4140 twardość stali

stal 4140 wykazuje różne poziomy twardości w różnych warunkach i stanach obróbki. Ogólnie rzecz biorąc, podstawowe scenariusze są następujące: twardość po hartowaniu, twardość po hartowaniu i odpuszczeniu, twardość wyżarzana lub normalizowana oraz twardość powierzchniowo utwardzona.

Czym jest stal 4140?

Stal AISI 4140 to stal węglowa o średnim stopniu stopowym. Jest stosowana w zastosowaniach wymagających dobrej wytrzymałości, twardości i umiarkowanej hartowności. W porównaniu z stal 4340, 4140 ma lepszą hartowność i wytrzymałość.

1. Twardość w stanie wyżarzonym

Wyżarzanie 4140 jest wykonywane w celu poprawy jego obrabialności i formowalności przed obróbką. Maksymalna twardość 4140 w stanie wyżarzonym może wynosić do 197 HB (twardość Brinella). Prędkości toczenia 4140 są podane dla materiałów o twardościach 175-200 HB i 200-250 HB. Jego ocena obrabialności wynosi 57 w stanie wyżarzonym (w porównaniu do 100% dla stali B1112 walcowanej na zimno).

2. Twardość w stanie znormalizowanym

Normalizowanie polega na podgrzaniu stali do określonej temperatury i schłodzeniu jej na powietrzu, co poprawia strukturę ziarna i może zapewnić bardziej jednolite właściwości niż walcowanie na gorąco.

Poniżej przedstawiono dane dotyczące średnicy pręta i twardości powierzchni w formie tabeli:¹

Średnica (mm)	Średnica (cale)	Twardość powierzchniowa (HB)
13	0.5	302
25	1	302
50	2	285
100	4	241

3. Twardość w stanie zahartowanym i odpuszczonym

Hartowanie i odpuszczanie to podstawowe zabiegi cieplne stosowane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i wytrzymałości stali 4140, wytwarzające mikrostrukturę głównie z odpuszczonego martenzytu. Proces ten oferuje szeroki zakres osiągalnych poziomów twardości, przy czym wyższe temperatury odpuszczania generalnie prowadzą do niższej twardości, ale zwiększonej wytrzymałości.

Twardość stali 4140 po hartowaniu i odpuszczaniu wynosi zazwyczaj 50-52 HRC.

Tabela twardości dla stali 4140 po hartowaniu i odpuszczaniu przedstawia się następująco:

Konkretne temperatury odpuszczania (hartowanie olejowe od 845 °C / 1550 °F)

Temperatura odpuszczania (°C)	Temperatura hartowania (°F)	Twardość (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

Wpływ wielkości przekroju (hartowanie olejowe w temperaturze 845 °C / 1550 °F i odpuszczanie w temperaturze 540 °C / 1000 °F):

Średnica (mm)	Średnica (cale)	Twardość powierzchniowa (HB)
25	1	335
50	2	202
75	3	293

4. Twardość w warunkach hartowania powierzchniowego (hartowanie indukcyjne, azotowanie)

Stal 4140 doskonale nadaje się do obróbki polegającej na hartowaniu powierzchniowym, która zwiększa odporność na zużycie, przy jednoczesnym zachowaniu twardszego rdzenia.

Po nagrzaniu indukcyjnym twardość powierzchniowa stali 4140 wynosi około 670 HV (twardość Vickersa).² Azotowany materiał 4140 (hartowany na wskroś) wykazał twardość 83,5–84,5 R15N (skala Rockwella 15N).³

Wniosek

Stal AISI 4140 oferuje szeroki zakres osiągalnych twardości w zależności od obróbki cieplnej. Może być stosunkowo miękka w stanie wyżarzonym (około 197 HB), osiągnąć umiarkowaną twardość po normalizacji (np. 241-302 HB w zależności od rozmiaru przekroju) i stać się bardzo twarda w stanie zahartowanym i odpuszczonym (do 578 HB lub 57 HRC przy niskich temperaturach odpuszczania). Techniki hartowania powierzchni, takie jak hartowanie indukcyjne i azotowanie, mogą nadać niezwykle wysoką twardość powierzchni (np. 670 HV lub 83,5-84,5 R15N) przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałego rdzenia.

1. ASM Międzynarodowe. (1991). Podręcznik ASM, tom 4: Obróbka cieplna. ASM Międzynarodowe. ↩︎
2. Beswick, JM (redaktor gościnny). (2009). Technologie stali łożyskowych: Rozwój stali łożyskowych tocznych i testowanie, tom 8 (STP 1524). ASTM Międzynarodowe. ↩︎
3. Collins, JA, Busby, H. i Staab, G. (2010). Projektowanie mechaniczne elementów maszyn i maszyn: perspektywa zapobiegania awariom (wyd. 2). Wiley. ↩︎