4140 ผู้ผลิตเกียร์เริ่มต้น

4140 โลหะผสมเหล็ก: คุณสมบัติ, การใช้งาน, ความเก่งกาจ

สารบัญ แสดง

1. การแนะนำ

4140 เหล็กกล้าเป็นเหล็กโครเมียม-โมลิเบนเนียมต่ำ.

มันมีความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยม, ความเหนียว, และทนต่อการสึกหรอ, ทำให้เป็นผู้สมัครที่เหมาะสำหรับการเรียกร้องการใช้งานอุตสาหกรรม.

บทความนี้สำรวจ 4140 เหล็กกล้าเหล็กจากมุมมองทางเทคนิคที่หลากหลาย, รวมถึงองค์ประกอบทางเคมีด้วย, พฤติกรรมเชิงกล, การตอบสนองต่อการรักษาความร้อน, ความสามารถกล, ประสิทธิภาพการกัดกร่อน, และการใช้งานทั่วไป.

2. องค์ประกอบทางเคมีของ 4140 โลหะผสมเหล็ก

ประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของ 4140 โลหะผสมเหล็ก มีต้นกำเนิดมาจากองค์ประกอบทางเคมีที่ควบคุมอย่างระมัดระวัง:

องค์ประกอบ น้ำหนัก % บทบาทในคุณสมบัติเหล็ก
คาร์บอน (ค) 0.38–0.43 เพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน
โครเมียม (Cr) 0.8–1.1 ปรับปรุงความแข็ง, ความต้านทานการสึกหรอ, และการกัดกร่อน
แมงกานีส (มน) 0.75–1.0 เพิ่มความเหนียวและ deoxidation
โมลิบดีนัม (โม) 0.15–0.25 เพิ่มความต้านทานการคืบและความลึกของการแข็งตัว
ซิลิคอน (และ) 0.15–0.35 เพิ่มความแข็งแรง, ปรับปรุงความเหนียวเล็กน้อย
ฟอสฟอรัส (ป) 0.035 โดยทั่วไปจะลดลงเพื่อลด embrittlement
กำมะถัน (ส) 0.04 เพิ่มสำหรับความสามารถในการกลึง แต่สามารถลดความเหนียว

เมื่อเทียบกับโลหะผสมที่คล้ายกันเช่น 4130 (คาร์บอนล่าง) และ 4340 (นิกเกิลที่สูงขึ้น), 4140 สมดุลความแข็งแรงและความสามารถในการกลึง, ทำให้เป็นโซลูชันที่ใช้งานได้จริงและคุ้มค่าสำหรับการใช้งานโครงสร้างจำนวนมาก.

4140 กล้องเหล็กกล้า
4140 กล้องเหล็กกล้า

3. คุณสมบัติทางกายภาพของ 4140 เหล็ก

คุณสมบัติ ค่า หน่วย หมายเหตุ
ความหนาแน่น 7.85 กรัม/ซม.³ โดยทั่วไปสำหรับเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ
โมดูลัสความยืดหยุ่น (อี) ~ 205 เกรดเฉลี่ย ความตึงเครียดในความตึงเครียดและการบีบอัด
โมดูลัสแรงเฉือน (ช) ~ 80 เกรดเฉลี่ย มีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชันแรงบิด
อัตราส่วนของ Poisson 0.27–0.30 - อัตราส่วนของสายพันธุ์ตามขวางต่อสายพันธุ์ตามแนวแกน
การนำความร้อน 42.6 W/ม·เค ที่ 100 องศาเซลเซียส; ลดลงเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
ความจุความร้อนจำเพาะ 475 เจ/กก.·เค โดยประมาณที่อุณหภูมิห้อง
ความต้านทานไฟฟ้า 205 nΩ· m (นาโน-โอห์มเมตร) สูงกว่าเหล็กบริสุทธิ์; ค่าการนำไฟฟ้าต่ำเมื่อเทียบกับทองแดง
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน ~ 12.0 µm/m · k (20ช่วง –100 ° C) สิ่งสำคัญในการออกแบบสำหรับการปั่นจักรยานด้วยความร้อนหรือความเสถียรของมิติ
จุดหลอมเหลว 1416–1471 องศาเซลเซียส ช่วงที่แคบลงเนื่องจากองค์ประกอบการผสม

4. คุณสมบัติเชิงกลของ 4140 เหล็ก

เอไอเอส 4140 เป็นเหล็กโลหะผสม Chromium-Molybdenum อเนกประสงค์ที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยม, ความเหนียว, และต้านทานความเหนื่อยล้า.

เหล่านี้ 4140 คุณสมบัติเหล็กอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับสภาพการรักษาความร้อน (เช่น, อบอ่อน, ซึ่งถูกทำให้เป็นมาตรฐาน, ดับแล้ว, หรืออารมณ์).

4140 กล้องเครื่องตัดเฉือนซีเอ็นซีโลหะผสม
4140 กล้องเครื่องตัดเฉือนซีเอ็นซีโลหะผสม

ตารางคุณสมบัติเชิงกล

คุณสมบัติ อบอ่อน ที่ดับ & อมตะ (ถาม&ต) หน่วย หมายเหตุ
ความแข็งแรงของผลผลิต ~ 655 MPa ขึ้นไป 1,600 MPa MPa (เมกะปาสคาล) ถาม&t ปรับปรุงความแข็งแรงอย่างมีนัยสำคัญ
~ 95 ksi ~ 232 KSI ksi (ของจักรวรรดิ)
ความต้านแรงดึง 850–1,000 MPa 1,000–1,100 MPa MPa ช่วงทั่วไปหลังจากการรักษาด้วยความร้อนต่างๆ
123–145 KSI 145–160 KSI ksi
การยืดตัวที่จุดขาด 25–30% 12–18% % ความเหนียวที่สูงขึ้นในรัฐที่อบอ่อน
การลดลงในพื้นที่ ~ 50% ~ 45% % ตัวบ่งชี้ความเหนียวและการสร้าง
ความแข็ง (Rockwell C) 18–28 ชม. สูงถึง 50–55 ชั่วโมง เหล็กแผ่นรีดร้อน ตอบสนองอย่างมากต่อการดับและการแบ่งเบed
Charpy V-notch torgence >54 เจ (อบอ่อน) 20–35 J (ถาม&T ที่ความแข็งสูง) สิ่งที่ดี ประสิทธิภาพในแอพพลิเคชั่นการโหลดแรงกระแทก
ความแข็งแรงเมื่อยล้า (ขีดจำกัดความอดทน) ~ 420 MPa ขึ้นไป 700 MPa MPa ขึ้นอยู่กับพื้นผิวผิวและรอบการโหลด
โมดูลัสความยืดหยุ่น (อี) ~ 205 เกรดเฉลี่ย - เกรดเฉลี่ย ความแข็งยังคงอยู่ในสภาพ

5. พฤติกรรมการรักษาความร้อนของ 4140 โลหะผสมเหล็ก

เอไอเอส 4140 เหล็กกล้าผสมมีการตอบสนองอย่างมากต่อกระบวนการบำบัดความร้อนที่หลากหลาย, ช่วยให้มันได้รับคุณสมบัติเชิงกลในวงกว้างที่ปรับให้เหมาะกับการใช้งานทางวิศวกรรมที่เฉพาะเจาะจง.

เนื้อหาโครเมียมและโมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความทนทาน, ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการดับและการผ่าตัด.

กระบวนการบำบัดความร้อนทั่วไป

กระบวนการ ช่วงอุณหภูมิทั่วไป (องศาเซลเซียส) วัตถุประสงค์
การหลอม 760–790 ° C ปรับแต่งโครงสร้างธัญพืช, เหล็กนิ่ม, ปรับปรุงความสามารถในการกลึง
การทำให้เป็นมาตรฐาน 870–900 ° C เพิ่มความสม่ำเสมอ, ปรับโครงสร้างโครงสร้าง, เพิ่มความสอดคล้องทางกล
การดับ ~ 845–875 ° C, ตามด้วยดับน้ำมัน/น้ำ/พอลิเมอร์ สร้างโครงสร้าง Martensitic เพื่อความแข็งและความแข็งแรงสูง
การแบ่งเบาบรรเทา 400–650°ซ (โพสต์-) ปรับความแข็ง, บรรเทาความเครียดภายใน, ปรับปรุงความเหนียว & ความเหนียว
อารมณ์ภาคตะวันออก ดับ 260–400 ° C, ถือจนกว่าการเปลี่ยนแปลง สร้างโครงสร้าง bainitic, ลดการบิดเบือน, สร้างความสมดุลให้กับความแข็งแกร่ง

6. ความสามารถและการประดิษฐ์ของ 4140 เหล็ก

ความสามารถในการแปรรูป

วัสดุ 4140 เหล็กแสดงถึงความสามารถในการผลิตในระดับปานกลางในสถานะที่อบอ่อนและมีความท้าทายมากขึ้นเมื่อความแข็งเพิ่มขึ้น.

ในสภาพที่อบอ่อน (โดยทั่วไปประมาณ 18–22 ชั่วโมง), สามารถกลึงด้วยเหล็กความเร็วสูงหรือคาร์ไบด์เครื่องมือ, ทำให้พื้นผิวดีขึ้นและอายุการใช้งานที่ยอมรับได้.

อย่างไรก็ตาม, เมื่อเหล็กดับและอารมณ์ถึงระดับความแข็งที่สูงขึ้น (เช่น 30–50 ชม.), ความสามารถในการกลึงลดลง.

4140 เพลาข้อเหวี่ยงเหล็กผสม
4140 เพลาข้อเหวี่ยงเหล็กผสม

ในขั้นตอนนี้, คาร์ไบด์เครื่องมือ, ความเร็วในการตัดที่ต่ำกว่า, และการตั้งค่าเครื่องจักรที่แข็งกลายเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการสึกหรอของเครื่องมือและการบิดเบือนส่วนหนึ่ง.

สำหรับ การกลึงซีเอ็นซี, การโม่, หรือการขุดเจาะ, การใช้วิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสม - โดยเฉพาะน้ำยาหล่อเย็นน้ำเย็น - ช่วยกระจายความร้อนและปรับปรุงการอพยพของชิป.

เจาะหนักขึ้น 4140 ส่วนมักจะต้องใช้เครื่องมือโคบอลต์หรือคาร์ไบด์ปลาย, ในขณะที่การแตะชิ้นส่วนที่แข็งตัวอาจได้รับประโยชน์จากการกัดด้ายหรือการสร้างก๊อกน้ำมากกว่าก๊อกตัดแบบธรรมดา.

การเชื่อม

การเชื่อม 4140 เหล็กต้องใช้ความระมัดระวังเนื่องจากมีความทนทานสูงและมีความเสี่ยงต่อการแตก.

เพื่อลดความเสี่ยงเหล่านี้, การอุ่นชิ้นงาน - โดยทั่วไปถึง 200–400 ° C ขึ้นอยู่กับความหนา - ขอแนะนำอย่างยิ่ง.

การรักษาอุณหภูมิอินเทอร์ผ่านประมาณ 200–300 ° C ช่วยป้องกันการกระแทกด้วยความร้อนและการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน.

หลังการเชื่อม, การบรรเทาความเครียดส่วนประกอบที่ประมาณ 600–650 ° C ช่วยฟื้นฟูความเหนียวและลดความเครียดที่เหลืออยู่.

อิเล็กโทรดไฮโดรเจนต่ำเช่น E8018-B2 หรือ ER80S-D2 มักใช้สำหรับวัสดุฟิลเลอร์เพื่อให้แน่ใจว่าเข้ากันได้และลดความพรุน.

ในแอปพลิเคชันที่สำคัญ, การรักษาความร้อนหลังการแข่งขัน (PWHT) เป็นสิ่งจำเป็นในการรักษาความสมบูรณ์และความทนทานของโซนเชื่อม.

การขึ้นรูปเย็นและร้อน

4140 เหล็กอัลลอยด์สามารถทำงานเย็นได้ในสภาพที่อบอ่อน, แม้ว่าความแข็งแรงที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ จำกัด ความเหนียว.

กระบวนการขึ้นรูปเย็นเช่นการวาดและการแกว่งเป็นไปได้ แต่ต้องการแรงที่สูงขึ้นและอาจทำให้เกิดความเครียดที่เหลืออยู่.

ทำงานร้อนแรง, รวมถึงการปลอมและการกลิ้งร้อน, เป็นที่นิยมมากกว่าสำหรับเหล็ก 4140.

ช่วงอุณหภูมิการตีที่เหมาะสมที่สุดอยู่ระหว่าง 900 ° C และ 1200 ° C, โดยทั่วไปแล้ววัสดุจะเสร็จสิ้นสูงกว่า 850 ° C.

หลังจากขึ้นรูปร้อน, แนะนำให้ใช้การทำให้เป็นมาตรฐานหรือการหลอมเพื่อปรับแต่งโครงสร้างธัญพืชและเตรียมเหล็กสำหรับการตัดเฉือนขั้นสุดท้ายหรือการบำบัดความร้อนขั้นสุดท้าย.

7. ความต้านทานการกัดกร่อนของ 4140 เหล็ก

ในขณะที่ 4140 เหล็กกล้าอัลลอยด์มีความแข็งแรงทางกล, มันขาดความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติ.

ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือทางทะเล, มันออกซิไดซ์ได้อย่างง่ายดายเว้นแต่ได้รับการปกป้อง. เพื่อตอบโต้สิ่งนี้, การรักษาพื้นผิวเช่น:

  • ไนไตรดิ้ง สำหรับการแข็งตัวของพื้นผิวและความต้านทานออกซิเดชัน
  • การเคลือบออกไซด์สีดำ สำหรับการป้องกันการกัดกร่อนแบบเบา
  • การชุบด้วยไฟฟ้าหรือการวาดภาพ ในสภาพแวดล้อมที่มีอารมณ์สูง

8. รูปแบบและมาตรฐานทั่วไป

4140 โลหะผสมเหล็กมีให้เลือกมากมายในเชิงพาณิชย์เพื่อรองรับการใช้งานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย.

ความพร้อมใช้งานในรูปแบบที่แตกต่างกัน, เมื่อรวมกับคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมและความคล่องตัวในการรักษาความร้อน, ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมทั้งในส่วนประกอบมาตรฐานและแบบกำหนดเอง.

รูปแบบทั่วไปของ 4140 เหล็ก

ผู้ผลิตและผู้ประดิษฐ์สามารถรับได้ 4140 เหล็กในหลายรูปแบบ, ขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ตั้งใจและการประมวลผลที่จำเป็น:

4140 ซัพพลายเออร์เหล็กกล้ารอบเหล็ก
4140 ซัพพลายเออร์เหล็กกล้ารอบเหล็ก
  • บาร์กลม: ใช้กันทั่วไปสำหรับเพลา, หมุด, เกียร์, และตัวยึด, บาร์กลมเป็นหนึ่งในรูปแบบเหล็กที่จัดหาบ่อยที่สุด 4140 เนื่องจากความเก่งกาจของพวกเขาในการตัดเฉือนและการรักษาความร้อน.
  • แถบแบนและจาน: เหมาะสำหรับการใช้เครื่องมือ, สวมใส่ส่วนประกอบ, และชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการพื้นที่สัมผัสพื้นผิวขนาดใหญ่.
    แบบฟอร์มเหล่านี้ยังเหมาะสำหรับการตัดเปลวไฟหรือการแปรรูปเจ็ทน้ำ.
  • แหวนและดิสก์ปลอม: ใช้ในเครื่องจักรหมุนที่มีความแข็งแรงสูงเช่นการแข่งขันแบริ่ง, ข้อต่อ, และหน้าแปลน.
  • บาร์และท่อกลวง: ที่ต้องการในการใช้งานที่ต้องการลดน้ำหนักในขณะที่รักษาความแข็งแรง, เช่นกระบอกสูบไฮดรอลิกและชิ้นส่วนที่มีแรงดัน.
  • บล็อกและบิลเล็ต: เหมาะสำหรับการตัดเฉือนที่กำหนดเองและส่วนประกอบปลอมขนาดใหญ่. โดยทั่วไปจะใช้ในการทำตายและอุปกรณ์อุตสาหกรรมหนัก.

มาตรฐานอุตสาหกรรมและการกำหนดสำหรับ 4140 เหล็ก

องค์กรมาตรฐาน การกำหนด ภูมิภาค/ประเทศ คำอธิบาย
มาตรฐาน ASTM ASTM A29 ประเทศสหรัฐอเมริกา ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับบาร์คาร์บอนและโลหะผสม
มาตรฐาน ASTM ASTM A322 ประเทศสหรัฐอเมริกา ข้อมูลจำเพาะสำหรับแท่งเหล็กโลหะผสมที่ใช้ในการใช้งานเชิงกล
มาตรฐาน ASTM ASTM A519 ประเทศสหรัฐอเมริกา ข้อมูลจำเพาะสำหรับท่อเครื่องจักรกลเหล็กและโลหะผสมที่ไร้รอยต่อ
แซ่
แซ่ 4140 ประเทศสหรัฐอเมริกา Chromium-Molybdenum เหล็กกล้าต่ำสำหรับการใช้งานด้านยานยนต์และวิศวกรรม
เอไอเอส เอไอเอส 4140 ประเทศสหรัฐอเมริกา การกำหนดที่ใช้กันทั่วไปสอดคล้องกับ SAE 4140
ใน / จาก 1.7225 / 42CRMO4 ยุโรป / เยอรมนี เทียบเท่ายุโรปภายใต้ EN 10083 สำหรับการดับและเหล็กกล้า
เขา SCM440 ญี่ปุ่น เทียบเท่ากับญี่ปุ่นสำหรับเหล็กโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง
กิกะไบต์ 42CRMO จีน จีนเทียบเท่ากับคุณสมบัติเชิงกลที่คล้ายกัน

9. การใช้งานของ 4140 โลหะผสมเหล็ก

เหล็ก 4140 เป็นวัสดุไปสู่แอปพลิเคชันที่ต้องการความแข็งแกร่ง, ความเหนียว, และความต้านทานการสึกหรอภายใต้ความเหนื่อยล้าและการโหลดแรงกระแทก:

  • ยานยนต์: เกียร์, เพลาข้อเหวี่ยง, แท่งผูก, เพลา
  • การบินและอวกาศ: ส่วนประกอบเกียร์ลงจอด, แอคชูเอเตอร์
  • น้ำมัน & แก๊ส: ปลอกคอ, ชิ้นส่วนที่แตกหักไฮดรอลิก
  • การผลิต: แมนเดรล, ตาย, แม่พิมพ์, ผู้ถือเครื่องมือ

กรณีศึกษา: ในการทดสอบความเหนื่อยล้าเปรียบเทียบ, เหล็กกล้า 4140 ถาม&T Gear Shaft แสดงให้เห็น 10x อายุขัย ของการออกแบบที่คล้ายกันที่ทำจากเหล็กอ่อน, เน้นมูลค่าระยะยาว.

10. ข้อดีและข้อ จำกัด ของ 4140 โลหะผสมเหล็ก

ข้อดี:

  • สูง ความแข็งแรง อัตราส่วนสำหรับการใช้งานโครงสร้าง
  • ยอดเยี่ยม ความต้านทานการสึกหรอ หลังการแข็งตัว
  • การบำบัดความร้อนที่หลากหลาย การตอบสนอง
  • พร้อมใช้งานในหลายรูปแบบและมาตรฐาน

ข้อจำกัด:

  • ไม่เหมาะสำหรับ สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ไม่มีการป้องกันพื้นผิว
  • กำหนดให้มี การเชื่อมอย่างระมัดระวัง การปฏิบัติเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว
  • ต้นทุนที่สูงขึ้น และความซับซ้อนกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา

11. บทสรุป

4140 โลหะผสมเหล็กนำเสนอการผสมผสานที่น่าสนใจของความแข็งแรงเชิงกล, ความเหนียว, และทนต่อการสึกหรอ, ทำให้ขาดไม่ได้ในการใช้งานด้านวิศวกรรมที่สำคัญยิ่ง.

เมื่อได้รับการรักษาด้วยความร้อนและป้องกันอย่างเหมาะสม, ให้อายุการใช้งานที่ยอดเยี่ยมภายใต้เงื่อนไขการดำเนินงาน.

ไม่ว่าจะเป็นด้านการบินและอวกาศ, พลังงาน, หรือส่วนประกอบเครื่องมือ, วัสดุ 4140 เหล็กยังคงเป็นหนึ่งในวัสดุที่น่าเชื่อถือและมีความสามารถมากที่สุดในการผลิตที่ทันสมัย.

วิศวกรที่เข้าใจพฤติกรรมและข้อกำหนดการประมวลผลสามารถควบคุมศักยภาพได้อย่างเต็มที่.

 

นี้ เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับความต้องการด้านการผลิตของคุณหากคุณต้องการคุณภาพสูง 4140 ชิ้นส่วนเหล็ก.

ติดต่อเราวันนี้!

เลื่อนไปด้านบน