Az 5140 ötvözött acél egy króm alapú, alacsony ötvözetű acél, amely a szilárdság, a szívósság és az edzhetőség megbízható kombinációjáról ismert. Ezek a tulajdonságok sokoldalú választássá teszik számos olyan mérnöki alkalmazáshoz, amelyek megbízható teljesítményt igényelnek feszültség alatt. Az Aobo Steelnél kiváló minőségű 5140 acélt szállítunk, amely megfelel az Ön gyártási igényeinek.

1. 5140 ötvözött acél kémiai összetétele

Az 5140 acél pontos kémiai összetétele az adott szabványtól (pl. SAE, ASTM) függően kissé eltérhet. Egy tipikus összetétel azonban a következőket tartalmazza:

Elem	Szén (C)	Szilícium (Si)	Mangán (Mn)	Foszfor (P)	Kén (S)	Króm (Cr)
Minimum (%)	0.38	0.15	0.6			0.8
Maximum (%)	0.45	0.35	1	0.035	0.035	1.2

2. 5140 ötvözött acél tulajdonságai

Az AISI/SAE 5140 egy alacsony ötvözetű acél, közepes széntartalmú ötvözött acélként van besorolva, és edzhető minőségnek számít. Az 5140 ötvözött acél specifikus tulajdonságainak ismerete kulcsfontosságú az ellenállás szempontjából, a megfelelő anyag kiválasztásával az alkalmazások megértéséhez. Ezt a minőséget elsősorban edzhető acélként használják, így kiválóan alkalmas olyan alkatrészekhez, amelyek fokozott mechanikai teljesítményt és tartósságot igényelnek.

2.1 Az 5140 ötvözött acél mechanikai tulajdonságai

Hőkezelési körülményei jelentősen befolyásolják az 5140 ötvözött acél mechanikai tulajdonságait. Olyan alkatrészekhez, mint a csapok, tengelyek és fogaskerekek, az 5140-es acélt általában edzett és megeresztett (H&T) állapotban használják. Ebben az állapotban jellemzően a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

Ingatlan	Tipikus érték (edzett és megeresztett 5140)	Megjegyzések
Szakítószilárdság	785–980 MPa (80–100 kgf/mm²)	Ideális közepes igénybevételű szerkezeti és gépészeti alkatrészekhez.
Nyúlás	12% – 14%	Jó képlékenységet és szilárdságot jelez.
Mag szilárdsága (indukciós edzés után)	980–1370 MPa (100–140 kgf/mm²)	Az alkatrész átmérőjétől és a tok mélységétől függ (jellemzően 1,0-2,0 mm).

Általános referenciaként az 51xx acélsorozat (amely magában foglalja az 5140-et is) esetében különböző szállítási körülmények között, például melegen hengerelve, normalizálva, lágyítva vagy hidegen húzva, valamint körülbelül 11,1 mm-től 89 mm-ig terjedő hatszögletű méretek esetén a tipikus tulajdonságok a következők lehetnek:

• Szakítószilárdság: Körülbelül 860 MPa (125 ksi)
• Folyáshatár: Körülbelül 725 MPa (105 ksi)
• Nyúlás: Körülbelül 14.0%
• Területcsökkentés: Körülbelül 45,0%
• Keménység: Körülbelül 269 HB

Fontos felismerni, hogy ezek általános értékek. A pontos 5140 ötvözött acél tulajdonságai egy adott alkalmazás esetében a pontos hőkezelés, a szelvényméret és az alkalmazott feldolgozási paraméterek alapján változik.

2.2 Hőkezelési válasz és a kapott tulajdonságok

A meghatározó jellemzője a 5140 ötvözött acél tulajdonságai kiválóan reagál a különféle hőkezelési folyamatokra, ami lehetővé teszi a teljesítmény testreszabását az adott alkalmazási követelményeknek megfelelően.

• Lágyítás: A megmunkálhatóság javítása vagy az acél későbbi hidegalakítási műveletekre való előkészítése érdekében az 5140 ötvözött acél lágyítható. Ezt a folyamatot jellemzően 815°C és 870°C (1500°F és 1600°F) közötti hőmérsékleten végzik. A lágyítás eredményeként a maximális keménység körülbelül 187 HB, ami puhább, megmunkálhatóbb szerkezetet biztosít.
• Edzés és megeresztés (H&T): Ez az 5140-es acél leggyakoribb hőkezelése, amelynek célja a szilárdság, a szívósság és a kopásállóság optimális kombinációjának elérése. Az elért specifikus mechanikai tulajdonságokat a fenti táblázat részletezi, és számos műszaki alkatrészhez alkalmasak.
• Indukciós edzés: Az olyan alkalmazásokhoz, amelyek kiváló felületi keménységet és kopásállóságot igényelnek a mag szívósságának megőrzése mellett (pl. fogaskerekek, csapágyfelületek), az 5140 ötvözött acél hatékonyan indukcióval edzhető a kezdeti edzési és megeresztési ciklus után. Ez a felületkezelés 980 MPa és 1370 MPa (100–140 kgf/mm²) közötti magszilárdságot eredményezhet, olyan tényezőktől függően, mint az alkatrész átmérője és az elért tokmélység, amely jellemzően 1,0 mm és 2,0 mm között van.

2.3 Az 5140 acél edzhetősége

A keményedési képesség 5140 ötvözött acél arra a képességére utal, hogy az ausztenitesítési hőmérsékletről történő edzés után a keresztmetszetében elérje a kívánt keménységi szintet. Ez egy kritikus tulajdonság, amely befolyásolja az alkatrész tervezését, különösen nagyobb alkatrészek esetében.

• Összehasonlító teljesítmény: Az 5140-es acél lényegesen jobb átedzhetőséget mutat, mint a sima szénacélok, például az 1040-es, különösen nagyobb szelvényméretek esetén. Ez egyenletesebb keménységet és mechanikai tulajdonságokat biztosít az egész alkatrészen.
• Relatív pozíció: Bár sok szénacélnál jobb, az 5140 edzhetősége általában alacsonyabb, mint néhány más gyakori króm-molibdén ötvözetű acélé, például a 4140-es vagy a 4340-esé. Ez a megkülönböztetés fontos a nagyon nagy vagy kritikusan igénybe vett alkatrészek anyagainak kiválasztásakor, ahol a mély és egyenletes edzés kiemelkedő fontosságú.

2.4 Megmunkálhatósági szempontok

A megmunkálhatósági szempontokat illetően 5140 ötvözött acél tulajdonságai, Az 5140-es szabvány edzett és megeresztett állapotban közepesen megmunkálható acélötvözetként. A jobb megmunkálási teljesítmény érdekében a lágyított állapotban történő feldolgozás ajánlott. Bár a standard minőséghez nem mindig adnak meg explicit megmunkálhatósági besorolásokat, érdemes megjegyezni, hogy az ólmozott szabad megmunkálhatóságú változatok, mint például az 51L32, léteznek a közepes széntartalmú ötvözött acél kategórián belül olyan alkalmazásokhoz, ahol a jelentősen megnövelt megmunkálhatóság elsődleges követelmény.

3. Az 5140 ötvözött acél fő hőkezelési eljárásai

Számos bevált hőkezelési eljárás alkalmazható az 5140 ötvözött acél mikroszerkezetének, és következésképpen fizikai és mechanikai tulajdonságainak módosítására. Ezek a kezelések magukban foglalják a lágyítást, normalizálást, edzést és megeresztést, ausztemperálást és az indukciós edzést.

3.1 5140 ötvözött acél lágyítása

A lágyítást elsősorban az 5140 ötvözött acél lágyítására használják, javítva annak megmunkálhatóságát és alakíthatóságát.

• Folyamat: Ez magában foglalja az acél 815°C és 870°C (1500°F és 1600°F) közötti hőmérsékletre történő hevítését, ezen a hőmérsékleten tartását megfelelő ideig, majd egy lassú hűtési folyamatot, jellemzően kemencében történő hűtést.
• Eredmény: Ez a kezelés túlnyomórészt perlites vagy szferoidizált keményfémekből álló mikroszerkezet létrehozása ferrites mátrixban. Az 5140 acél lágyítása után elérhető maximális keménység ebben a tartományban körülbelül 187 HB. Ez a lágyított állapot, amelyet specifikus mikroszerkezet jellemez, ideális a későbbi gyártási műveletekhez a fokozott megmunkálhatóság és a jobb alakíthatóság miatt.

3.2 Az 5140 ötvözött acél normalizálása

A normalizálás egy hőkezelési eljárás, amelyet az 5140 ötvözött acél szemcseszerkezetének finomítására használnak, egyenletesebb és homogénebb mikroszerkezetet hozva létre.

• Folyamat: Ez magában foglalja az acél felmelegítését a felső kritikus átalakulási pontja (Ac3) fölé, majd álló levegőn történő lehűtését.
• Eredmény: Ez a kezelés finomabb, egyenletesebb szemcseméretet eredményez, ami javíthatja az acél szilárdságát és szívósságát. A normalizálást gyakran előkészítő lépésként végzik a további hőkezelések, például az edzés és a megeresztés előtt, biztosítva a későbbi hőkezelésre adott következetes és optimális választ.

3.3 Az 5140 ötvözött acél edzése és megeresztése

Az edzés és megeresztés (gyakran edzésnek és megeresztésnek is nevezik) kritikus hőkezelési eljárás az 5140 ötvözött acél esetében, hogy optimális egyensúlyt érjen el a szilárdság, a keménység és a szívósság között.

• Edzési folyamat: Ez az acél ausztenitesítését jelenti, jellemzően körülbelül 840 °C-ra történő hevítéssel (vagy az adott alkalmazási igényeknek megfelelően), majd gyors lehűtést (kioltást) megfelelő közegben (pl. olajban vagy vízben). A cél az ausztenit kemény martenzites vagy bainites szerkezetté alakítása, amely biztosítja a kezdeti nagy keménységet.
• Edzhetőség: Az 5140 ötvözött acél jó edzhetőséget mutat, felülmúlja a sima szénacélokat, például az 1040-et, különösen a körülbelül 40 mm átmérőjű szakaszok átmenő keménységének elérésében vízzel történő edzéskor. Például egy 15 mm átmérőjű 5140 minta a martenzitképződés miatt keresztmetszetében egyenletes keménységet mutat, ez a tulajdonság még a 40 mm átmérőjű mintákban is megmarad hasonló edzési körülmények között. Edzhetősége azonban általában alacsonyabb, mint a magasabb ötvözetű minőségeké, mint például a 4140 acél vagy 4340 acél; ezt figyelembe kell venni nagyon nagy metszetek kezelésekor, ahol az egyenletes átmenő keménység elérése kritikus fontosságú, mivel ezek a magasabb ötvözetű alternatívák mélyebb edzést biztosíthatnak.

• Edzési folyamat: Edzés után az acél rendkívül kemény, de a legtöbb alkalmazáshoz gyakran túl rideg. A megeresztés magában foglalja az edzett acél újramelegítését egy meghatározott hőmérsékletre az alsó kritikus hőmérséklete (Ac1) alatt, jellemzően 175 °C és 705 °C (350 °F és 1300 °F) között. A választott megeresztési hőmérséklet határozza meg a tulajdonságok végső egyensúlyát.
• Eredmény: A megeresztés bizonyos mértékig csökkenti a keménységet és a szilárdságot, de jelentősen növeli a képlékenységet és a szívósságot, enyhítve a kioltás során fellépő belső feszültségeket. Ez az eljárás lehetővé teszi az 5140 ötvözött acél alkatrészek végső mechanikai tulajdonságainak pontos szabályozását, azokat az adott üzemi igényekhez igazítva.

3.4 Ausztemperálás 5140 ötvözött acél

Az 5140-es alacsony ötvözetű acélt jól alkalmasnak tartják az austemperálásra, egy izotermikus átalakítási folyamatra, amely bainites mikroszerkezetet hoz létre.

• Folyamat: Az ausztenitesítés (ausztenitesítés) során az acélt az ausztenitesítési hőmérsékletéről közvetlenül a martenzites kezdeti hőmérséklet (Ms) feletti, de a perlitképződési tartomány alatti hőmérsékletre edzik (jellemzően a bainit átalakulási zónáján belül). Az acélt ezen a hőmérsékleten tartják, amíg az ausztenit teljesen bainitté nem alakul. Az 5140-es acél esetében ez a bainitté való átalakulás általában 1-10 percen belül befejeződik, ha 315°C és 400°C (600°F és 750°F) közötti hőmérsékleten tartják.
• Eredmény: Ez az eljárás egy bainites mikroszerkezetet eredményez, amely a szilárdság, a szívósság és a képlékenység kiváló kombinációjáról ismert, gyakran kisebb torzulással a hagyományos edzéshez és megeresztéshez képest. Az 5140 ötvözött acél összetétele lehetővé teszi a nagyobb szelvényméretekben történő megeresztést a sima szénacélokhoz, például az 1080-hoz képest, mivel a hűtés során több idő áll rendelkezésre a perlitképződés elkerülésére.

3.5 Az 5140 ötvözött acél indukciós edzése

A nagy felületi keménységet és kopásállóságot, valamint a szívós magot igénylő alkalmazásokhoz az 5140 ötvözött acél hatékonyan indukcióval edzhető. Ezt az eljárást jellemzően egy kezdeti edzés és megeresztés után végzik, amely a kívánt magtulajdonságokat biztosítja.

• Folyamat: Az indukciós edzés egy felületedzési technika, amely elektromágneses indukciót alkalmaz az acél felületi rétegének gyors felmelegítésére az átalakulási hőmérséklete fölé, majd azonnali oltásra.
• Eredmény: Ez kemény felületű burkolatot hoz létre, miközben megőrzi a mag előre meghatározott előnyös tulajdonságait (például szívósságát vagy nagy szilárdságát). Az 5140 ötvözött acél esetében (amit gyakran a 4140-nel csoportosítanak e tulajdonság miatt) az indukciós edzéssel 1,0 mm és 2,0 mm közötti burkolatmélységet lehet elérni, a mag szilárdsága pedig jellemzően 100-140 kgf/mm² között mozog, az alkatrész átmérőjétől és az adott folyamatparaméterektől függően. Ez a kettős tulajdonságú jellemző rendkívül előnyös a felületi kopásnak és a magfeszültségnek kitett alkatrészek esetében.

3.6 Az 5140 ötvözött acél hőkezelési lehetőségeinek összefoglalása

A jobb áttekintés érdekében az alábbi táblázat összefoglalja az 5140 ötvözött acél főbb hőkezelési folyamatait:

Hőkezelési folyamat	Tipikus ausztenitesítési hőmérséklet.	Hűtés/tartási hőmérséklet.	Tipikus edzési hőmérséklet.	Az 5140 ötvözött acél legfontosabb eredményei	Elsődleges cél
Lágyítás	815-870 °C (1500-1600 °F)	Lassú hűtés (kemence)	Nem alkalmazható	Max. keménység 187 HB; perlites/szferoidizált szerkezet	Lágyítás a megmunkálhatóság, a formázhatóság javítása érdekében
Normalizálás	Ac3 felett	Léghűtés	Nem alkalmazható	Finomított, egyenletes szemcseszerkezet; jobb állag	Szerkezet homogenizálása, további kezelésre való előkészítés
Edzés és megeresztés	Kb. 840 °C (példa)	Gyors kioltás (olaj/víz)	175-705 °C (350-1300 °F)	Nagy szilárdság, jó szívósság; martenzites/bainites szerkezet (temperált)	Érje el a kívánt egyensúlyt az erő és a szívósság között
Austemperálás	Ausztenitesítési hőmérséklet.	315-400 °C (600-750 °F) hőmérsékleten tartandó	Nem alkalmazható	Bainites mikroszerkezet; jó szilárdság, szívósság és képlékenység; potenciálisan csökkentett torzulás	Fokozott szívósság és képlékenység, jó szilárdsággal
Indukciós edzés	Felületfűtés indukcióval	Gyors kioltás	Az alapvető ingatlanigényeknek megfelelően	Kemény felületű ház (1-2 mm vastagság); szívós, nagy szilárdságú mag (100-140 kgf/mm² az 5140/4140 csoporthoz)	Nagy felületi kopásállóság, tartós mag

4. Alkalmazások

Íme egy közelebbi pillantás arra, hogy az 5140 ötvözött acél hol ragyog jellemzően, bemutatva képességeit a különböző ipari felhasználásokban:

Alkalmazási terület	5140 ötvözött acél: Elsődleges felhasználások és főbb előnyök
Csapok és tengelyek	Kritikus csapokhoz és tengelyekhez választva, amelyek nagyobb szilárdságot és tartósságot igényelnek, mint a hagyományos szénacélok. Az 5140 ötvözött acél kiváló edzhetőségének köszönhetően éri el a szükséges mechanikai tulajdonságokat, biztosítva a teherhordó és erőátviteli alkatrészek megbízhatóságát, és hozzájárulva az üzembiztonsághoz.
Fogaskerekek	Megbízható anyag különféle fogaskerekek gyártásához. Összetétele jó tartósságot és kopásállóságot biztosít, például gödrösödést és horzsolódást, ami elengedhetetlen a fogaskerék-rendszerek hosszú élettartamához és teljesítményéhez.
Kovácsolt alkatrészek	A kovácsolással és hőkezeléssel szembeni kedvező ellenállása miatt az 5140 acélt robusztus kovácsolt termékek gyártására használják, amelyek fokozott szilárdságot, szívósságot és jobb kifáradási élettartamot igényelnek a gépek és berendezések igényes üzemi körülményei között.
Mechanikus csövek	Az ASTM A519 szabvány szerint varrat nélküli szén- és ötvözött acél mechanikus csövekhez. Ezáltal az 5140 ötvözött acél alkalmas olyan alkalmazásokhoz, amelyek kiváló minőségű, állandó mechanikai tulajdonságokkal és méretpontossággal rendelkező csöveket igényelnek szerkezeti és mechanikus rendszerekben.
Ötvözött acélrudak	Megfelel az ASTM A322 szabványnak a melegen hengerelt ötvözött acélrudakra vonatkozóan. Ezeket a rudakat szokásos szerkezeti alkalmazásokhoz szánják, ahol az ötvözött acél, például az 5140 kiváló szilárdságára és szívósságára van szükség a sima szénacél alternatívákkal szemben, különösen az igényesebb szerkezeti feladatokhoz.

Miért válassza az 5140 ötvözött acélt ezekhez az alkalmazásokhoz?

Ezen sokféle alkalmazás közös vonása az olyan anyag iránti állandó igény, amely a szilárdság, a szívósság és az edzhetőség kiváló kombinációját nyújtja. Az 5140 ötvözött acél egy robusztus, edzhető, alacsony ötvözetű acélfajta, amelyet megbízható és állandó teljesítményéről ismernek. Különösen hatékony közepes keresztmetszetű alkatrészek esetében. Az ilyen alkatrészekben a speciális edzhetőségi tulajdonságai lehetővé teszik az alapos, egyenletes edzést (átedzésnek nevezik). Ez egyértelmű előnyt jelent az egyszerűbb szénacél minőségekkel, például a 1040-nel szemben, biztosítva, hogy az alkatrészek – a kritikus csapoktól és tengelyektől a tartós fogaskerekekig és kovácsolt darabokig – elérjék a kívánt mechanikai tulajdonságokat a megbízható, hosszú távú teljesítmény érdekében a tervezett üzemi környezetben.

5. 5140 ötvözött acél egyenértékű minőségek

• SAE/AISI: 5140
• ASTM: A29/A29M
• ISO: 683-1 (hasonló minőségű koncepció)
• LÁRMA: 41Cr4 / 42Cr4 (Anyagszám: 1.7035)
• JIS: SCR440