42CrMo4 QT – proces hartowania i odpuszczania stali 42CrMo4

„QT” w nazwie 42CrMo4 QT oznacza hartowanie i odpuszczanie. Stal 42CrMo4 oznaczona jest jako 1.7225 w systemie UNS i jest szeroko stosowaną stalą stopową o wysokiej wytrzymałości.

Odpowiednie gatunki 42CrMo4 obejmują:

1. Stany Zjednoczone (ASTM/AISI): AISI 4140, SAE 4140H, ASTM A193 B7.
2. Japonia (JIS): SCM440, SCM440H
3. Chiny (Wielka Brytania): 42CrMo
4. Wielka Brytania (BS): 708M40, EN19A
5. Francja (AFNOR): 42CD4

Stal 42CrMo4 charakteryzuje się głęboką hartownością, doskonałymi, kompleksowymi właściwościami mechanicznymi i niskim poziomem znaczącego odpuszczenia kruchośćJest szeroko stosowany w elementach maszyn, elementach złącznych, wałach korbowych, przekładniach i formach.

Standardowa obróbka cieplna stali 42CrMo4 często polega na hartowaniu i odpuszczaniu (Q&T), które polega na nagrzaniu stali do postaci austenitu, a następnie szybkim schłodzeniu i ponownym nagrzaniu do niższej temperatury.

Stal 42CrMo4 Proces hartowania

Hartowanie to proces szybkiego schładzania przedmiotu stalowego z temperatury austenityzacji, który przekształca część lub całość austenitu w martenzyt, czyli bardzo twardą i wytrzymałą, ale kruchą mikrostrukturę. Jednocześnie może to zmniejszyć naprężenia szczątkowe i odkształcenia materiału.

Temperatura austenityzacji stali 42CrMo4 wynosi od 800 do 880°C (1475 do 1650°F). Czas wygrzewania zazwyczaj zależy od grubości przekroju materiału i wynosi minimum 1 godzinę lub 15 do 20 minut na każde 25 mm (1 cal) maksymalnej grubości przekroju.

1. Hartowanie olejowe. Stal 42CrMo4 jest zazwyczaj hartowana w oleju. Hartowniki olejowe można podzielić na szybkie, pośrednie lub wolne, w zależności od szybkości chłodzenia i dodatków. Typowe temperatury pracy hartownic olejowych wahają się od 25 do 70°C (80 do 160°F). Aby zminimalizować odkształcenia, gorący olej można stosować w temperaturach do 175°C (350°F).
2. Hartowanie wodą. Chociaż stal 42CrMo4 jest zazwyczaj hartowana w oleju, hartowanie w wodzie można zastosować w przypadku większych przekrojów (np. przekrojów okrągłych o średnicy powyżej 75 mm lub 3 cali), aby uzyskać hartowanie skrośne. Kąpiele hartownicze w wodzie są zazwyczaj utrzymywane w temperaturze od 20 do 40°C (od 68 do 104°F) i mieszane w celu poprawy równomierności chłodzenia. Jednak hartowanie w wodzie znacznie zwiększa ryzyko pęknięć i odkształceń, szczególnie przy tak wysokiej zawartości węgla.

Stal 42CrMo4 Proces hartowania

Martenzyt w stanie zahartowanym w stali jest bardzo twardy, ale jednocześnie bardzo kruchy i charakteryzuje się wysokimi naprężeniami szczątkowymi. Celem odpuszczania jest ponowne podgrzanie zahartowanej stali poniżej jej dolnej temperatury krytycznej (Ac1), aby zwiększyć jej wytrzymałość i ciągliwość, zmniejszyć twardość i odciążyć naprężenia wewnętrzne.

Temperatura odpuszczania stali 42CrMo4 wynosi od 175 do 705°C (350 do 1300°F), a czas wygrzewania wynosi co najmniej 1,5 do 2 godzin. Różne temperatury odpuszczania determinują ostateczną twardość i wytrzymałość materiału, dzięki czemu możemy dobrać odpowiednią temperaturę odpuszczania na podstawie wymaganych parametrów twardości i wytrzymałości. W przypadku „ultrawysokiej” wytrzymałości stosuje się odpuszczanie w temperaturze od 175°C do 230°C (350°F do 450°F), natomiast w przypadku niższych granic plastyczności (poniżej 1380 MPa lub 200 ksi) stosuje się temperatury od 385°C do 705°C (725°F do 1300°F).¹ Chłodzenie po odpuszczaniu może odbywać się poprzez hartowanie w powietrzu lub w wodzie.

Unikaj odpuszczania materiału 42CrMo4 w temperaturach od 250 do 300°C (480 do 570°F). Odpuszczanie w tych temperaturach powoduje spadek udarności materiału 42CrMo4, zjawisko znane jako kruchość martenzytu odpuszczonego (TME).

Streszczenie

Właściwości mechaniczne stali 42CrMo4 w dużym stopniu zależą od hartowania i odpuszczania w oleju w różnych temperaturach. Ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania twardość, wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności maleją, podczas gdy ciągliwość, wytrzymałość i energia uderzenia rosną.

1. ASM Międzynarodowe. (1991). Podręcznik ASM, tom 4: Obróbka cieplna (str. 500-501). ASM International. ↩︎