فولاذ 4130 مقابل فولاذ 4140: كل ما تريد معرفته

4130 مقابل 4140 الفولاذ: دعونا نقارن فولاذ 4130 و AISI فولاذ 4140، بالسحب المباشر. كلاهما يُصنفان كفولاذ متوسط الكربون ومنخفض السبائك، وينتميان إلى عائلة فولاذ سبائك الكروم والموليبدينوم.

التركيب الكيميائي

الفولاذ 4130 مقابل 4140: مقارنة التركيب

العنصر	AISI 4130 (wt%)	AISI 4140 (wt%)	ملحوظات
الكربون	0.28-0.33	0.38-0.43	محتوى الكربون أعلى في 4140
المنغنيز	0.40-0.60	0.75-1.00	محتوى المنجنيز أعلى في 4140
السيليكون	0.20-0.35	0.20-0.35
الكروم	0.80-1.10	0.80-1.10
الموليبدينوم	0.15-0.25	0.15-0.25

الخصائص الميكانيكية

فولاذ 4130 مقابل فولاذ 4140: مقارنة الخصائص. تعتمد الخصائص الميكانيكية بشكل كبير على المعالجة الحرارية المُطبقة وحجم مقطع المادة. البيانات الواردة في هذا القسم مُقتبسة مباشرةً من ASM International (1991). دليل ASM، المجلد 4: المعالجة الحرارية (ص 500-503). ASM الدولية.

الخصائص الميكانيكية النموذجية للفولاذ 4130 المعالج حرارياً.

درجة حرارة التلطيف		قوة الشد		قوة الخضوع		الاستطالة في 50 مم (2 بوصة)، %	انخفاض في المساحة، %	الصلابة، HB	طاقة تأثير إيزود
درجة مئوية	درجة فهرنهايت	ميجا باسكال	كسي	ميجا باسكال	كسي
مُخمَّد ومُعالَج بالماء. قضبان مستديرة بقطر 25 مم (1 بوصة) مُخمَّدة من 845 إلى 870 درجة مئوية (1550 إلى 1600 درجة فهرنهايت).
205	400	1765	256	1765	1520	10	33	475	18	13
260	500	1670	242	1670	1430	11.5	37	455	14	10
315	600	1570	228	1570	1340	13	41	425	14	10
370	700	1475	214	1475	1250	15	45	400	20	15
425	800	1380	200	1380	1170	16.5	49	375	34	25
540	1000	1170	170	1170	1000	20	56	325	81	60
650	1200	965	140	965	830	22	63	270	135	100
مُخمَّد بالزيت ومُقوَّى. قضبان مستديرة بقطر 25 مم (1 بوصة) مُخمَّدة عند درجة حرارة 860 درجة مئوية (1575 درجة فهرنهايت).
205	400	1550	225	1340	195	11	38	450	/	/
260	500	1500	218	1275	185	11.5	40	440	/	/
315	600	1420	206	1210	175	12.5	43	418	/	/
370	700	1320	192	1120	162	14.5	48	385	/	/
425	800	1230	178	1030	150	16.5	54	360	/	/
540	1000	1030	150	840	122	20	60	305	/	/
650	1200	830	120	670	97	24	67	250	/	/

تأثير الكتلة على الخصائص النموذجية للفولاذ 4130 المعالج حرارياً

حجم الشريط (مم)	حجم الشريط (بوصة)	قوة الشد (ميجا باسكال)	قوة الشد (ksi)	قوة الخضوع (ميجا باسكال)	قوة الخضوع (ksi)	الاستطالة في 50 مم (2 بوصة)، %	انخفاض في المساحة، %	صلابة السطح، HB
25	1	1040	151	880	128	18	55	307
50	2	740	107	570	83	20	58	223
75	3	710	103	540	78	22	60	217

ملاحظة: قضبان مستديرة مُخمدة بالزيت عند درجة حرارة 845 درجة مئوية (1550 درجة فهرنهايت) ومُقسّاة عند درجة حرارة 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت)؛ قطر شد 12.83 مم (0.505 بوصة)

الخصائص الميكانيكية النموذجية للفولاذ 4140 المعالج حرارياً

درجة حرارة التلطيف (°م)	درجة حرارة التلطيف (°ف)	قوة الشد (ميجا باسكال)	قوة الشد (ksi)	قوة الخضوع (ميجا باسكال)	قوة الخضوع (ksi)	الاستطالة في 50 مم (2 بوصة)، %	انخفاض في المساحة، %	الصلابة، HB	طاقة تأثير إيزود (جول)	طاقة تأثير إيزود (قدم·رطل)
205	400	1965	285	1740	252	11	42	578	15	11
260	500	1860	270	1650	240	11	44	534	11	8
315	600	1720	250	1570	228	11.5	46	495	9	7
370	700	1590	231	1460	212	12.5	48	461	15	11
425	800	1450	210	1340	195	15	50	429	28	21
480	900	1300	188	1210	175	16	52	388	46	34
540	1000	1150	167	1050	152	17.5	55	341	65	48
595	1100	1020	148	910	132	19	58	311	93	69
650	1200	900	130	790	114	21	61	277	112	83
705	1300	810	117	690	100	23	65	235	136	100

تأثير الكتلة على الخصائص النموذجية للفولاذ 4140 المعالج حرارياً

قطر الشريط (مم)	قطر الشريط (بوصة)	قوة الشد (ميجا باسكال)	قوة الشد (ksi)	قوة الخضوع (ميجا باسكال)	قوة الخضوع (ksi)	الاستطالة في 50 مم (2 بوصة)، %	انخفاض في المساحة، %	صلابة السطح، HB
25	1	1140	165	985	143	15	50	335
50	2	920	133	750	109	18	55	202
75	3	860	125	655	95	19	55	293

ملاحظة: قضبان مستديرة مُخمدة بالزيت عند درجة حرارة 845 درجة مئوية (1550 درجة فهرنهايت) ومُقسّاة عند درجة حرارة 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت)؛ عينات شد بقطر 12.83 مم (0.505 بوصة) مقطوعة من مركز قضبان بقطر 25 مم ومن منتصف نصف قطر قضبان بقطر 50 و75 مم

إجراءات المعالجة الحرارية

4140 المعالجة الحرارية

1. التطبيع: يُسخّن إلى درجة حرارة تتراوح بين 870 و925 درجة مئوية (1600 و1700 درجة فهرنهايت) ويُحفظ لمدة ساعة على الأقل أو 15 إلى 20 دقيقة لكل 25 مم (بوصة واحدة) من أقصى سمك للمقطع؛ ويُبرّد بالهواء. غالبًا ما يُجرى التطبيع عند درجة حرارة 480 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت) أو أعلى بعد التطبيع لتقليل مقاومة الخضوع.
2. التلدين:التسخين إلى 830 إلى 870 درجة مئوية (1525 إلى 1600 درجة فهرنهايت) والاحتفاظ بها لفترة زمنية تعتمد على سمك القسم أو حمل الفرن؛ التبريد في الفرن عند حوالي 15 درجة مئوية/ساعة (30 درجة فهرنهايت/ساعة) إلى 480 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت) ثم التبريد بالهواء.
3. إخماد:إنه عبارة عن سبائك فولاذية صلبة مقاومة للماء.

4130 المعالجة الحرارية

1. التطبيع: قم بالتسخين إلى 845 إلى 925 درجة مئوية (1550 إلى 1700 درجة فهرنهايت) واتركه لمدة ساعة على الأقل أو 15 إلى 20 دقيقة لكل 25 مم (1 بوصة) من أقصى سمك للمقطع؛ ثم قم بالتبريد بالهواء.
2. التلدين: التسخين إلى 830 إلى 870 درجة مئوية (1525 إلى 1600 درجة فهرنهايت) والاحتفاظ به لفترة زمنية تعتمد على سمك القسم أو حمل الفرن؛ التبريد في الفرن عند حوالي 15 درجة مئوية/ساعة (30 درجة فهرنهايت/ساعة) إلى 480 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت) ثم التبريد بالهواء.
3. التبريد: تبريد بالزيت عند درجة حرارة 855 درجة مئوية (1575 درجة فهرنهايت) أو 845 درجة مئوية (1550 درجة فهرنهايت).
4. التطبيع: يتميز بدورة تطبيع بسيطة، تُستخدم عادةً عند درجة حرارة ١٧٥ درجة مئوية (٣٥٠ درجة فهرنهايت). لتجنب الهشاشة الزرقاء، لا يُتطبيع ٤١٤٠ عادةً بين ٢٣٠ و٣٧٠ درجة مئوية (٤٥٠ إلى ٧٠٠ درجة فهرنهايت). تعتمد درجة حرارة التطبيع ووقته على درجة الصلابة المطلوبة.

ملخص

بناءً على خصائصهما وتجربة الاستخدام، فيما يلي ملخص للاختلافات بين الفولاذ 4140 و4340.

يتميز 4140، بفضل محتواه العالي من الكربون والمنجنيز، بقدرة صلابة وقوة أكبر مقارنةً بـ 4130. هذا يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة أكبر في المقاطع الأثقل، بافتراض المعالجة الحرارية المناسبة. يتميز 4140 بقدرة صلابة أفضل، ولكنه يتطلب عملية تبريد أخف من 4130 لتحقيق نفس تأثير التبريد على الأجزاء ذات الهندسة نفسها. يمتلك 4140 احتمالية معينة للتشقق والتشوه بسبب سرعة التبريد المفرطة أثناء عملية التبريد. عند تبريد 4140، من الضروري التحكم بدقة في معاملات التبريد.

بالنسبة للمقاطع الرقيقة، قد يكفي استخدام فولاذ كربوني عادي، أما المقاطع الأثقل التي تتطلب تصلبًا، فيلزم استخدام سبيكة 4140. مع ذلك، قد لا يكون من الضروري اختيار سبيكة أغلى ثمنًا مثل سبيكة 4340 (التي تتميز بصلابة أعلى بفضل النيكل-الكروم-الموليبدينوم) إذا كانت سبيكة 4140 مناسبة. عمومًا، تُعدّ أنواع الفولاذ المحتوية على الكروم-النيكل-الموليبدينوم الأكثر تكلفة، تليها سبائك الكروم-الموليبدينوم، ثم سبائك الكروم-الخماسي.