فولاذ سبائكي 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

AOBO STEEL – مورد عالمي موثوق لأدوات الفولاذ

أرسل استفسارك الآن

فولاذ السبائك 5140 هو فولاذ منخفض السبائك، أساسه الكروم، معروف بمزيجه الموثوق من القوة والمتانة والصلابة. هذه الخصائص تجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للعديد من التطبيقات الهندسية التي تتطلب أداءً موثوقًا به تحت الضغط. في Aobo Steel، نوفر فولاذ 5140 عالي الجودة يناسب احتياجاتكم الصناعية.

1. التركيب الكيميائي للفولاذ السبائكي 5140

قد يختلف التركيب الكيميائي الدقيق لفولاذ 5140 قليلاً تبعًا للمعيار المحدد (مثل SAE وASTM). ومع ذلك، يتضمن التركيب النموذجي ما يلي:

2. خصائص الفولاذ السبائكي 5140

AISI/SAE 5140 هو فولاذ منخفض السبائك، يُصنف كفولاذ سبائك متوسط الكربون، ويُعتبر درجة تقسية. إن فهم خصائص فولاذ السبائك 5140 المحددة أمرٌ بالغ الأهمية لاختيار المادة المناسبة لفهم التطبيقات. يُستخدم هذا الصنف بشكل أساسي كفولاذ تقسية، مما يجعله مناسبًا جدًا للمكونات التي تتطلب أداءً ميكانيكيًا ومتانة مُحسّنة.

2.1 الخصائص الميكانيكية لسبائك الفولاذ 5140

ال الخصائص الميكانيكية لسبائك الفولاذ 5140 تتأثر بشكل كبير بحالة المعالجة الحرارية. يُستخدم الفولاذ 5140 عادةً في حالة التصلب والمعالجة الحرارية (H&T) في مكونات مثل المسامير والأعمدة والتروس. في هذه الحالة، يتميز عادةً بالخصائص التالية:

كمرجع عام لسلسلة الفولاذ 51xx (التي تتضمن 5140) في ظروف توريد مختلفة مثل المدرفلة على الساخن، أو التطبيع، أو التلدين، أو السحب البارد، وللأحجام السداسية التي تتراوح من حوالي 11.1 ملم إلى 89 ملم، يمكن أن تشمل الخصائص النموذجية ما يلي:

• قوة الشد: حوالي 860 ميجا باسكال (125 كيلو باسكال)
• قوة الخضوع: حوالي 725 ميجا باسكال (105 كيلو باسكال)
• استطالة: حوالي 14.0%
• انخفاض في المساحة: حوالي 45.0%
• صلابة: حوالي 269 HB

من الضروري أن ندرك أن هذه قيم عامة. خصائص الفولاذ السبائكي 5140 تختلف تكلفة المواد المستخدمة في تطبيق معين بناءً على المعالجة الحرارية الدقيقة وحجم القسم ومعلمات المعالجة المستخدمة.

2.2 استجابة المعالجة الحرارية والخصائص الناتجة

سمة مميزة داخل خصائص الفولاذ السبائكي 5140 تتمثل ميزتها في استجابتها الممتازة لعمليات المعالجة الحرارية المختلفة، مما يسمح بتخصيص أدائها لتلبية متطلبات التطبيق المحددة.

• التلدين: لتحسين قابلية التشغيل الآلي أو تحضير الفولاذ لعمليات التشكيل البارد اللاحقة، يمكن تلدين فولاذ السبائك 5140. تُجرى هذه العملية عادةً في درجات حرارة تتراوح بين 815 و870 درجة مئوية (1500 و1600 درجة فهرنهايت). ينتج عن التلدين صلابة قصوى تبلغ حوالي 187 HB، مما يوفر بنية أكثر ليونة وقابلية للتشكيل.
• التصلب والتكييف (H&T): هذه هي المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا لفولاذ 5140، وهي مصممة لتحقيق مزيج مثالي من القوة والمتانة ومقاومة التآكل. الخصائص الميكانيكية المحددة المُحققة مُفصلة في الجدول أعلاه، وهي مناسبة لمجموعة واسعة من المكونات الهندسية.
• التصلب بالحث: للتطبيقات التي تتطلب صلابة سطحية فائقة ومقاومة تآكل مع الحفاظ على متانة اللب (مثل أسنان التروس وأسطح المحامل)، يمكن تقوية فولاذ السبائك 5140 بالحث بفعالية بعد دورة التصلب والتسخين الأولية. يمكن أن تُنتج هذه المعالجة السطحية قوى تحمل لللب تتراوح بين 980 و1370 ميجا باسكال (100 إلى 140 كجم/م²)، ويعتمد ذلك على عوامل مثل قطر المكون وعمق العلبة المُحقق، والذي يتراوح عادةً بين 1.0 مم و2.0 مم.

2.3 قابلية تصلب الفولاذ 5140

قابلية التصلب سبائك الفولاذ 5140 يشير إلى قدرته على تحقيق مستوى الصلابة المطلوب في مقطعه العرضي عند إخماده من درجة حرارة الأوستنيت. تُعد هذه الخاصية بالغة الأهمية في تصميم المكونات، خاصةً للأجزاء الأكبر حجمًا.

• الأداء المقارن: يتميز فولاذ 5140 بقدرة تصلب فائقة أفضل بكثير من فولاذ الكربون العادي مثل فولاذ 1040، خاصةً في أحجام المقاطع الكبيرة. هذا يضمن صلابة وخصائص ميكانيكية أكثر اتساقًا في جميع أجزاء المكون.
• الموقع النسبي: على الرغم من تفوقه على العديد من أنواع الفولاذ الكربوني، فإن قابلية التصلب لـ 5140 أقل عمومًا من بعض أنواع الفولاذ سبائك الكروم والموليبدينوم الشائعة الأخرى، مثل 4140 أو 4340. هذا التمييز مهم عند اختيار المواد للمكونات الكبيرة جدًا أو المعرضة لضغوط حرجة حيث يكون التصلب العميق والموحد أمرًا بالغ الأهمية.

2.4 اعتبارات قابلية التصنيع

فيما يتعلق بجوانب قابلية التصنيع خصائص الفولاذ السبائكي 5140يُظهر المعيار 5140، في حالتيه المقسّاة والمُطرّية، قابلية تشغيل جيدة لفولاذ سبائكي ذي محتوى كربوني. لتحسين أداء التشغيل، يُنصح بالمعالجة في حالة التلدين. مع أن تصنيفات قابلية التشغيل الصريحة لا تُقدّم دائمًا للدرجة القياسية، تجدر الإشارة إلى وجود أنواع مُصنّعة خالية من الرصاص، مثل 51L32، ضمن فئة فولاذ سبائكي متوسط الكربون، وذلك للتطبيقات التي تتطلب تحسينًا كبيرًا في قابلية التشغيل.

هل تبحث عن الفولاذ 5140؟

اتصل بنا عن طريق ملء النموذج التالي للحصول على أحدث الأسعار الآن!

3. عمليات المعالجة الحرارية الرئيسية لسبائك الفولاذ 5140

يمكن تطبيق العديد من عمليات المعالجة الحرارية المعروفة على فولاذ السبائك 5140 لتعديل بنيته الدقيقة، وبالتالي خصائصه الفيزيائية والميكانيكية. تشمل هذه المعالجات التلدين، والتطبيع، والتصلب، والتخمير، والتخمير بالحث.

3.1 التلدين لسبائك الفولاذ 5140

التلدين يتم استخدامه في المقام الأول لتليين الفولاذ السبائكي 5140، مما يعزز قابليته للتصنيع والتشكيل.

• عملية: يتضمن ذلك تسخين الفولاذ إلى نطاق درجة حرارة يتراوح بين 815 درجة مئوية إلى 870 درجة مئوية (1500 درجة فهرنهايت إلى 1600 درجة فهرنهايت)، وإبقائه عند هذه الدرجة من الحرارة لمدة مناسبة، يتبع ذلك عملية تبريد بطيئة، وعادة ما تكون تبريدًا في الفرن.
• حصيلة: تهدف هذه المعالجة إلى إنتاج بنية مجهرية من الكربيدات ذات التركيب اللؤلؤي أو الكروي في الغالب داخل مصفوفة حديدية. تبلغ أقصى صلابة يمكن تحقيقها بعد تلدين فولاذ 5140 ضمن هذا النطاق حوالي 187 HB. تُعد هذه الحالة المُطرّية، التي تتميز ببنيتها المجهرية الخاصة، مثالية لعمليات التصنيع اللاحقة نظرًا لإمكانية التشغيل الآلي المُحسّنة وقابلية التشكيل المُحسّنة.

3.2 تطبيع سبائك الفولاذ 5140

التطبيع هو عملية معالجة حرارية تستخدم لتحسين بنية الحبوب في الفولاذ السبائكي 5140، مما يخلق بنية دقيقة أكثر تجانسًا وتوحيدًا.

• عملية: وهي تتضمن تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أعلى من نقطة التحول الحرجة العليا (Ac3) ثم تبريده في الهواء الساكن.
• حصيلة: تُنتج هذه المعالجة حبيباتٍ أدقّ وأكثر اتساقًا، مما يُحسّن قوة الفولاذ ومتانته. غالبًا ما تُجرى عملية التطبيع كخطوة تحضيرية قبل المعالجات الحرارية الأخرى، مثل التصلب والتلطيف، لضمان استجابة متسقة ومثالية للمعالجات الحرارية اللاحقة.

3.3 تصلب وتلطيف الفولاذ السبائكي 5140

التصلب والتخمير (يشار إليهما غالبًا بالتبريد والتخمير) هو معالجة حرارية مهمة لفولاذ السبائك 5140 لتطوير التوازن الأمثل بين القوة والصلابة والمتانة.

• عملية التصلب: تتضمن هذه العملية أوستنيتة الفولاذ، عادةً بالتسخين إلى حوالي 840 درجة مئوية (أو حسب احتياجات التطبيق المحددة)، يليها تبريد سريع (إخماد) في وسط مناسب (مثل الزيت أو الماء). الهدف هو تحويل الأوستنيت إلى بنية مارتنسيتية أو بينيتية صلبة، مما يوفر صلابة عالية أولية.
• الصلابة: يتميز فولاذ السبائك 5140 بصلابة جيدة، متفوقًا على فولاذ الكربون العادي مثل 1040، وخاصةً في تحقيق صلابة شاملة في مقاطع يصل قطرها إلى حوالي 40 مم عند تبريدها بالماء. على سبيل المثال، تُظهر عينة فولاذ 5140 بقطر 15 مم صلابة ثابتة عبر مقطعها العرضي بفضل تكوين المارتنسيت، وهي سمة تبقى ثابتة حتى في العينات التي يبلغ قطرها 40 مم في ظروف تبريد مماثلة. ومع ذلك، فإن صلابته أقل عمومًا من صلابة السبائك الأعلى مثل فولاذ 4140 أو 4340 فُولاَذ؛ ينبغي أن يؤخذ هذا في الاعتبار عند معالجة الأقسام الكبيرة جدًا حيث يكون تحقيق صلابة موحدة أمرًا بالغ الأهمية، حيث قد توفر بدائل السبائك الأعلى صلابة أعمق.

• عملية التلطيف: بعد التصلب، يصبح الفولاذ شديد الصلابة، ولكنه غالبًا ما يكون هشًا جدًا في معظم التطبيقات. تتضمن عملية التطبيع إعادة تسخين الفولاذ المُخمّد إلى درجة حرارة محددة أقل من درجته الحرجة الدنيا (Ac1)، والتي تتراوح عادةً بين 175 و705 درجات مئوية (350 و1300 درجة فهرنهايت). تُحدد درجة حرارة التطبيع المُختارة التوازن النهائي لخصائص الفولاذ.
• حصيلة: يُخفِّض التلطيف الصلابة والقوة إلى حدٍّ ما، ولكنه يزيد بشكلٍ ملحوظ من اللدونة والمتانة، مُخفِّفًا بذلك الضغوط الداخلية الناتجة عن الإخماد. تُتيح هذه العملية تحكمًا دقيقًا في الخصائص الميكانيكية النهائية لمكونات فولاذ السبائك 5140، وتكييفها مع متطلبات الخدمة المُحددة.

3.4 الفولاذ السبائكي 5140

يعتبر الفولاذ منخفض السبائك 5140 مناسبًا جدًا لعملية التلطيف الحراري، وهي عملية تحويل متساوية الحرارة تنتج بنية دقيقة بينيتية.

• عملية: تتضمن عملية التصلب الأوستينيتي إخماد الفولاذ من درجة حرارة الأوستينيت مباشرةً إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة بداية المارتنسيت (Ms) وأقل من نطاق تكوّن البيرلايت (عادةً ضمن منطقة تحول الباينيت). يُحفظ الفولاذ عند هذه الدرجة حتى يتحول الأوستينيت تمامًا إلى الباينيت. بالنسبة لفولاذ 5140، يكتمل هذا التحول إلى الباينيت عادةً في غضون دقيقة إلى عشر دقائق عند حفظه في درجات حرارة تتراوح بين 315 و400 درجة مئوية (600 و750 درجة فهرنهايت).
• حصيلة: تؤدي هذه العملية إلى إنشاء بنية مجهرية بينيتية، معروفة بمزيجها الممتاز من القوة والصلابة والتحمل، وغالبًا مع تشويه أقل مقارنة بالتبريد والتلطيف التقليديين. يسمح تكوين الفولاذ السبائكي 5140 بالتلطيف في أحجام أقسام أكبر مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي مثل 1080، بسبب توفر المزيد من الوقت لتجاوز تكوين اللؤلؤ أثناء التبريد.

3.5 التصلب بالحث لسبائك الفولاذ 5140

للتطبيقات التي تتطلب صلابة سطحية عالية ومقاومة تآكل مع قلب صلب، يمكن تقوية فولاذ السبائك 5140 بالحث بفعالية. تُجرى هذه العملية عادةً بعد معالجة أولية بالتصلب والتخمير لتحديد خصائص القلب المطلوبة.

• عملية: التصلب الحثي هو تقنية تصلب السطح التي تستخدم الحث الكهرومغناطيسي لتسخين الطبقة السطحية للفولاذ بسرعة فوق درجة حرارة تحولها، يليه الإطفاء الفوري.
• حصيلة: يُنتج هذا غلافًا سطحيًا صلبًا مع الحفاظ على الخصائص المفيدة المُحددة مسبقًا (مثل المتانة أو القوة العالية) للقلب. بالنسبة لفولاذ السبائك 5140 (الذي يُصنف عادةً مع 4140 لهذه الخاصية)، يُمكن للتصلب بالحث تحقيق أعماق غلاف تتراوح بين 1.0 مم و2.0 مم، مع قوة قلب تتراوح عادةً بين 100 و140 كجم/م²، اعتمادًا على قطر المُكوّن ومعايير العملية المُحددة. تُعد هذه الخاصية المزدوجة مُفيدة للغاية للمكونات المُعرّضة لتآكل السطح وإجهادات القلب.

3.6 ملخص خيارات المعالجة الحرارية لسبائك الفولاذ 5140

لتزويدك بنظرة عامة واضحة، يلخص الجدول التالي عمليات المعالجة الحرارية الرئيسية لسبائك الفولاذ 5140:

4. التطبيقات

فيما يلي نظرة عن قرب على المكان الذي يتألق فيه الفولاذ السبائكي 5140 عادةً، مما يوضح قدراته في الاستخدامات الصناعية المختلفة:

لماذا تختار الفولاذ السبائكي 5140 لهذه التطبيقات؟

القاسم المشترك بين هذه التطبيقات المتنوعة هو الحاجة المستمرة لمادة تجمع بين القوة والمتانة وقابلية التصلب. فولاذ السبائك 5140 هو فولاذ منخفض السبائك ذو درجة تصلب قوية، يحظى بتقدير كبير لأدائه الموثوق والمتسق. وهو فعال بشكل خاص للأجزاء ذات أحجام المقاطع المتوسطة. في هذه المكونات، تسمح خصائص قابلية التصلب الخاصة به بتصلب شامل وموحد (يُعرف بالتصلب الشامل). يوفر هذا ميزة واضحة على درجات الفولاذ الكربوني الأبسط، مثل 1040، مما يضمن أن مكوناتك - من المسامير والأعمدة الرئيسية إلى التروس والمسبوكات المتينة - تحقق الخصائص الميكانيكية المطلوبة لأداء موثوق ودائم في بيئات الخدمة المخصصة لها.

5. درجات مكافئة من الفولاذ السبائكي 5140

• SAE/AISI: 5140
• ASTM: A29/A29M
• ايزو: 683-1 (مفهوم الدرجة المماثل)
• دين: 41Cr4 / 42Cr4 (رقم المادة 1.7035)
• جيس: إس سي آر 440