует Тщательная сварка практики, чтобы избежать растрескивания
- Более высокая стоимость и сложность, чем простые углеродные стали
11. Заключение
4140 Сплавная сталь предлагает убедительную смесь механической прочности, прочность, и износостойкость, Сделать его незаменимым в приложениях по критической инженерии.
При правильном тепло, обработанном и защищенном, он обеспечивает исключительный срок службы в условиях работы.
Будь то аэрокосмическая промышленность, энергия, или компоненты инструментов, материал 4140 сталь остается одним из самых надежных и способных материалов в современном производстве.
Инженеры, которые понимают его поведение и требования к обработке, могут полностью использовать свой потенциал.
ЭТОТ Идеальный выбор для ваших производственных потребностей, если вам нужно высококачественное 4140 стальные детали.
