صلابة الفولاذ 4140

فولاذ 4140 يُظهر مستويات صلابة متفاوتة في ظل ظروف وحالات معالجة مختلفة. بشكل عام، السيناريوهات الرئيسية هي كما يلي: الصلابة المُخمَّدة، الصلابة المُخمَّدة والمُقسَّاة، الصلابة المُلَدَّنة أو المُعَيَّرة، الصلابة المُقَسَّمة، والصلابة المُقَسَّمة سطحيًا.

ما هو الفولاذ 4140؟

فولاذ AISI 4140 هو فولاذ كربوني متوسط السبائك. يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة جيدة وقابلية تصلب متوسطة. بالمقارنة مع فولاذ 4340، 4140 لديه صلابة وقوة أفضل.

1. الصلابة في حالة التلدين

التلدين يُستخدم الفولاذ 4140 لتحسين قابليته للتشكيل والتشغيل الآلي قبل المعالجة. تصل أقصى صلابة للفولاذ 4140 في حالة التلدين إلى 197 HB (صلادة برينيل). تُحدد سرعات الخراطة للفولاذ 4140 للمواد التي تتراوح صلابتها بين 175 و200 HB و200 و250 HB. يُبلغ تصنيف قابليته للتشغيل الآلي 57 في حالة التلدين (مقارنةً بـ 100% للفولاذ B1112 المدرفل على البارد).

2. الصلابة في الحالة الطبيعية

تتضمن عملية التطبيع تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة محددة ثم تبريده بالهواء، مما يحسن بنية الحبوب ويمكن أن يوفر خصائص أكثر تجانسًا من الدرفلة الساخنة.

فيما يلي بيانات قطر الشريط وصلابة السطح المقدمة في شكل جدول:¹

القطر (مم)	القطر (بوصة)	صلابة السطح (HB)
13	0.5	302
25	1	302
50	2	285
100	4	241

3. الصلابة في حالة التبريد والتسخين

يُعدّ التبريد والتسخين المعالجات الحرارية الأساسية المستخدمة لتحقيق قوة وصلابة عالية في فولاذ 4140، مما يُنتج بنية مجهرية أساسها مارتنسيت مُسخّن. تُتيح هذه العملية نطاقًا واسعًا من مستويات الصلابة الممكنة، حيث تؤدي درجات حرارة التسخين الأعلى عمومًا إلى انخفاض الصلابة وزيادة الصلابة.

صلابة 4140 بعد الإخماد والتكييف تكون عمومًا 50-52 HRC.

جدول الصلابة لـ 4140 بعد التبريد والتلطيف المحدد هو كما يلي:

درجات حرارة التلطيف المحددة (الزيت المطفأ من 845 درجة مئوية / 1550 درجة فهرنهايت)

درجة حرارة التقسية (درجة مئوية)	درجة حرارة التقسية (درجة فهرنهايت)	الصلابة (HB)
205	400	578
260	500	534
315	600	495
370	700	461
425	800	429
480	900	388
540	1000	341
595	1100	311
650	1200	277
705	1300	235

تأثير حجم القسم (مُطفأ بالزيت من 845 درجة مئوية / 1550 درجة فهرنهايت ومُخفف عند 540 درجة مئوية / 1000 درجة فهرنهايت):

القطر (مم)	القطر (بوصة)	صلابة السطح (HB)
25	1	335
50	2	202
75	3	293

4. الصلابة في ظروف التصلب السطحي (التصلب بالحث، النترتة)

يعتبر الفولاذ 4140 مناسبًا جدًا لمعالجات تقوية السطح، والتي تعمل على تعزيز مقاومة التآكل مع الحفاظ على قلب أكثر صلابة.

بعد التسخين الحثي، تصل صلابة سطح الفولاذ 4140 إلى حوالي 670 HV (صلابة فيكرز).² أظهر النترتيد 4140 (من خلال التصلب) صلابة تتراوح بين 83.5-84.5 R15N (مقياس روكويل 15N).³

خاتمة

يوفر فولاذ AISI 4140 نطاقًا واسعًا من درجات الصلابة التي يمكن تحقيقها، وذلك حسب المعالجة الحرارية. يمكن أن يكون لينًا نسبيًا في حالة التلدين (حوالي 197 HB)، ويصل إلى صلابة متوسطة عند التطبيع (مثلًا، 241-302 HB حسب حجم المقطع)، ويصبح شديد الصلابة في حالة التبريد والمعالجة الحرارية (حتى 578 HB أو 57 HRC عند درجات حرارة معالجة حرارية منخفضة). يمكن لتقنيات التصلب السطحي، مثل التصلب بالحث والنيترة، أن تمنح صلابة سطحية عالية للغاية (مثلًا، 670 HV أو 83.5-84.5 R15N) مع الحفاظ على صلابة قلبه.

1. ASM الدولية. (1991). دليل ASM، المجلد 4: المعالجة الحرارية. ASM الدولية. ↩︎
2. بيسويك، ج.م. (محرر ضيف). (2009). تقنيات فولاذ المحامل: التطورات في فولاذ المحامل المتدحرجة واختباره، المجلد الثامن (STP 1524).ASTM الدولية. ↩︎
3. كولينز، جيه إيه، بوسبي، إتش، وستاب، جي (2010). التصميم الميكانيكي لعناصر الآلات والآلات: منظور منع الأعطال (الطبعة الثانية). وايلي. ↩︎