فولاذ سبائكي 4140 | 42CRMO4 | SCM440

AOBO STEEL - مورد عالمي موثوق لأدوات الفولاذ

فولاذ سبائك 4140 هو فولاذ سبائك الكروم والموليبدينوم متعدد الاستخدامات، يتميز بقوة وصلابة وصلابة عالية، مما يجعله مناسبًا لظروف الخدمة القاسية المتوسطة بعد المعالجة الحرارية المناسبة. يُصنف هذا الفولاذ مع الكروم والموليبدينوم كعنصرين أساسيين في سبائكه.

1. التركيب الكيميائي لسبائك الفولاذ 4140

الكربون (C): يتراوح من 0.38% إلى 0.43%. يساهم ارتفاع نسبة الكربون مقارنةً بالفولاذ 4130 في زيادة صلابته ومتانته.
المنغنيز (Mn): عادة ما يكون ضمن النطاق من 0.75% إلى 1.00%.
السيليكون (Si): عادة ما يكون بين 0.15% و 0.35%.
الكروم (Cr): تتراوح من 0.80% إلى 1.10%. قد تتراوح بعض المعايير بين 0.90% و1.20%.
الموليبدينوم (Mo): يتراوح عادةً بين 0.15% و0.25%. قد تُدرج معايير أخرى بين 0.15% و0.30%. يُساعد الموليبدينوم على الحصول على بنية دقيقة مرغوبة بعد المعالجة الحرارية.
الفوسفور (P): الحد الأقصى 0.035%.
الكبريت (S): الحد الأقصى هو 0.040%. قد تُدرج بعض المعايير المحددة حدًا أقصى قدره 0.035%.

2. الخصائص الفيزيائية

الخصائص الفيزيائية لسبائك الفولاذ 4140 (42CrMo4) مقابل درجة الحرارة

درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	الموصلية الحرارية (وات/م·ك)	متوسط السعة الحرارية النوعية (كيلوجول/كجم·كلفن)	متوسط معامل التمدد الخطي (x 10⁻⁶ K⁻¹)	الكثافة (كجم/م³)	معامل يونغ (× 10⁵ ميجا باسكال)
20	68	46.71	472.91	11.28	7848.2	211.6
100	212	46.06	486.33	11.67	7820.7	203.1
200	392	45.59	499.21	12.32	7790.2	197.5
300	572	43.47	519.18	12.85	7757.4	193.7
400	752	40.7	543.45	13.37	7722.3	188.6
500	932	37.67	570.3	13.9	7684.7	180.2
600	1112	34.63	599.31	14.42	7644.5	167.0

3. الخصائص الميكانيكية

يمكن تعديل الخصائص الميكانيكية لسبائك الفولاذ 4140 بشكل كبير من خلال المعالجة الحرارية. إن العملية الأكثر شيوعًا، وهي الإخماد والتهدئة، تُستخدم على نطاق واسع في أجزاء الآلات وأوعية الضغط والتطبيقات الهيكلية لتعزيز قوة الخضوع وقوة الشد وصلابة الشق بما يتجاوز ما يمكن تحقيقه في الحالات المدرفلة أو الملدنة أو الطبيعية.

3.1 الفولاذ 4140 المُطهى والمُقسّى

عند تبريد فولاذ 4140 بالزيت، ثم معالجته بدرجات حرارة مختلفة، تتغير خصائصه الميكانيكية بشكل متوقع. يتيح هذا التحكم الدقيق في الخصائص النهائية للفولاذ لتلبية متطلبات التشغيل المحددة. فيما يلي ملخص للخصائص الميكانيكية النموذجية المحققة عند درجات حرارة معالجة مختلفة:

الجدول 1: الخصائص الميكانيكية النموذجية لسبائك الفولاذ 4140 المُخمّدة بالزيت والمُقسّاة

درجة حرارة التلطيف	قوة الشد (ميجا باسكال)	قوة الخضوع (MPa)	الاستطالة (%)	تقليل المساحة (%)	الصلابة (HB)
205 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت)	1965 – 1980	1740 – 1860	11	39 – 42	520 – 578
260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت)	1860	1650	11	44	534
315 درجة مئوية (600 درجة فهرنهايت)	1720 – 1760	1570 – 1620	11.5 – 12	44 – 46	490 – 495
425 درجة مئوية (800 درجة فهرنهايت)	1450 – 1500	1340 – 1365	14 – 15	48 – 50	429 – 440
540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت)	1150 – 1240	1050 – 1160	17 – 17.5	53 – 55	341 – 360
595 درجة مئوية (1100 درجة فهرنهايت)	1020	910	19	58	311
650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت)	900 – 1020	790 – 860	20 – 21	60 – 61	277 – 290
705 درجة مئوية (1300 درجة فهرنهايت)	810 – 860	690 – 740	23	63 – 65	235 – 250

ملاحظة: قد تختلف القيم بناءً على ممارسات المطاحن المختلفة، بالإضافة إلى اختلافات طفيفة في التركيب. HB يرمز إلى صلابة برينيل.

3.2 تأثير حجم المقطع (تأثير الكتلة) على خصائص الفولاذ 4140

من المهم مراعاة حجم مقطع أو كتلة مكون الفولاذ 4140 أثناء تحديد مواصفات المعالجة الحرارية، خاصةً عند السعي لتحقيق مستويات قوة عالية. فولاذ AISI 4140 ليس فولاذًا شديد التصلب، مما يعني أن المقاطع الأكبر قد لا تحقق نفس الصلابة أو القوة التي تحققها المقاطع الأصغر عند تعرضها لنفس المعالجة الحرارية.

يوضح الجدول التالي تأثير قطر الشريط على الخصائص الميكانيكية للفولاذ 4140 المطفأ بالزيت عند درجة حرارة 845 درجة مئوية (1550 درجة فهرنهايت) والمخفف عند درجة حرارة 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت):

الجدول 2: تأثير قطر القضيب على الخواص الميكانيكية للفولاذ 4140 (المُقسّى عند 540 درجة مئوية / 1000 درجة فهرنهايت)

قطر الشريط	قوة الشد (ميجا باسكال)	قوة الخضوع (MPa)	الاستطالة (%)	تقليل المساحة (%)	صلابة السطح (HB)
25 ملم (1 بوصة)	1140	985	15	50	335
50 ملم (2 بوصة)	920	750	18	55	202
75 ملم (3 بوصة)	860	655	19	55	293

إن فهم هذا التأثير الشامل أمر بالغ الأهمية لتصميم المكونات التي ستعمل بشكل موثوق.

3.3 الخصائص الميكانيكية للفولاذ 4140 في ظروف أخرى

بالإضافة إلى التبريد والتصلب، يمكن توريد الفولاذ السبائكي 4140 أو معالجته في ظروف أخرى:

3.3.1 الفولاذ 4140 المُلدَّن

التلدين، الذي يتضمن تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة تتراوح بين 830 و870 درجة مئوية (1525 و1600 درجة فهرنهايت)، يليه تبريد بطيء في الفرن، يُنتج مادةً أكثر ليونة ومرونة. وغالبًا ما يُفضّل هذا الوضع في عمليات التشغيل اللاحقة.

المدرفلة على الساخن، الملدنة 4140: تظهر عادة قوة خضوع تبلغ حوالي 434 ميجا باسكال (63 كيلو باسكال) وقوة شد تبلغ 620 ميجا باسكال (90 كيلو باسكال)، مع استطالة تبلغ حوالي 27%.
المسحوب على البارد، الملدن 4140: يظهر عمومًا قوة أعلى، مع قوة خضوع نموذجية تبلغ 620 ميجا باسكال (90 كيلو باسكال) وقوة شد تبلغ 703 ميجا باسكال (102 كيلو باسكال)، واستطالة تبلغ حوالي 18%.

3.3.2 الفولاذ 4140 الطبيعي

تتضمن عملية التطبيع تسخين فولاذ 4140 إلى درجة حرارة تتراوح بين 845 و925 درجة مئوية (1550 و1700 درجة فهرنهايت)، يليها تبريد بالهواء. تُحسّن هذه العملية بنية الحبيبات وتُحسّن تجانسها. على سبيل المثال، عند تطبيع فولاذ 4140 عند درجة حرارة 870 درجة مئوية (1600 درجة فهرنهايت)، ثم تلطيفه، يمكن تحقيق صلابة تتراوح بين 220 و240 HB.

3.4 قابلية تصلب الفولاذ السبائكي 4140

من أهم مميزات فولاذ السبائك 4140 قابليته العالية للتصلب، والتي تُشير إلى قابليته للتصلب بالمعالجة الحرارية. وهذا مقياس لعمق تصلب الفولاذ عند الإخماد. في التطبيقات المتخصصة، توفر درجات فولاذ 4140H خصائص صلابة مضمونة، غالبًا ما يتم التحقق منها باستخدام اختبار جوميني للإخماد النهائي، مع متطلبات مثل الحد الأدنى للصلابة 49 HRC عند مسافات جوميني محددة.

4. المعالجة الحرارية

يعتمد تحقيق أعلى أداء من تطبيقات فولاذ السبائك 4140 على المعالجة الحرارية الدقيقة والمناسبة. وبصفته فولاذًا متعدد الاستخدامات من الكروم والموليبدينوم، يوفر فولاذ 4140 مزيجًا ممتازًا من القوة والمتانة ومقاومة التآكل عند معالجته بشكل صحيح.

4.1 عمليات المعالجة الحرارية لسبائك الفولاذ 4140

يمكن تطبيق عدة معالجات حرارية قياسية على فولاذ السبائك 4140 لتحقيق مجموعة واسعة من الخصائص الميكانيكية. اختيار العملية المناسبة أمر بالغ الأهمية للتطبيق النهائي.

4.1.1 تطبيع الفولاذ 4140

غالبًا ما يُستخدم التطبيع كمعالجة تكييفية قبل المعالجة الحرارية النهائية، أو لتحسين بنية حبيبات المكونات التي خضعت لتبريد غير منتظم نتيجة درجات حرارة عالية. تُحسّن هذه العملية تجانس وخصائص فولاذ 4140 الميكانيكية.

درجة حرارة التسخين: من ٨٤٥ إلى ٩٢٥ درجة مئوية (من ١٥٥٠ إلى ١٧٠٠ درجة فهرنهايت). تتراوح درجة الحرارة المحددة عادةً بين ٨٧٠ إلى ٩٠٠ درجة مئوية (من ١٦٠٠ إلى ١٦٥٠ درجة فهرنهايت).
وقت التثبيت: الحد الأدنى 1 ساعة، أو 15-20 دقيقة لكل 25 مم (1 بوصة) من أقصى سمك للمقطع.
التبريد: تبريد الهواء.

4.1.2 التلدين للفولاذ 4140

تُستخدم عملية التلدين بشكل أساسي لتليين فولاذ السبائك 4140، مما يُحسّن قابليته للتشكيل ويُخفف الضغوط الداخلية. تُنتج هذه المعالجة مادةً أكثر ليونة.

درجة حرارة التسخين: تتراوح عادةً بين 830 و870 درجة مئوية (1525 و1600 درجة فهرنهايت). ويمكن تحقيق أقصى صلابة للمعدن عند 197 درجة فهرنهايت من خلال نطاق يتراوح بين 790 و845 درجة مئوية (1450 و1550 درجة فهرنهايت).
وقت الإمساك: يعتمد على سمك القسم أو حمل الفرن.
التبريد: يقوم الفرن بالتبريد بمعدل متحكم به يبلغ حوالي 15 درجة مئوية/ساعة (30 درجة فهرنهايت/ساعة) حتى يصل إلى 480 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت)، يليه التبريد بالهواء.
صلابة متوقعة: حوالي 150-200 HB في الحالة الملدنة.

4.1.3 كروية الفولاذ 4140 لتحسين قابلية التصنيع

إن عملية التشكيل الكروي تخلق بنية دقيقة من الكربيدات الكروية داخل مصفوفة فيريتية، وهو ما يعتبر مثالياً لإمكانية تصنيع الفولاذ 4140.

درجة حرارة التسخين: 760 درجة مئوية إلى 775 درجة مئوية (1400 درجة فهرنهايت إلى 1425 درجة فهرنهايت).
مدة الاحتفاظ: من 4 إلى 12 ساعة.
التبريد: تبريد بطيء. ملاحظة: قد يتضمن التشكيل الكروي الكامل الأوستنيت عند درجات حرارة أعلى قليلاً من Ac1 أو في منتصف الطريق بين Ac1 و Ac3، تليها تبريد أو ثبات بطيء للغاية.

4.1.4 تصلب الفولاذ السبائكي 4140: التبريد والتصلب

الطريقة الأكثر شيوعًا لتحقيق القوة العالية والصلابة في الفولاذ السبائكي 4140 هي من خلال إخماد و التلطيف. إن المعالجة الحرارية المكونة من مرحلتين للفولاذ السبائكي 4140 أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الصعبة.

أ. الأوستنيت (التسخين للتصلب).

درجة حرارة تسخين الفرن: 830 درجة مئوية إلى 855 درجة مئوية (1525 درجة فهرنهايت إلى 1575 درجة فهرنهايت).
درجة حرارة التسخين الحثي: يوصى بدرجة حرارة تتراوح من 870 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية (1600 درجة فهرنهايت إلى 1650 درجة فهرنهايت) للتصلب الحثي.
نطاق التصلب العام: من 860 درجة مئوية إلى 885 درجة مئوية (من 1575 درجة فهرنهايت إلى 1625 درجة فهرنهايت).
وقت النقع: التوجيه العام هو 5 دقائق لكل بوصة (25 مم) من أصغر مقطع عرضي بمجرد وصول الجزء إلى درجة الحرارة.

ب. الإخماد.

وسط التبريد: يُعد الزيت الوسط المُفضّل لفولاذ 4140. يُمكن استخدام التبريد بالماء، ولكنه يزيد من خطر التشقق والتشوّه بسبب محتوى الكربون في الفولاذ؛ لذا، يُنصح بتوخي الحذر الشديد عند استخدامه.
الخطوة الحرجة بعد الإطفاء: يجب البدء في عملية التلطيف بمجرد أن تبرد الأجزاء إلى 52 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية (125 درجة فهرنهايت إلى 150 درجة فهرنهايت) لمنع التشقق.
التحكم في التشوه: بالنسبة للأقسام المسطحة أو الأنبوبية، يمكن أن يساعد الغمر الرأسي أثناء الإطفاء في تقليل الإجهاد والتشويه.

ج. فولاذ 4140 للتلطيف.

الطريقة: قم بتسخين الجزء المطفأ إلى درجة حرارة محددة أقل من النقطة الحرجة (Ac1)، ثم اتركه لمدة كافية، ثم قم بتبريده.
وقت التثبيت: عادة ساعتين لكل بوصة (25 مم) من المقطع العرضي.
نطاق "الهشاشة الزرقاء": تجنب معالجة الفولاذ 4140 في درجات حرارة تتراوح بين 230 درجة مئوية و370 درجة مئوية (450 درجة فهرنهايت إلى 700 درجة فهرنهايت) لأن هذا قد يؤدي إلى تقليل الصلابة.

4.2 قابلية التصلب في الفولاذ 4140

تشير قابلية التصلد إلى العمق الذي يمكن أن يصلب فيه الفولاذ أثناء التبريد. يساهم الكروم والموليبدينوم في فولاذ السبائك 4140 بشكل كبير في قابليته للتصلد. من الضروري إدراك أن الخصائص الميكانيكية، وخاصةً في المقاطع العرضية الأكبر، قد تختلف من السطح إلى القلب بسبب اختلاف معدلات التبريد.

4.3 المعالجات الحرارية المتخصصة لسبائك الفولاذ 4140

بالإضافة إلى العمليات الأساسية، يمكن تطبيق معالجات أخرى على الفولاذ 4140 لمتطلبات محددة:

أ. تخفيف التوتر:

الغرض: تقليل الضغوط الداخلية الناجمة عن التشغيل أو التشكيل أو التقويم، وخاصة قبل التصلب.
درجة الحرارة: من ٦٥٠ إلى ٦٧٥ درجة مئوية (من ١٢٠٠ إلى ١٢٥٠ درجة فهرنهايت). عند الاستخدام على مادة مُصلبة، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة تخفيف الإجهاد درجة حرارة المعالجة السابقة.

ب. التصلب بالحث:

الغرض: تقنية تقوية الأسطح لتحسين مقاومة التآكل وقوة خضوع السطح بشكل ملحوظ، مما يُنتج غلافًا صلبًا فوق قلب أكثر صلابة. تُستخدم غالبًا للدبابيس والأعمدة وغيرها من المكونات عالية التحمل بعد التبريد الأولي والتطبيع.
درجة حرارة الأوستنيت (الحث): 870 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية (1600 درجة فهرنهايت إلى 1650 درجة فهرنهايت).
التلطيف (الحث): يتضمن دورات قصيرة جدًا؛ حيث يلعب الوقت ودرجة الحرارة دورًا حاسمًا.

ج. النترتة:

الغرض: عملية تصلب السطح التي تدخل النيتروجين إلى سطح الفولاذ، مما يعزز مقاومة التآكل ويحسن غالبًا عمر التعب. الفولاذ 4140 قابل للنترتة بسهولة.
درجة الحرارة: عادة ما تكون حوالي 520 درجة مئوية إلى 550 درجة مئوية (970 درجة فهرنهايت إلى 1020 درجة فهرنهايت) لفترات طويلة في جو غني بالنيتروجين.

5. تطبيقات سبائك الفولاذ 4140

تستفيد تطبيقات فولاذ السبائك 4140 استفادة كاملة من المعالجة الحرارية. تُطوّر عمليات مثل التبريد والتصلب مجموعة واسعة من الخصائص الميكانيكية.

5.1 الاستخدامات الصناعية لسبائك الفولاذ 4140

الخصائص الجوهرية للفولاذ 4140 تجعله مناسبًا تمامًا لمجموعة متنوعة من المكونات في مختلف الصناعات. فيما يلي تفصيل لتطبيقات الفولاذ السبائكي 4140 النموذجية:

فئة التطبيق	أمثلة محددة	مفتاح 4140 العقارات المستخدمة
مكونات الآلات	الأعمدة (استخدام أساسي)، المحاور، التروس، المغازل، الوصلات، أعمدة الكرنك، قضبان التوصيل، أغطية الصمامات، أجسام المخرطة، المشابك	قوة شد عالية وقوة خضوع، صلابة جيدة، مقاومة للتآكل، صلابة متوسطة
الأدوات والتجهيزات	أدوات التثبيت، وحاملات الأدوات، وأطواق الحفر، والمسامير، والدبابيس، وأجزاء الناقل	قوة جيدة، ومتانة، وقابلية للتصنيع (خاصة الدرجات المقواة مسبقًا أو المعدلة)
السيارات والفضاء	المحاور، أعمدة الكرنك، مفاصل التوجيه، الأجزاء الهيكلية عالية القوة	نسبة القوة إلى الوزن، مقاومة التعب، الصلابة
صناعة النفط والغاز	أدوات الحفر في البئر، وصلات الأدوات، أعمدة المضخة	القوة تحت الضغط، ومقاومة التآكل والتآكل المعتدل
الأجزاء المقواة السطحية	المكونات التي تتطلب متانة سطحية محسنة	ممتاز للنيتريد (أفضل من 4337، 4340، 8640)، مناسب للتصلب بالحث واللهب

5.2 تصميم الفولاذ 4140 لتطبيقات محددة

المعالجة الحرارية والتصلب:

تُعد قابلية التصلب الجيدة أمرًا بالغ الأهمية للعديد من تطبيقات فولاذ السبائك 4140، مما يضمن صلابة كافية في جميع أنحاء المقطع العرضي للقطعة. ورغم أنها لا تتمتع بنفس صلابة سبائك مثل 4340، إلا أنها توفر توازنًا ممتازًا للعديد من أحجام المكونات. يُعد فولاذ 4140 المُصلَّب مسبقًا (عادةً 262-321 HB) شائعًا في قطع غيار الآلات والأدوات نظرًا لقوة شده العالية وقدرته على الخضوع، مما يُغني المستخدم النهائي في كثير من الأحيان عن المعالجة الحرارية الإضافية.

قدرات تقوية السطح:

يتميز فولاذ السبائك 4140 بمقاومة فائقة للتآكل السطحي، مما يجعله مثاليًا للتصليد السطحي. وهو مناسب بشكل خاص للنترتة، وغالبًا ما يتفوق على أنواع الفولاذ الأخرى المحتوية على الكروم بفضل محتواه العالي من الكروم وتركيبته الخالية من النيكل. كما يُعدّ تصلب السطح بالحث واللهب من الطرق الشائعة لتحسين أسطح مكونات 4140.

اعتبارات قابلية التصنيع:

بينما يتميز الفولاذ القياسي 4140 بسهولة التشغيل، تتوفر درجات مُعدّلة للتطبيقات التي تُولي أهميةً لسهولة التشغيل. تُعدّ الإصدارات المُعاد كبريتها (مثل 4140+S) والأنواع المُضاف إليها الرصاص (مثل 41L40) من الفولاذ منخفض السبائك سهل القطع، مما يُحسّن التشغيل لإنتاج كميات كبيرة.

قابلية اللحام:

فولاذ السبائك 4140 قابل للحام، إلا أن طبيعته المُصلبة بالهواء ونسبة الكربون المكافئة العالية تتطلب إجراءات محددة، مثل التسخين المسبق، وتخفيف إجهاد ما بعد اللحام (مثل التلدين أو التطبيع والتخمير)، واستخدام مواد حشو مناسبة لمنع التشقق وضمان لحامات سليمة. ركز تصميمه على المتانة العالية من خلال المعالجة الحرارية، وليس على قابلية اللحام المثالية.

النماذج والمواصفات المتوفرة:

لخدمة تطبيقات الفولاذ السبائكي 4140 المتنوعة، يتوفر هذا النوع بأشكال مختلفة:

قضبان
القضبان (المستديرة، المربعة، المسطحة)
قضبان
المسبوكات
ملزمة
الأنابيب
لوحة ضوئية

تتضمن مواصفات المواد الفضائية المحددة ما يلي:

AMS 6349B: أشرطة مُوحدة
AMS 6381E، AMS 6390C: الأنابيب الميكانيكية
AMS 6382K: قضبان ومطروقات وحلقات

6. الدرجات المكافئة لسبائك الفولاذ 4140

أوروبا (EN/DIN): 42CrMo4 أو 1.7225
اليابان (JIS): إس سي إم 440
الصين (GB/T): 42CrMo
بريطانيا العظمى (BS): EN19 (أو 708M40/709M40)

احصل على أداء فائق مع سبائك الفولاذ 4140 الممتاز

باعتبارنا شريكك الموثوق، تستفيد شركة Aobo Steel من أكثر من 20 عامًا من الخبرة في التشكيل نوفر لكم فولاذ سبائك 4140 عالي الجودة، مصمم بدقة عالية وفقًا لمواصفاتكم الدقيقة. نضمن لكم القوة والمتانة والموثوقية التي تتطلبها تطبيقاتكم الحيوية.

هل أنت مستعد لتعزيز مشروعك؟ قم بملء النموذج أدناه لتلقي عرض أسعار شخصي أو استشارة خبير من المتخصصين لدينا.

منتجاتنا

استكشف منتجاتنا الأخرى

D2/1.2379/1.2379/SKD11

D3/1.2080/1.2080/SKD1

D6/1.2436/SKD2

A2/1.23663/1/SKD12

O1/1.2510/1.2510/SKS3

O2/1.2842

S1/1.2550

S7/1.2355

DC53

H13/1.2344/1.2344/SKD61

H11/1.2343/1.2343/SKD6

H21/1.2581/SKD7

L6/1.2714/SKT4

م2/1.3343/1.3343/سخ 51

M35/1.3243/1.3243/SK55

M42/1.3247/1.3247/SK59

P20/1.2311

P20+Ni/1.2738

420/1.2083/2Cr13

422 الفولاذ المقاوم للصدأ

محمل فولاذي 52100

الفولاذ المقاوم للصدأ 440C

4140/42CrMo4/SCM440

4340/34CrNiMo6/1.6582

4130

5140/42Cr4/SCR440

SCM415