Stal 42CrMo4 Techniczny Przegląd

Przegląd techniczny stali 42CrMo4: Jako szeroko stosowana stal konstrukcyjna stopowa, 42CrMo4 (znana również pod normą EN 1.7225) jest ceniona za swoją wytrzymałość, twardość i hartowność. Dzięki ponad 20-letniemu doświadczeniu w kuciu, my w Aobo Steel rozumiemy krytyczną rolę, jaką ten materiał odgrywa w wymagających zastosowaniach inżynieryjnych. Oto prosty przegląd jego profilu technicznego.

1. Stal 42CrMo4 Skład chemiczny

Wydajność 42CrMo4 zaczyna się od jego specyficznego składu chemicznego. Podczas gdy istnieją niewielkie różnice między normami, typowy skład zazwyczaj mieści się w następujących zakresach:

• Węgiel (C): 38% – 0,45% (niektóre normy mogą określać 0,38% – 0,42%)
• Krzem (Si):≤ 0,40% (często określane jako 0,10%- 0,40%)
• Mangan (Mn): 60% – 0,90% (czasami 0,50% – 0,80%)
• Chrom (Cr): 90% – 1.20%
• Molibden (Mo): 15% – 0,30% (normy ASTM często podają 0,15% – 0,25%)
• Fosfor (P):≤ 0,035% (niektóre ściślejsze specyfikacje wymagają ≤ 0,025%)
• Siarka (S):≤ 0,035% (niektóre ściślejsze specyfikacje wymagają ≤ 0,025%)

Notatka: Wariant 42CrMoS4 obejmuje kontrolowany dodatek siarki (zwykle 0,020% – 0,040%) specjalnie w celu poprawy obrabialności. Zawsze potwierdź dokładną specyfikację wymaganą dla Twojego zastosowania.

2. Stal 42CrMo4 Normy równoważne

42CrMo4 jest uznawany na świecie pod różnymi oznaczeniami. Zrozumienie tych odpowiedników jest kluczowe dla pozyskiwania i specyfikacji:

• PL: 42CrMo4 (Nr materiału: 1.7225)
• ISO: 42CrMo4
• ASTM/AISI (Stany Zjednoczone): Często porównywany do 4140 (G41400) i 4142 (G41420)
• JIS (Japonia): SCM440 / SCM445
• GOST (Rosja): 38XM
• DIN (Niemcy): 42CrMo4
• BS (Wielka Brytania):  Stal nierdzewna 42CrMo4
• NF (Francja): 42CrMo4
• GB/T (Chiny): 42CrMo (A30422) / 42CrMoH (A30425)

Aobo Steel możemy dostarczyć stal 42CrMo4 zgodnie z wymaganym standardem.

3. Obróbka cieplna ze stali 42CrMo4

Zrozumienie opcji obróbki cieplnej stali stopowej 42CrMo4 jest niezbędne do uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych dla konkretnych zastosowań. Aobo Steel ma duże doświadczenie z tym materiałem, a ten przewodnik przedstawia typowe procesy obróbki cieplnej.

3.1 Warunki początkowej dostawy

Stal 42CrMo4 jest zazwyczaj dostarczana w określonych warunkach, które wpływają na późniejszą obróbkę. Zrozumienie ich jest pierwszym krokiem.

3.1.1 Stan wyżarzany

Obróbka cieplna jest zazwyczaj wykonywana w temperaturze 830–850°C, po czym następuje powolne chłodzenie pieca. Czas utrzymywania zależy od grubości przekroju (np. 3–4 godziny dla standardowych przekrojów). Proces ten skutkuje bardziej miękką mikrostrukturą (maksymalna twardość ≤217 HBW), idealną do obróbki mechanicznej przed dalszą obróbką.

3.1.2 Warunek znormalizowany

Normalizacja obejmuje ogrzewanie do 870-880°C przez 1-2 godziny, a następnie chłodzenie na powietrzu. Udoskonala to strukturę ziarna, tworząc jednolitą bazę do dalszej obróbki cieplnej. Twardość wynosi zazwyczaj ≤255 HBW. Czasami po normalizacji następuje odpuszczanie w temperaturze 480°C (900°F) lub wyższej, aby w razie potrzeby zmniejszyć granicę plastyczności.

3.2 Hartowanie i odpuszczanie (Hartowanie i odpuszczanie – Q&T)

W zastosowaniach wymagających większej wytrzymałości i twardości standardowym procesem stosowanym w przypadku stali 42CrMo4 jest hartowanie i odpuszczanie (Q&T).

3.2.1 Hartowanie (odpuszczanie)

Ten etap obejmuje podgrzewanie 42CrMo4 do temperatury austenityzacji, zazwyczaj 850-880°C. Odpowiedni czas moczenia w tej temperaturze jest kluczowy dla jednorodnej struktury austenitycznej. Następnie szybkie chłodzenie (hartowanie) przekształca austenit w twardy martenzyt.

Hartowanie w oleju jest standardem dla 42CrMo4, równoważąc szybkość chłodzenia przy minimalnym ryzyku odkształcenia, szczególnie w przypadku małych i średnich przekrojów. Hartowanie w wodzie można stosować w przypadku grubszych przekrojów w celu uzyskania hartowania na wskroś, ale zwiększa to ryzyko pękania z powodu większego szoku termicznego. Podobne gatunki, takie jak 4140, są również zazwyczaj hartowane w oleju po austenityzacji (845-925°C / 1550-1700°F).

3.2.2 Odpuszczanie

Martenzyt po hartowaniu jest twardy, ale ogólnie zbyt kruchy do zastosowań inżynieryjnych. Odpuszczanie jest niezbędne do poprawy wytrzymałości. Obejmuje to ponowne podgrzanie hartowanej stali do określonej temperatury poniżej Ac1 (zwykle 450-650°C), przetrzymywanie przez ustalony czas (np. 2 godziny), a następnie chłodzenie (często w powietrzu lub oleju).

Wybrana temperatura odpuszczania ma bezpośredni wpływ na końcowy bilans właściwości mechanicznych:

• Niskie temperatury (np. 450°C): Temperatury te maksymalizują twardość i wytrzymałość, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających dużej odporności na zużycie.
• Temperatury pośrednie (np. 500-600°C): Oferują zrównoważoną kombinację wysokiej wytrzymałości i dobrej wytrzymałości, typową dla komponentów takich jak koła zębate i wały. Odpuszczanie w temperaturze 580°C po hartowaniu olejowym z 850°C może osiągnąć wytrzymałość na rozciąganie ≥1100 MPa i granicę plastyczności ≥950 MPa.
• Wysokie temperatury (np. 650°C): Mają niższą wytrzymałość i twardość, ale znacznie zwiększają ciągliwość i odporność na uderzenia.

Notatka: W przypadku stali 42CrMo4, podobnie jak w przypadku stali 4140, należy unikać odpuszczania w zakresie temperatur 230–370°C (450–700°F) ze względu na ryzyko wystąpienia „kruchości niebieskiej”, która może zmniejszyć wytrzymałość.

3.3 Techniki utwardzania powierzchni

W niektórych zastosowaniach korzystne może być hartowanie powierzchniowe w celu zwiększenia odporności na zużycie przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości rdzenia.

3.2.3 Hartowanie indukcyjne

Proces ten szybko nagrzewa warstwę powierzchniową za pomocą pola elektromagnetycznego do temperatury austenityzacji, po czym następuje natychmiastowe hartowanie (często w emulsji). Następnie można zastosować hartowanie w niskiej temperaturze (np. 150–180°C), aby zmniejszyć naprężenia bez znacznego obniżenia twardości powierzchni (potencjalnie ≥56 HRC). Udane hartowanie indukcyjne 42CrMo4 może osiągnąć twardość powierzchni około 670 Hv.

3.2.4 Azotowanie i borowanie

Aby uzyskać wyższą twardość powierzchni i odporność na zużycie, procesy takie jak azotowanie lub borowanie można stosować po pierwotnym procesie Q&T. Te procesy termochemiczne modyfikują skład powierzchni, tworząc niezwykle twarde warstwy.

4. Właściwości mechaniczne stali 42CrMo4 (stan zahartowany i odpuszczony)

W stanie hartowanym i odpuszczanym (Q+T) 42CrMo4 zapewnia doskonałe parametry mechaniczne. Typowe wartości po hartowaniu olejowym (850°C) i odpuszczaniu (580°C) mogą obejmować:

• Wytrzymałość na rozciąganie (Rm): ≥ 1100 MPa
• Wytrzymałość na rozciąganie (ReL): ≥ 950 MPa
• Wydłużenie (A): ≥ 12%
• Wytrzymałość na uderzenia (KV/KU lub aK): Wartości zależą od metody badania, ale charakterystyczna jest dobra wytrzymałość (np. ≥ 80 J/cm²).

Należy pamiętać, że końcowe właściwości zależą bezpośrednio od zastosowanych konkretnych parametrów obróbki cieplnej.

5. Typowe zastosowania

Połączenie wytrzymałości, twardości i odporności na zużycie sprawia, że stal 42CrMo4 nadaje się do produkcji szerokiej gamy wymagających komponentów:

• Budowa maszyn: Części narażone na duże obciążenia, takie jak koła zębate, wały, osie, korbowody, wały korbowe i śruby o dużej wytrzymałości.
• Obróbka: Formy do tworzyw sztucznych o dużych i średnich gabarytach, ramy form, matryce kuźnicze (w zależności od wymagań zastosowania), matryce do kucia na zimno.
• Inny: Duże butle gazowe i elementy wymagające dużej wytrzymałości zmęczeniowej.