5140 LEGOVANÁ OCEL | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

AOBO STEEL – Trusted Global Tool Steel Supplier

Odeslat poptávku

Legovaná ocel 5140 je nízkolegovaná ocel na bázi chromu, známá pro svou spolehlivou kombinaci pevnosti, houževnatosti a kalitelnosti. Díky těmto vlastnostem je všestrannou volbou pro mnoho inženýrských aplikací vyžadujících spolehlivý výkon při namáhání. V Aobo Steel dodáváme vysoce kvalitní ocel 5140 vhodnou pro vaše výrobní potřeby.

1. Chemické složení slitinové oceli 5140

Přesné chemické složení oceli 5140 se může mírně lišit v závislosti na konkrétní normě (např. SAE, ASTM). Typické složení však zahrnuje:

2. Vlastnosti legované oceli 5140

AISI/SAE 5140 je nízkolegovaná ocel, klasifikovaná jako středně uhlíková legovaná ocel a je považována za kalitelnou jakost. Pochopení specifických vlastností legované oceli 5140 je klíčové pro výběr správného materiálu pro pochopení aplikací. Tato jakost se primárně používá jako kalitelná ocel, takže je velmi vhodná pro součásti, které vyžadují zvýšený mechanický výkon a odolnost.

2.1 Mechanické vlastnosti legované oceli 5140

The mechanické vlastnosti legované oceli 5140 jsou významně ovlivněny stavem tepelného zpracování. Pro součásti, jako jsou čepy, hřídele a ozubená kola, se ocel 5140 běžně používá v kaleném a popouštěném (H&T) stavu. V tomto stavu obvykle vykazuje následující vlastnosti:

Jako obecná reference pro řadu ocelí 51xx (která zahrnuje i 5140) v různých dodacích podmínkách, jako je válcování za tepla, normalizace, žíhání nebo tažení za studena, a pro šestihranné rozměry v rozmezí přibližně 11,1 mm až 89 mm, mohou typické vlastnosti zahrnovat:

• Pevnost v tahu: Přibližně 860 MPa (125 ksi)
• Mez kluzu: Přibližně 725 MPa (105 ksi)
• Prodloužení: Přibližně 14,01 TP3T
• Zmenšení plochy: Přibližně 45,01 TP3T
• Tvrdost: Přibližně 269 HB

Je zásadní si uvědomit, že se jedná o obecné hodnoty. Přesné Vlastnosti legované oceli 5140 pro konkrétní aplikaci se bude lišit v závislosti na přesném tepelném zpracování, velikosti průřezu a použitých parametrech zpracování.

2.2 Reakce na tepelné zpracování a výsledné vlastnosti

Určující charakteristikou v rámci Vlastnosti legované oceli 5140 je jeho vynikající reakce na různé procesy tepelného zpracování, což umožňuje přizpůsobit jeho výkon specifickým požadavkům aplikace.

• Žíhání: Pro zlepšení obrobitelnosti nebo přípravu oceli pro následné tváření za studena lze legovanou ocel 5140 žíhat. Tento proces se obvykle provádí při teplotách v rozmezí od 815 °C do 870 °C (1500 °F až 1600 °F). Žíháním se dosáhne maximální tvrdosti přibližně 187 HB, což poskytuje měkčí a lépe zpracovatelnou strukturu.
• Kalení a popouštění (H&T): Toto je nejběžnější tepelné zpracování oceli 5140, které je navrženo tak, aby dosáhlo optimální kombinace pevnosti, houževnatosti a odolnosti proti opotřebení. Dosažené specifické mechanické vlastnosti jsou podrobně uvedeny v tabulce výše a jsou vhodné pro širokou škálu technických součástí.
• Indukční kalení: For applications demanding superior surface hardness and wear resistance while retaining core toughness (e.g., gear teeth, bearing surfaces), 5140 alloy steel can be effectively induction hardened after the initial hardening and tempering cycle. This surface treatment can yield core strengths between 980 MPa and 1370 MPa (100 to 140 kgf/mm²), contingent on factors such as the component’s diameter and the achieved case depth, which is typically between 1.0 mm and 2.0 mm.

2.3 Kalitelnost oceli 5140

Kalitelnost legovaná ocel 5140 označuje jeho schopnost dosáhnout požadované úrovně tvrdosti v celém průřezu po kalení z austenitizační teploty. Jedná se o kritickou vlastnost ovlivňující konstrukci součásti, zejména u větších dílů.

• Srovnávací výkon: Ocel 5140 vykazuje výrazně lepší schopnosti prokalování než obyčejné uhlíkové oceli, jako je 1040, zejména u větších průřezů. To zajišťuje rovnoměrnější tvrdost a mechanické vlastnosti v celé součásti.
• Relativní pozice: I když je kalitelnost oceli 5140 lepší než u mnoha uhlíkových ocelí, je obecně nižší než u některých jiných běžných chrom-molybdenových legovaných ocelí, jako jsou 4140 nebo 4340. Tento rozdíl je důležitý při výběru materiálů pro velmi velké nebo kriticky namáhané součásti, kde je hluboké a rovnoměrné kalení prvořadé.

2.4 Úvahy o obrobitelnosti

Pokud jde o aspekt obrobitelnosti Vlastnosti legované oceli 5140, standard 5140 in the hardened and tempered condition presents fair machinability for an alloy steel of its carbon content. For improved machining performance, processing in the annealed condition is recommended. While explicit machinability ratings are not always provided for the standard grade, it’s worth noting that leaded free-machining variants, such as 51L32, exist within the medium-carbon alloy steel category for applications where significantly enhanced machinability is a primary requirement.

Are you looking for 5140 steel?

Contact us by filling out the following form for the latest quotation now!

3. Klíčové procesy tepelného zpracování pro legovanou ocel 5140

Several established heat treatment processes can be applied to 5140 alloy steel to modify its microstructure and, consequently, its physical and mechanical properties. These treatments include annealing, normalizing, hardening and tempering, austempering, and induction hardening.

3.1 Žíhání legované oceli 5140

Žíhání se používá především ke změkčení legované oceli 5140, čímž se zlepšuje její obrobitelnost a tvařitelnost.

• Proces: To zahrnuje ohřev oceli na teplotní rozsah 815 °C až 870 °C (1500 °F až 1600 °F), její udržování na této teplotě po dostatečně dlouhou dobu a následné pomalé ochlazování, obvykle v peci.
• Výsledek: Tato úprava si klade za cíl vytvořit mikrostrukturu převážně perlitických nebo sféroidizovaných karbidů ve feritické matrici. Maximální tvrdost dosažitelná po žíhání oceli 5140 v tomto rozsahu je přibližně 187 HB. Tento změkčený stav, charakterizovaný specifickou mikrostrukturou, je ideální pro následné výrobní operace díky zlepšené obrobitelnosti a tvařitelnosti.

3.2 Normalizace legované oceli 5140

Normalizace je proces tepelného zpracování používaný ke zjemnění struktury zrna legované oceli 5140, čímž se vytvoří rovnoměrnější a homogennější mikrostruktura.

• Proces: Zahrnuje ohřev oceli na teplotu nad jejím horním kritickým bodem transformace (Ac3) a následné ochlazení na klidném vzduchu.
• Výsledek: This treatment results in a finer, more uniform grain size, which can improve the steel’s strength and toughness. Normalizing is often performed as a preparatory step before further heat treatments like hardening and tempering, ensuring a consistent and optimal response to subsequent thermal processing.

3.3 Kalení a popouštění legované oceli 5140

Hardening and tempering (often referred to as quenching and tempering) is a critical heat treatment for 5140 alloy steel to develop its optimal balance of strength, hardness, and toughness.

• Proces kalení: To zahrnuje austenitizaci oceli, obvykle zahřátím na přibližně 840 °C (nebo dle specifických potřeb aplikace), následovanou rychlým ochlazením (kalením) ve vhodném médiu (např. oleji nebo vodě). Cílem je přeměnit austenit na tvrdou martenzitickou nebo bainitickou strukturu, která poskytuje počáteční vysokou tvrdost.
• Kalitelnost: Legovaná ocel 5140 vykazuje dobrou prokalitelnost, lepší než obyčejné uhlíkové oceli, jako je 1040, zejména při dosahování průřezové tvrdosti v průřezech do průměru přibližně 40 mm po kalení ve vodě. Například vzorek 5140 o průměru 15 mm vykazuje konzistentní tvrdost v celém průřezu díky tvorbě martenzitu, což je vlastnost, která se za podobných podmínek kalení udržuje i u vzorků o průměru 40 mm. Její prokalitelnost je však obecně nižší než u vyšších jakostí slitin, jako je ocel 4140 nebo 4340 steel; toto je třeba vzít v úvahu při opracování velmi velkých profilů, kde je dosažení rovnoměrné tvrdosti v celé tloušťce materiálu zásadní, protože alternativy s vyšším obsahem slitin mohou nabídnout hlubší kalení.

• Proces temperování: Po kalení je ocel extrémně tvrdá, ale pro většinu aplikací často příliš křehká. Popouštění zahrnuje opětovné ohřátí kalené oceli na specifickou teplotu pod její dolní kritickou teplotou (Ac1), obvykle mezi 175 °C a 705 °C (350 °F a 1300 °F). Zvolená teplota popouštění určuje konečnou rovnováhu vlastností.
• Výsledek: Popouštění do určité míry snižuje tvrdost a pevnost, ale výrazně zvyšuje tažnost a houževnatost, čímž uvolňuje vnitřní pnutí vznikající během kalení. Tento proces umožňuje přesnou kontrolu nad konečnými mechanickými vlastnostmi součástí z legované oceli 5140 a přizpůsobuje je specifickým provozním požadavkům.

3.4 Izotermické kalení legované oceli 5140

Nízkolegovaná ocel 5140 je považována za vhodnou pro izotermické kalení, což je izotermický transformační proces, při kterém vzniká bainitická mikrostruktura.

• Proces: Izotermické kalení zahrnuje kalení oceli z její austenitizační teploty přímo na teplotu nad počáteční teplotou martenzitu (Ms), ale pod rozsahem tvorby perlitu (obvykle v zóně bainitické transformace). Ocel se udržuje na této teplotě, dokud se austenit zcela nepřemění na bainit. U oceli 5140 je tato transformace na bainit obvykle dokončena během 1 až 10 minut při teplotách mezi 315 °C a 400 °C (600 °F až 750 °F).
• Výsledek: This process results in a bainitic microstructure, known for its excellent combination of strength, toughness, and ductility, often with reduced distortion compared to conventional quenching and tempering. 5140 alloy steel’s composition allows for austempering in larger section sizes compared to plain carbon steels like 1080, due to more time available to bypass pearlite formation during cooling.

3.5 Indukční kalení legované oceli 5140

Pro aplikace vyžadující vysokou povrchovou tvrdost a odolnost proti opotřebení v kombinaci s houževnatým jádrem lze legovanou ocel 5140 efektivně indukčním kalením. Tento proces se obvykle provádí po počátečním kalení a popouštění, aby se dosáhlo požadovaných vlastností jádra.

• Proces: Indukční kalení je technika povrchového kalení, která využívá elektromagnetickou indukci k rychlému ohřevu povrchové vrstvy oceli nad její transformační teplotu a následnému okamžitému kalení.
• Výsledek: This creates a hard surface case while maintaining the pre-established beneficial properties (like toughness or high strength) of the core. For 5140 alloy steel (often grouped with 4140 for this characteristic), induction hardening can achieve case depths of 1.0 mm to 2.0 mm, with core strengths typically ranging between 100-140 kgf/mm², depending on the component’s diameter and specific process parameters. This dual-property characteristic is highly advantageous for components subjected to surface wear and core stresses.

3.6 Přehled možností tepelného zpracování pro legovanou ocel 5140

Pro lepší představu o tom, jak tepelně zpracovat legovanou ocel 5140, shrnuje následující tabulka klíčové procesy tepelného zpracování:

4. Aplikace

Zde se blíže podíváme na to, kde legovaná ocel 5140 obvykle vyniká a demonstruje své schopnosti v různých průmyslových aplikacích:

Proč zvolit pro tyto aplikace legovanou ocel 5140?

Společným rysem všech těchto rozmanitých aplikací je neustálá potřeba materiálu, který poskytuje vynikající kombinaci pevnosti, houževnatosti a prokalitelnosti. Legovaná ocel 5140 je robustní, kalitelná nízkolegovaná ocel, která je dobře ceněna pro svůj spolehlivý a konzistentní výkon. Je obzvláště účinná pro díly se středními průřezy. U těchto součástí umožňují její specifické vlastnosti prokalitelnosti důkladné a rovnoměrné prokalení (známé jako průběžné kalení). To poskytuje zřetelnou výhodu oproti jednodušším jakostem uhlíkové oceli, jako je 1040, a zajišťuje, že vaše součásti – od kritických čepů a hřídelí až po odolná ozubená kola a výkovky – dosáhnou požadovaných mechanických vlastností pro spolehlivý a dlouhodobý výkon v zamýšleném provozním prostředí.

5. Ekvivalenty legované oceli 5140

• SAE/AISI: 5140
• ASTM: A29/A29M
• ISO: 683-1 (koncept podobného stupně)
• RÁMUS: 41Cr4 / 42Cr4 (č. materiálu 1.7035)
• JIS: SCR440