Когда дело доходит до универсальных высокопрочных сталей, сталь 4140 становится популярным выбором в различных отраслях. Его уникальный баланс прочности, износостойкости и обрабатываемости делает его идеальным материалом для применений, требующих долговечности в условиях стресса. В этой статье мы углубимся в то, что делает сталь 4140 такой особенной, рассмотрим ее обычное использование, стандарты, химический состав и ключевые свойства.
Что такое сталь 4140?
Сталь 4140 — это низколегированная сталь, состоящая в основном из железа с добавлением углерода, хрома и молибдена, что классифицирует ее как «хромомолибденовую» сталь. Эти элементы придают стали 4140 высокую прочность, отличную износостойкость и умеренную устойчивость к коррозии. Сталь 4140, широко используемая в автомобильной промышленности, идеально подходит для изготовления компонентов, которые должны выдерживать значительные нагрузки и деформации, таких как приводные валы, шестерни, оси и т. д. коленчатые. Его превосходная долговечность также делает его лучшим выбором для несущих стационарных деталей, таких как болты и цепи.
Для получения дополнительной информации о стали 4140 посмотрите следующее видео на YouTube.
Как именно изготавливается сталь 4140?
Сталь 4140 создается путем плавки железа с углеродом, хромом, молибденом и другими элементами в электрической или кислородно-конвертерной печи при температуре выше 1500°C. После полного расплавления и перемешивания расплавленную сталь выливают для охлаждения. После охлаждения сталь подвергается отжигу — повторному нагреву и контролируемому охлаждению — чтобы размягчить ее и облегчить обработку.
Следующий шаг включает погружение стали в плавиковую кислоту для удаления поверхностной ржавчины и загрязнений. Очищенную сталь затем снова плавят и разливают в формы для получения заготовок или слябов. Наконец, эти заготовки или слябы подвергаются горячей или холодной обработке роликами для достижения желаемой формы и размеров.
4140 Химический состав стали
Свойства стали 4140 во многом определяются ее химическим составом. Это низколегированная сталь, то есть в ней относительно небольшое количество легирующих элементов. Типичный состав включает в себя:
| Элемент | Процент (%) |
|---|---|
| Углерод (С) | 0.38 – 0.43 |
| Марганец (Mn) | 0.75 – 1.00 |
| Фосфор (P) | 0.035 макс |
| Сера (S) | 0.040 макс |
| Силикон (Si) | 0.15 – 0.35 |
| Хром (Cr) | 0.80 – 1.10 |
| Молибден (Мо) | 0.15 – 0.25 |
4140 Свойства стали
Уникальное сочетание элементов стали 4140 придает ей ряд свойств, которые делают ее невероятно универсальной. Вот разбивка его основных свойств:
| недвижимость | Значение |
|---|---|
| Температура плавления | 1416 - 1471 ° C (2581 - 2680 ° F) |
| Точка кипения | 3000 ° C (5432 ° F) |
| Предел прочности на разрыв | 850–1000 МПа (123,000–145,000 фунтов на кв. дюйм) |
| Предел текучести | 655–862 МПа (95,000–125,000 фунтов на кв. дюйм) |
| Твердость (отжиг) | 28-32HRC |
| Твердость (закаленная и отпущенная) | До 54HRC |
| Относительное удлинение при разрыве | 20 - 25% |
| Модуль упругости | 205–210 ГПа (29,700–30,500 тысяч фунтов на квадратный дюйм) |
| Плотность | 7.85 г/см³ (0.284 фунта/дюйм³) |
| Магнетизм | магнитные |
Каковы распространенные формы стали 4140?
Легированная сталь 4140 доступна в нескольких формах, каждая из которых подходит для конкретного применения:
- Листы: Обычно для изготовления плоских деталей используются листы легированной стали 1 толщиной от 10 до 4140 мм.
- Холодная Рисованные: Холоднотянутые прутки, доступные в круглой, плоской или квадратной форме, обрабатываются для образования пластичной и мягкой перлитной микроструктуры.
- Обожженный: наиболее распространенная форма отожженной стали 4140, которую подвергают холодной штамповке в виде стержней или пластин для повышения гибкости.
- Пластины: Обычно пластины 20 имеют толщину 120–300 мм, хотя могут достигать 4140 мм. Их часто отжигают, полируют и наносят покрытие для различных применений.
- Горячекатаный: Круглые, плоские, шестигранные и квадратные прутки часто бывают горячекатаными, с другой отделкой поверхности и, как правило, меньшей прочностью, чем холоднокатаная сталь.
- брусья: Доступен в плоском, квадратном или круглом поперечном сечении, наиболее распространенными являются квадратные и круглые стержни диаметром от 6 мм до 120 мм. Они часто используются для Обработанные детали с ЧПУ.
Какие стали эквивалентны 4140?
Сталь 4140, известная своей высокой прочностью и универсальностью, известна под разными названиями в различных мировых стандартах:
- Китай: GB/T 3077, эквивалент 42CrMo.
- США: ASTM A29, стандарт 4140.
- Япония: JIS G4105, эквивалент SCM440.
- Великобритания: BS 970, эквивалент 42CrMo4.
- Германия: DIN 17200, эквивалент 1.7225 или 42crmo4.
Эти эквиваленты используются в разных регионах, чтобы соответствовать свойствам и применению стали 4140.
Что такое стандарт стали 4140?
Сталь 4140 соответствует нескольким международным стандартам, гарантирующим ее качество и производительность. Ключевые стандарты включают в себя:
| Стандарт | Описание |
|---|---|
| ASTM A29 | Определяет требования к стальным стержням общего назначения, включая 4140. |
| SAE J404 | Обеспечивает химический состав и механические свойства углеродистых и легированных сталей, в том числе 4140. |
| AISI 4140 | Обозначение Американского института железа и стали для стали 4140. |
| DIN 1.7225 | Европейский стандарт, эквивалентный 4140, широко используемый в Европе. |
Эти стандарты определяют необходимый состав, термическую обработку и механические свойства стали 4140, обеспечивая ее соответствие отраслевым требованиям.
Для чего используется сталь 4140?
Сталь 4140 широко используется в таких отраслях, как автомобилестроение, авиакосмическая промышленность, нефтегазовая промышленность и тяжелое машиностроение. Некоторые из распространенных приложений включают в себя:
Автомобильные запчасти
В автомобильной промышленности сталь 4140 используется для изготовления высокопрочных компонентов, таких как приводные валы, оси и коленчатые валы. Его долговечность делает его идеальным для деталей, которые должны выдерживать значительные нагрузки и износ.
Компоненты машинного оборудования
Сталь 4140 часто используется в машиностроении для изготовления таких деталей, как шестерни, шпиндели и конструктивные компоненты, которые требуют высокой прочности и устойчивости к ударам и усталости.
Нефтегазовая промышленность
Такие компоненты, как утяжеленные бурильные трубы, скважинные инструменты и другие детали, подвергающиеся высоким нагрузкам, изготавливаются из стали 4140 благодаря ее превосходной прочности и устойчивости к суровым условиям эксплуатации.
Инструменты и штампы
Твердость и износостойкость стали делают ее подходящей для применения в инструментах, включая ковочные штампы, основы пресс-форм и т. д. режущие инструменты.
Аэрокосмическая индустрия
В аэрокосмической отрасли сталь 4140 используется в деталях, требующих баланса прочности, ударной вязкости и веса. Такие компоненты, как шасси и опоры конструкции, выигрывают от способности стали сохранять работоспособность при высоких нагрузках.
Преимущества и недостатки стали 4140
| Наши преимущества | Недостатки бонуса без депозита |
|---|---|
| Высокая прочность | Более высокая стоимость |
| Хорошая прочность | Трудности со сваркой |
| Отличная износостойкость | Ограниченная коррозионная стойкость |
| Термически обрабатываемый | Изменчивость твердости |
| разносторонний | Проблемы обработки |
| Хорошая обрабатываемость в определенных условиях | Тепловая чувствительность |
При какой температуре нормализуется 4140?
Нормализация стали 4140 при температуре 1600°F (870°C) улучшает ее механические свойства за счет улучшения зеренной структуры и снятия внутренних напряжений. Этот процесс повышает прочность, ударную вязкость и обрабатываемость стали, обеспечивая при этом более однородную микроструктуру.
Сталь 4140 в зависимости от температуры отпуска
Сталь 4140 затвердевает в диапазоне температур от 1525° до 1625° F (от 830° до 885° C) и обычно закаливается в масле. Механические свойства стали 4140 можно существенно изменить путем отпуска ее при температуре от 400° до 1300° F (от 200° до 705° C).
Свойства стали 4140, отожженной при температуре 1600°F и закалки в масле
Когда сталь 4140 отжигается при температуре 1600°F (871°C), она подвергается процессу, который размягчает материал, что облегчает его обработку и работу. Если после отжига сталь закаливают в масле, ее быстро охлаждают для закалки стали.
Сталь 4140 ржавеет?
Да, сталь 4140 может ржаветь. Хотя это низколегированная сталь с хорошей твердостью и прочностью, она по-прежнему подвержена коррозии, поскольку содержит железо, которое склонно к ржавчине при воздействии влаги и кислорода.
Чтобы уменьшить ржавчину, сталь 4140 можно покрыть защитными покрытиями, такими как гальваническое покрытие или покраска, или обработать ингибиторами ржавчины.
4140 — это нержавеющая сталь?
Нет, 4140 — это не нержавеющая сталь. Это легированная сталь, особенно низколегированная, что означает, что она содержит железо, а также небольшое количество углерода, хрома и молибдена.
4140 против 4130 Сталь
Сталь 4140 обычно обеспечивает более высокий предел прочности и текучести по сравнению со сталью 4130, что делает ее более подходящей для применений с высокими нагрузками. После закалки и отпуска сталь 4140 имеет твердость от 28 до 32 HRC. Напротив, сталь 4130 имеет более низкий предел прочности и текучести.
Стальные детали 4140 по индивидуальному заказу от BOYI
Ищете высококачественные детали из стали 4140, изготовленные по индивидуальному заказу? бойы ваш надежный партнер! Мы предлагаем экспертные услуги по обработке стали с ЧПУ чтобы гарантировать, что ваши детали соответствуют самым высоким стандартам точности и качества. Нужны ли вам сложные шестерни или прочные валы, наша команда здесь, чтобы с легкостью воплотить ваши идеи в жизнь. Позвольте нам помочь вам справиться с любой задачей с уверенностью. Выбирайте BOYI для непревзойденных услуг по индивидуальной обработке!
Готовы к своему проекту?
Попробуйте BOYI TECHNOLOGY прямо сейчас!
Загрузите свои 3D-модели или 2D-чертежи, чтобы получить индивидуальную поддержку
Заключение
Сталь 4140 — это надежная и универсальная легированная сталь, которая на протяжении десятилетий используется в различных отраслях промышленности. Баланс прочности, ударной вязкости и износостойкости в сочетании с возможностью термообработки в соответствии с конкретными требованиями делает его предпочтительным материалом для широкого спектра применений. Независимо от того, производите ли вы шестерни, инструменты или важные компоненты для нефтегазовой отрасли, сталь 4140 — это надежный выбор, обеспечивающий производительность и долговечность.
FAQ
Сталь 4140 широко используется для изготовления компонентов, подвергающихся высоким нагрузкам, благодаря своей превосходной прочности и долговечности. Его прочные свойства делают его идеальным для применений, требующих высокой устойчивости к износу и ударам.
Да, сталь 4140 тверже мягкой стали. В то время как мягкая сталь обычно имеет твердость около 120-180 по Бринеллю, сталь 4140 может достигать уровня твердости 28-32 HRC при закалке и отпуске.
Для сварки стали 4140 используйте прутки с низким содержанием водорода, например E7018 или E8018. Эти стержни являются предпочтительными, поскольку они помогают свести к минимуму образование водородных трещин и обеспечить хорошее качество сварки.
Каталог: Руководство по материалам
Статья написана инженерами из команды BOYI TECHNOLOGY. Фуцюань Чен — профессиональный инженер и технический эксперт с 20-летним опытом работы в сфере быстрого прототипирования, производства металлических и пластиковых деталей.
