Stal 4130 kontra 4140: wszystko, co chcesz wiedzieć

Stal 4130 kontra 4140: porównajmy Stal 4130 i AISI stal 4140, rysując bezpośrednio. Oba gatunki są klasyfikowane jako stale średniowęglowe, niskostopowe i należą do rodziny stali stopowych chromowo-molibdenowych.

Skład chemiczny

Stal 4130 vs 4140: porównanie składu

Element	AISI 4130 (wt%)	AISI 4140 (wt%)	Notatki
Węgiel	0.28-0.33	0.38-0.43	Wyższa zawartość węgla w 4140
Mangan	0.40-0.60	0.75-1.00	Wyższa zawartość manganu w 4140
Krzem	0.20-0.35	0.20-0.35
Chrom	0.80-1.10	0.80-1.10
Molibden	0.15-0.25	0.15-0.25

Właściwości mechaniczne

Stal 4130 vs 4140: porównanie właściwości. Właściwości mechaniczne są silnie zależne od zastosowanej obróbki cieplnej i rozmiaru przekroju materiału. Dane w tej sekcji pochodzą bezpośrednio z ASM International (1991). Podręcznik ASM, tom 4: Obróbka cieplna (str. 500-503). ASM International.

Typowe właściwości mechaniczne stali 4130 poddanej obróbce cieplnej.

Temperatura hartowania		Wytrzymałość na rozciąganie		Wytrzymałość na rozciąganie		Wydłużenie o 50 mm (2 cale), %	Redukcja powierzchni, %	Twardość, HB	Energia uderzenia Izoda
°C	°F	MPa	ksi	MPa	ksi
Hartowane i odpuszczane w wodzie. Pręty okrągłe o średnicy 25 mm (1 cala) hartowane w temperaturze od 845 do 870 °C (od 1550 do 1600 °F).
205	400	1765	256	1765	1520	10	33	475	18	13
260	500	1670	242	1670	1430	11.5	37	455	14	10
315	600	1570	228	1570	1340	13	41	425	14	10
370	700	1475	214	1475	1250	15	45	400	20	15
425	800	1380	200	1380	1170	16.5	49	375	34	25
540	1000	1170	170	1170	1000	20	56	325	81	60
650	1200	965	140	965	830	22	63	270	135	100
Hartowane i odpuszczane w oleju. Pręty okrągłe o średnicy 25 mm (1 cala) hartowane w temperaturze 860 °C (1575 °F).
205	400	1550	225	1340	195	11	38	450	/	/
260	500	1500	218	1275	185	11.5	40	440	/	/
315	600	1420	206	1210	175	12.5	43	418	/	/
370	700	1320	192	1120	162	14.5	48	385	/	/
425	800	1230	178	1030	150	16.5	54	360	/	/
540	1000	1030	150	840	122	20	60	305	/	/
650	1200	830	120	670	97	24	67	250	/	/

Wpływ masy na typowe właściwości stali 4130 poddanej obróbce cieplnej

Rozmiar pręta (mm)	Rozmiar pręta (cale)	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Granica plastyczności (MPa)	Granica plastyczności (ksi)	Wydłużenie o 50 mm (2 cale), %	Redukcja powierzchni, %	Twardość powierzchniowa, HB
25	1	1040	151	880	128	18	55	307
50	2	740	107	570	83	20	58	223
75	3	710	103	540	78	22	60	217

Uwaga: Pręty okrągłe hartowane olejowo w temperaturze 845 °C (1550 °F) i odpuszczane w temperaturze 540 °C (1000 °F); średnica rozciągania 12,83 mm (0,505 cala)

Typowe właściwości mechaniczne stali 4140 poddanej obróbce cieplnej

Temperatura odpuszczania (°C)	Temperatura odpuszczania (°F)	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Granica plastyczności (MPa)	Granica plastyczności (ksi)	Wydłużenie o 50 mm (2 cale), %	Redukcja powierzchni, %	Twardość, HB	Energia uderzenia Izoda (J)	Energia uderzenia Izoda (ft·lb)
205	400	1965	285	1740	252	11	42	578	15	11
260	500	1860	270	1650	240	11	44	534	11	8
315	600	1720	250	1570	228	11.5	46	495	9	7
370	700	1590	231	1460	212	12.5	48	461	15	11
425	800	1450	210	1340	195	15	50	429	28	21
480	900	1300	188	1210	175	16	52	388	46	34
540	1000	1150	167	1050	152	17.5	55	341	65	48
595	1100	1020	148	910	132	19	58	311	93	69
650	1200	900	130	790	114	21	61	277	112	83
705	1300	810	117	690	100	23	65	235	136	100

Wpływ masy na typowe właściwości stali 4140 poddanej obróbce cieplnej

Średnica pręta (mm)	Średnica pręta (cale)	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Granica plastyczności (MPa)	Granica plastyczności (ksi)	Wydłużenie o 50 mm (2 cale), %	Redukcja powierzchni, %	Twardość powierzchniowa, HB
25	1	1140	165	985	143	15	50	335
50	2	920	133	750	109	18	55	202
75	3	860	125	655	95	19	55	293

Uwaga: Pręty okrągłe hartowane olejowo w temperaturze 845 °C (1550 °F) i odpuszczane w temperaturze 540 °C (1000 °F); próbki rozciągane o średnicy 12,83 mm (0,505 cala) wycięte ze środka prętów o średnicy 25 mm i ze środka promienia prętów o średnicy 50 i 75 mm

Procedury obróbki cieplnej

4140 Obróbka cieplna

1. Normalizowanie: Podgrzanie do temperatury 870–925°C (1600–1700°F) i wygrzewanie przez co najmniej 1 godzinę lub 15–20 minut na każde 25 mm (1 cal) maksymalnej grubości przekroju; chłodzenie na powietrzu. Odpuszczanie w temperaturze 480°C (900°F) lub wyższej jest często przeprowadzane po normalizowaniu w celu zmniejszenia granicy plastyczności.
2. Wyżarzanie:Nagrzać do temperatury 830–870 °C (1525–1600 °F) i utrzymać przez okres zależny od grubości przekroju lub obciążenia pieca; schłodzić piec z szybkością około 15 °C/h (30 °F/h) do 480 °C (900 °F), a następnie schłodzić na powietrzu.
3. Gaszenie:To stal stopowa hartowana w wodzie.

4130 obróbka cieplna

1. Normalizowanie: Podgrzać do temperatury 845–925 °C (1550–1700 °F) i wytrzymywać przez co najmniej 1 godzinę lub 15–20 minut na każde 25 mm (1 cal) maksymalnej grubości przekroju; schłodzić na powietrzu.
2. Wyżarzanie: nagrzanie do temperatury 830–870 °C (1525–1600 °F) i wytrzymywanie przez czas zależny od grubości przekroju lub obciążenia pieca; studzenie w piecu z szybkością ok. 15 °C/h (30 °F/h) do 480 °C (900 °F), a następnie chłodzenie na powietrzu.
3. Hartowanie: Hartowanie olejowe w temperaturze 855 °C (1575 °F) lub 845 °C (1550 °F).
4. Hartowanie: Posiada prosty cykl hartowania, powszechnie stosowany w temperaturze 350°F (175°C). Aby uniknąć kruchości niebieskiej, 4140 zazwyczaj nie jest hartowany w temperaturze 230–370°C (450–700°F). Temperatura i czas hartowania zależą od pożądanej twardości.

Streszczenie

Poniżej przedstawiamy podsumowanie różnic pomiędzy stalą 4140 i 4340 na podstawie jej właściwości i doświadczeń użytkowych.

Stal 4140, dzięki wyższej zawartości węgla i manganu, oferuje generalnie większą hartowność i wyższą wytrzymałość w porównaniu ze stalą 4130. Dzięki temu stal 4140 nadaje się do zastosowań wymagających wyższej wytrzymałości w przypadku grubszych przekrojów, pod warunkiem odpowiedniej obróbki cieplnej. Stal 4140 charakteryzuje się lepszą hartownością, ale wymaga łagodniejszego procesu hartowania niż stal 4130, aby uzyskać ten sam efekt hartowania na elementach o tej samej geometrii. Stal 4140 charakteryzuje się pewnym prawdopodobieństwem pękania i odkształcania z powodu nadmiernej szybkości chłodzenia podczas hartowania. Podczas hartowania stali 4140 niezbędna jest ścisła kontrola parametrów hartowania.

W przypadku cienkich profili wystarczająca może być zwykła stal węglowa, natomiast w przypadku grubszych profili wymagających hartowania, potrzebny będzie stop 4140. Wybór droższego stopu, takiego jak 4340 (który charakteryzuje się jeszcze wyższą hartownością dzięki zawartości niklu, chromu i molibdenu), może być jednak zbędny, jeśli 4140 jest odpowiedni. Ogólnie rzecz biorąc, stale z Cr-Ni-Mo są najdroższe, następnie Cr-Mo, a na końcu Cr-V.