1. giriiş
4140 Çelik düşük alaşımlı bir krom-molibden çeliktir.
Mükemmel bir güç kombinasyonunu sunar, dayanıklılık, ve aşınma direnci, Endüstriyel uygulamaları talep etmek için ideal bir aday yapmak.
Bu makale araştırıyor 4140 Çoklu teknik perspektiflerden alaşım çelik, kimyasal bileşimi dahil, mekanik davranış, Isıya Tedavi Yanıtı, işlenebilirlik, korozyon performansı, ve ortak kullanımlar.
2. Kimyasal Bileşimi 4140 Alaşımlı Çelik
Benzersiz performansı 4140 alaşımlı çelik özenle kontrol edilen kimyasal bileşiminden kaynaklanır:
| Öğe | Ağırlık % | Çelik özelliklerde rol |
|---|---|---|
| Karbon (C) | 0.38–0.43 | Gücü ve sertleşmeyi arttırır |
| Krom (CR) | 0.8–1.1 | Sertliği iyileştirir, aşınma direnci, ve korozyon |
| Manganez (Mn) | 0.75–1.0 | Tokluğu ve deoksidasyonu arttırır |
| Molibden (Ay) | 0.15–0.25 | Sürünme direncini ve sertleşme derinliğini arttırır |
| Silikon (Ve) | 0.15–0.35 | Gücü artırır, Tokluğu hafifçe iyileştirir |
| Fosfor (P) | ≤ 0.035 | Embritasyonu azaltmak için tipik olarak en aza indirilmiş |
| Sülfür (S) | ≤ 0.04 | İşlenebilirlik için eklendi ancak tokluğu azaltabilir |
Benzer alaşımlarla karşılaştırıldığında 4130 (alt karbon) Ve 4340 (daha yüksek nikel), 4140 Güç ve işlenebilirliği dengeler, birçok yapısal uygulama için pratik ve uygun maliyetli bir çözüm haline getirmek.
3. Fiziksel özellikleri 4140 Çelik
| Mülk | Değer | Birim | Notlar |
|---|---|---|---|
| Yoğunluk | 7.85 | g/cm³ | Alçak alaşım çelikler için tipik |
| Esneklik Modülü (e) | ~ 205 | not ortalaması | Gerilim ve sıkıştırmada sertlik |
| Kayma Modülü (G) | ~ 80 | not ortalaması | Burulma uygulamaları için kullanışlı |
| Poisson Oranı | 0.27–0.30 | – | Enine gerilimin eksenel suşa oranı |
| Isı İletkenliği | 42.6 | W/m·K | Şu tarihte: 100 °C; daha yüksek sıcaklıklarda biraz azalır |
| Özgül Isı Kapasitesi | 475 | J/kg·K | Oda sıcaklığında yaklaşık |
| Elektriksel Direnç | 205 | NΩ · m (nano-ohm metre) | Saf demirden daha yüksek; bakıra kıyasla düşük iletkenlik |
| Termal Genleşme Katsayısı | ~ 12.0 | µm/m · k (20–100 ° C aralığı) | Termal döngü veya boyutsal stabilite için tasarımda önemli |
| Erime Noktası | 1416–1471 | °C | Alaşım elemanları nedeniyle daha dar aralık |
4. Mekanik özellikleri 4140 Çelik
AISI 4140 mükemmel mekanik mukavemeti ile bilinen çok yönlü bir krom-molibden alaşım çeliktir, dayanıklılık, ve yorulma direnci.
Bunlar 4140 Çelik özellikleri, ısıl işlem koşullarına bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir (örneğin, tavlanmış, normalleştirilmiş, söndürülmüş, veya temperli).
Mekanik Özellikler Tablosu
| Mülk | Tavlanmış | Söndürülmüş & Temkinli (Q&T) | Birim | Notlar |
|---|---|---|---|---|
| Akma Dayanımı | ~ 655 MPa | kadar 1,600 MPa | MPa (megapaskal) | Q&T gücü önemli ölçüde artırır |
| ~ 95 ksi | ~ 232 ksi | ksi (emperyal) | ||
| Çekme Dayanımı | 850–1.000 MPa | 1,000–1,100 MPa | MPa | Çeşitli ısı tedavilerinden sonra tipik aralık |
| 123–145 ksi | 145–160 ksi | ksi | ||
| Kopma Uzaması | 25–30 | 12–18 | % | Tavlanmış durumda daha yüksek süneklik |
| Alanda azalma | ~% 50 | ~% 45 | % | Süneklik ve biçimlendirilebilirlik göstergesi |
| Sertlik (Rockwell C) | 18–28 HRC | 50-55 HRC'ye kadar | sıcak rulo | Söndürme ve temperlenmeye son derece duyarlı |
| Charpy V-Notch Sertlik | >54 J (tavlanmış) | 20–35 j (Q&T yükseklikte) | Joule | Etki Yükleme Uygulamalarında Performans |
| Yorulma Dayanımı (Dayanıklılık sınırı) | ~ 420 MPa | kadar 700 MPa | MPa | Yüzey kaplama ve yükleme döngülerine bağlı |
| Esneklik Modülü (e) | ~ 205 GPA | – | not ortalaması | Sertlik koşullar arasında sabit kalır |
5. Isıl işlem davranışı 4140 Alaşımlı Çelik
AISI 4140 Alaşımlı çelik, çeşitli ısıl işlem süreçlerine oldukça duyarlıdır, Belirli mühendislik uygulamalarına göre uyarlanmış geniş bir mekanik özellik yelpazesi elde etmesine izin vermek.
Krom ve molibden içeriği sertleşebilirliğini arttırır, Özellikle söndürme ve temperleme işlemleri için çok uygun hale getirmek.
Yaygın ısı işlem süreçleri
| İşlem | Tipik sıcaklık aralığı (°C) | Amaç |
|---|---|---|
| Tavlama | 760–790 ° C | Tahıl yapısını rafine eder, çeliği yumuşatır, işlenebilirliği artırır |
| Normalleştirme | 870–900 ° C | Tekdüzeliği arttırır, yapıyı rafine eder, mekanik tutarlılığı arttırır |
| Söndürme | ~ 845-875 ° C, ardından yağ/su/polimer söndürme | Yüksek sertlik ve güç için martensitik yapı üretir |
| Temperleme | 400–650°C (sonradan) | Sertliği ayarlar, İç stresi hafifletir, sünekliği iyileştirir & dayanıklılık |
| Doğu Temperleme | 260-400 ° C'ye söndür, Dönüşüme Kadar Tutun | Bainitik yapı üretir, bozulmayı azaltır, güç yargılamasını dengeler |
6. İşlenebilirliği ve imalatı 4140 Çelik
İşlenebilirlik
Malzeme 4140 Çelik, tavlanmış durumunda ılımlı işlenebilirlik sergiler ve sertlik arttıkça daha zor hale gelir.
Tavlanmış durumda (tipik olarak 18-22 hrc civarında), Yüksek hızlı çelik veya karbür aletleri ile işlenebilir, İyi yüzey kaplamaları ve kabul edilebilir takım ömrü vermek.
Fakat, Çelik söndürüldükten ve daha yüksek sertlik seviyelerine temperlendikten sonra (30-50 HRC gibi), İşlenebilirliği azalır.
Bu aşamada, karbür alet, Düşük kesme hızları, ve rijit makine kurulumları, takım aşınması ve parça bozulmasını önlemek için gerekli hale gelir.
İçin CNC tornalama, frezeleme, veya sondaj operasyonları, Uygun soğutma yöntemlerini kullanarak - özellikle taşkın soğutma suyu - ısıyı dağıtmak ve çip tahliyesini iyileştirir.
Daha çok delme 4140 Bölümler genellikle kobalt veya karbür uçlu aletler gerektirir, Sertleştirilmiş parçalara dokunmak, geleneksel kesme musluklarından ziyade iplik frezelemesinden veya musluklar oluşturmaktan yararlanabilir.
Kaynak
Kaynak 4140 Çelik, yüksek sertliği ve çatlama riski nedeniyle dikkatli olunmalıdır.
Bu riskleri azaltmak için, İş parçasının ön ısıtılması - kalınlığa bağlı olarak tipik olarak 200-400 ° C'ye kadar - şiddetle tavsiye edilir.
200-300 ° C civarında bir ara sıcaklık korumak, termal şok ve hidrojen kaynaklı çatlamayı önlemeye yardımcı olur.
Kaynaktan sonra, Bileşeni yaklaşık 600-650 ° C'de stresten kurtarmak, sünekliği geri kazanmaya ve artık gerilmeleri azaltmaya yardımcı olur.
E8018-B2 veya ER80S-D2 gibi düşük hidrojen elektrotlar tipik olarak, uyumluluğu sağlamak ve gözenekliliği azaltmak için dolgu malzemesi için kullanılır..
Kritik uygulamalarda, Anlatılan ısı işlemi (Pwht) kaynaklı bölgenin bütünlüğünü ve tokluğunu korumak için gereklidir.
Soğuk ve Sıcak Biçimlendirme
4140 Alaşımlı çelik, tavlanmış durumunda soğuk çalışabilir, Düşük karbonlu çeliklere kıyasla daha yüksek mukavemeti sünekliğini sınırlar.
Çizim ve takma gibi soğuk şekillendirme işlemleri mümkündür, ancak daha yüksek kuvvetler gerektirir ve sonraki ısıl işlemi gerektiren artık streslere neden olabilir.
Sıcak Çalışma, dövme ve sıcak yuvarlanma dahil, çelik için daha elverişli 4140.
İdeal dövme sıcaklığı aralığı 900 ° C ile 1200 ° C arasındadır, malzeme tipik olarak 850 ° C'nin üzerinde bitti.
Sıcak şekillendirdikten sonra, Tahıl yapısını iyileştirmek ve çeliği son işleme veya ısıl işlem için hazırlamak için normalleştirme veya tavlama önerilir.
7. Korozyon direnci 4140 Çelik
Sırasında 4140 Alaşımlı çelik mekanik mukavemette mükemmel, doğal korozyon direncinden yoksun.
Nemli veya deniz ortamlarında, korunmadıkça kolayca oksitlenir. Buna karşı koymak için, gibi yüzey tedavileri:
- nitrürleme yüzey sertleştirme ve oksidasyon direnci için
- Siyah oksit kaplama Işık korozyon koruması için
- Elektrokaplama veya boyama Yüksek nispite ortamlarında
8. Ortak formlar ve standartlar
4140 Alaşımlı Çelik, çeşitli endüstriyel uygulamaları barındırmak için çok çeşitli ticari formlarda mevcuttur..
Farklı şekillerde kullanılabilirliği, mükemmel mekanik özellikleri ve ısıl işlem çok yönlülüğü ile birlikte, Hem standart hem de özel fabrikasyon bileşenlerde popüler bir seçim yapar.
Ortak biçimleri 4140 Çelik
Üreticiler ve imalatçılar elde edebilir 4140 Çelik çok sayıda formda, amaçlanan kullanım ve gerekli işlemeye bağlı olarak:
- Yuvarlak Çubuklar: Genel olarak şaftlar için kullanılır, iğneler, dişliler, ve bağlantı elemanları, Yuvarlak çubuklar, en sık verilen çelik formlarından biridir 4140 İşleme ve ısıl işlemdeki çok yönlülüğü nedeniyle.
- Düz çubuklar ve tabaklar: Takım için ideal, Bileşenler Giyin, ve büyük yüzey temas alanları gerektiren yapısal parçalar.
Bu formlar ayrıca alev kesme veya su jeti işleme için de uygundur. - Dövme halkaları ve diskler: Yatak yarışları gibi yüksek mukavemetli dönen makinelerde kullanılır, kaplinler, ve flanşlar.
- İçi boş çubuklar ve tüpler: Gücü korurken kilo azaltma talep eden uygulamalarda tercih edilir, hidrolik silindirler ve basınç içeren parçalar gibi.
- Bloklar ve kütükler: Özel işleme ve büyük dövme bileşenleri için uygun. Bunlar tipik olarak kalıp yapım ve ağır endüstriyel ekipmanlarda kullanılır.
Endüstri standartları ve atamaları 4140 Çelik
| Standart organizasyon | Tanım | Bölge/ülke | Tanım |
|---|---|---|---|
| ASTM | ASTM A29 | Amerika Birleşik Devletleri | Sıcak yüklü karbon ve alaşım çelik çubukları için genel spesifikasyon |
| ASTM | ASTM A322 | Amerika Birleşik Devletleri | Mekanik uygulamalarda kullanılan alaşım çelik çubuklar için özellikler |
| ASTM | ASTM A519 | Amerika Birleşik Devletleri | Kesintisiz karbon ve alaşımlı çelik mekanik boru için özellikler |
SAE |
SAE 4140 | Amerika Birleşik Devletleri | Otomotiv ve mühendislik uygulamaları için krom-molibden düşük alaşımlı çelik |
| AISI | AISI 4140 | Amerika Birleşik Devletleri | SAE ile hizalanmış yaygın olarak kullanılan atama 4140 |
| İÇİNDE / İTİBAREN | 1.7225 / 42CRMO4 | Avrupa / Almanya | EN altında Avrupa eşdeğeri 10083 Söndürme ve öfke çelikleri için |
| O | SCM440 | Japonya | Yüksek mukavemetli alaşım çelik için Japon eşdeğeri |
| Büyük Britanya | 42CRMO | Çin | Benzer mekanik özelliklere sahip Çin eşdeğeri |
9. Uygulamaları 4140 Alaşımlı Çelik
Çelik 4140 uygulamalarda güç gerektiren bir malzeme, dayanıklılık, ve yorgunluk ve şok yüklemesi altında direnç takın:
- Otomotiv: dişliler, krank milleri, çubuklar, akslar
- Havacılık: iniş takımı bileşenleri, aktüatörler
- Yağ & Gaz: matkap yakaları, hidrolik kırılma parçaları
- Üretme: mandreller, ölür, kalıplar, takım tutucular
Vaka çalışması: Karşılaştırmalı bir yorgunluk testinde, çelik 4140 Q&T dişli şaftı gösterildi 10x Ömür Hafif çelikten yapılmış benzer bir tasarım, Uzun vadeli değerini vurgulamak.
10. Avantajları ve sınırlamaları 4140 Alaşımlı Çelik
Avantajları:
- Yüksek ağır Yapısal uygulamalar için oranı
- Harika aşınma direnci Sertleştikten sonra
- Çok yönlü ısı işlemi cevap
- Birden çok formda ve standartta kolayca mevcuttur
Sınırlamalar:
- İçin uygun değil aşındırıcı ortamlar yüzey koruması olmadan
- Gereklilikler Dikkatli kaynak çatlamayı önlemek için uygulamalar
- Daha yüksek maliyet ve düz karbon çeliklerden daha karmaşıklık
11. Çözüm
4140 Alaşımlı çelik, mekanik mukavemetin zorlayıcı bir karışımı sunar, dayanıklılık, ve aşınma direnci, Performans açısından kritik mühendislik uygulamalarında vazgeçilmez kılmak.
Düzgün ısıl işlem gördüğünde ve korunduğunda, Zorlu çalışma koşulları altında olağanüstü hizmet ömrü sunar.
Havacılık için olsun, enerji, veya takım bileşenleri, malzeme 4140 Steel, modern üretimde en güvenilir ve yetenekli malzemelerden biri olmaya devam ediyor.
Davranışını ve işleme gereksinimlerini anlayan mühendisler potansiyelini tam olarak kullanabilir.
BU Yüksek kaliteye ihtiyacınız varsa üretim ihtiyaçlarınız için mükemmel bir seçimdir 4140 çelik parçaları.
