STAL STOPOWA 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

AOBO STEEL – Zaufany globalny dostawca stali narzędziowej

Wyślij zapytanie teraz

Stal stopowa 5140 to stal niskostopowa na bazie chromu, znana z niezawodnego połączenia wytrzymałości, twardości i hartowności. Te cechy sprawiają, że jest to wszechstronny wybór dla wielu zastosowań inżynieryjnych wymagających niezawodnej wydajności pod obciążeniem. W Aobo Steel dostarczamy wysokiej jakości stal 5140 odpowiednią do Twoich potrzeb produkcyjnych.

1. 5140 Skład chemiczny stali stopowej

Dokładny skład chemiczny stali 5140 może się nieznacznie różnić w zależności od konkretnej normy (np. SAE, ASTM). Jednak typowy skład obejmuje:

2. Właściwości stali stopowej 5140

AISI/SAE 5140 to stal niskostopowa, klasyfikowana jako stal stopowa ze średnią zawartością węgla i uważana za gatunek hartowany. Zrozumienie konkretnych właściwości stali stopowej 5140 jest kluczowe dla odporności przy użyciu odpowiedniego materiału do zrozumienia aplikacji. Gatunek ten jest wykorzystywany przede wszystkim jako stal hartowana, co czyni go wysoce odpowiednim do elementów wymagających zwiększonej wydajności mechanicznej i trwałości.

2.1 Właściwości mechaniczne stali stopowej 5140

Ten właściwości mechaniczne stali stopowej 5140 są znacząco zależne od stanu obróbki cieplnej. W przypadku elementów takich jak sworznie, wały i koła zębate, stal 5140 jest powszechnie stosowana w stanie hartowanym i odpuszczanym (H&T). W tym stanie zazwyczaj wykazuje następujące cechy:

Jako ogólny punkt odniesienia dla serii stali 51xx (obejmującej stal 5140) w różnych stanach dostawy, takich jak walcowanie na gorąco, normalizowanie, wyżarzanie lub ciągnienie na zimno, a także dla rozmiarów sześciokątnych od około 11,1 mm do 89 mm, typowe właściwości mogą obejmować:

• Wytrzymałość na rozciąganie: Około 860 MPa (125 ksi)
• Wytrzymałość na rozciąganie: Około 725 MPa (105 ksi)
• Wydłużenie: Około 14,0%
• Zmniejszenie powierzchni: Około 45,0%
• Twardość: Około 269 HB

Ważne jest, aby uznać, że są to wartości ogólne. Dokładne Właściwości stali stopowej 5140 w przypadku konkretnego zastosowania będą się różnić w zależności od dokładnej obróbki cieplnej, rozmiaru przekroju i zastosowanych parametrów przetwarzania.

2.2 Reakcja na obróbkę cieplną i uzyskane właściwości

Charakterystyczną cechą w ramach Właściwości stali stopowej 5140 jest jego doskonała reakcja na różnorodne procesy obróbki cieplnej, co pozwala na dostosowanie jego wydajności do wymagań konkretnego zastosowania.

• Wyżarzanie: Aby zwiększyć obrabialność lub przygotować stal do późniejszej obróbki na zimno, stal stopową 5140 można wyżarzać. Proces ten jest zazwyczaj przeprowadzany w temperaturach od 815°C do 870°C (od 1500°F do 1600°F). Wyżarzanie skutkuje maksymalną twardością około 187 HB, zapewniając bardziej miękką, obrabialną strukturę.
• Hartowanie i odpuszczanie (H&T): Jest to najpowszechniejsza obróbka cieplna stali 5140, zaprojektowana w celu uzyskania optymalnej kombinacji wytrzymałości, twardości i odporności na zużycie. Konkretne uzyskane właściwości mechaniczne są szczegółowo opisane w tabeli powyżej i nadają się do szerokiej gamy komponentów inżynieryjnych.
• Hartowanie indukcyjne: W zastosowaniach wymagających doskonałej twardości powierzchni i odporności na zużycie przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości rdzenia (np. zęby kół zębatych, powierzchnie łożysk), stal stopową 5140 można skutecznie hartować indukcyjnie po wstępnym cyklu hartowania i odpuszczania. Taka obróbka powierzchni pozwala uzyskać wytrzymałość rdzenia od 980 MPa do 1370 MPa (100 do 140 kgf/mm²), w zależności od czynników takich jak średnica elementu i uzyskana głębokość warstwy wierzchniej, która zazwyczaj wynosi od 1,0 mm do 2,0 mm.

2.3 Hartowność stali 5140

Hartowność Stal stopowa 5140 odnosi się do jego zdolności do osiągnięcia pożądanego poziomu twardości w całym przekroju poprzecznym po zahartowaniu z temperatury austenityzacji. Jest to krytyczna właściwość wpływająca na projekt komponentu, zwłaszcza w przypadku większych części.

• Wydajność porównawcza: Stal 5140 wykazuje znacznie lepsze możliwości hartowania na wskroś niż zwykłe stale węglowe, takie jak 1040, szczególnie w przypadku większych rozmiarów przekrojów. Zapewnia to bardziej jednolitą twardość i właściwości mechaniczne w całym komponencie.
• Pozycja względna: Chociaż stal 5140 jest lepsza od wielu stali węglowych, jej hartowność jest na ogół niższa niż hartowność niektórych innych powszechnie stosowanych stali stopowych chromowo-molibdenowych, takich jak 4140 lub 4340. To rozróżnienie jest ważne przy wyborze materiałów na bardzo duże lub poddane krytycznym naprężeniom elementy, w których głębokie i równomierne hartowanie ma pierwszorzędne znaczenie.

2.4 Rozważania dotyczące obrabialności

Jeśli chodzi o aspekt obrabialności Właściwości stali stopowej 5140Standardowa stal 5140 w stanie zahartowanym i odpuszczonym charakteryzuje się dobrą obrabialnością jak na stal stopową o takiej zawartości węgla. Aby poprawić parametry obróbki, zaleca się obróbkę w stanie wyżarzonym. Chociaż nie zawsze podaje się dokładne wartości obrabialności dla standardowego gatunku, warto zauważyć, że w kategorii stali stopowych o średniej zawartości węgla istnieją odmiany automatowe z ołowiem, takie jak 51L32, przeznaczone do zastosowań, w których istotna poprawa obrabialności jest podstawowym wymogiem.

Szukasz stali 5140?

Skontaktuj się z nami wypełniając poniższy formularz, aby otrzymać najnowszą wycenę już teraz!

3. Kluczowe procesy obróbki cieplnej stali stopowej 5140

Stal stopową 5140 można poddać kilku sprawdzonym procesom obróbki cieplnej, aby zmodyfikować jej mikrostrukturę, a tym samym jej właściwości fizyczne i mechaniczne. Obróbki te obejmują wyżarzanie, normalizowanie, hartowanie i odpuszczanie, hartowanie izotermiczne oraz hartowanie indukcyjne.

3.1 Wyżarzanie stali stopowej 5140

Wyżarzanie jest stosowany przede wszystkim w celu zmiękczenia stali stopowej 5140, co poprawia jej obrabialność i formowalność.

• Proces: Proces ten polega na podgrzaniu stali do temperatury wynoszącej od 815°C do 870°C (od 1500°F do 1600°F), utrzymywaniu jej w tej temperaturze przez odpowiedni czas, a następnie powolnym chłodzeniu, zwykle w piecu.
• Wynik: Celem tego zabiegu jest wytworzenie mikrostruktury głównie perlitycznych lub sferoidyzowanych węglików w obrębie matrycy ferrytycznej. Maksymalna twardość osiągalna po wyżarzaniu stali 5140 w tym zakresie wynosi około 187 HB. Ten zmiękczony stan, charakteryzujący się swoją specyficzną mikrostrukturą, jest idealny do późniejszych operacji produkcyjnych ze względu na zwiększoną obrabialność i ulepszoną formowalność.

3.2 Normalizowanie stali stopowej 5140

Normalizowanie to proces obróbki cieplnej mający na celu udoskonalenie struktury ziarna stali stopowej 5140, co pozwala uzyskać bardziej jednolitą i jednorodną mikrostrukturę.

• Proces: Polega ona na podgrzaniu stali do temperatury przekraczającej jej górny punkt krytycznej przemiany (Ac3), a następnie schłodzeniu jej w spokojnym powietrzu.
• Wynik: Ta obróbka skutkuje drobniejszym, bardziej jednolitym uziarnieniem, co może poprawić wytrzymałość i udarność stali. Normalizowanie jest często przeprowadzane jako etap przygotowawczy przed dalszą obróbką cieplną, taką jak hartowanie i odpuszczanie, zapewniając spójną i optymalną reakcję na późniejszą obróbkę cieplną.

3.3 Hartowanie i odpuszczanie stali stopowej 5140

Hartowanie i odpuszczanie (często nazywane hartowaniem i odpuszczaniem) to krytyczny proces obróbki cieplnej stali stopowej 5140, mający na celu uzyskanie optymalnej równowagi wytrzymałości, twardości i wytrzymałości.

• Proces hartowania: Obejmuje to austenityzację stali, zazwyczaj przez podgrzanie do około 840°C (lub zgodnie z konkretnymi potrzebami zastosowania), a następnie szybkie chłodzenie (hartowanie) w odpowiednim medium (np. oleju lub wodzie). Celem jest przekształcenie austenitu w twardą strukturę martenzytyczną lub bainityczną, która zapewnia początkową wysoką twardość.
• Hartowność: Stal stopowa 5140 wykazuje dobrą hartowność, lepszą od zwykłych stali węglowych, takich jak 1040, zwłaszcza w osiąganiu twardości na wskroś w przekrojach do około 40 mm średnicy po hartowaniu w wodzie. Na przykład próbka 5140 o średnicy 15 mm wykazuje stałą twardość w całym przekroju dzięki tworzeniu się martenzytu, cecha ta jest utrzymywana nawet w próbkach o średnicy 40 mm w podobnych warunkach hartowania. Jednak jej hartowność jest ogólnie niższa niż w przypadku gatunków o wyższej zawartości stopu, takich jak stal 4140 Lub 4340 stal; należy to brać pod uwagę przy obróbce bardzo dużych przekrojów, gdzie uzyskanie jednolitej twardości na wskroś jest krytyczne, ponieważ alternatywy z użyciem wyższych stopów mogą zapewniać głębsze hartowanie.

• Proces hartowania: Po zahartowaniu stal jest niezwykle twarda, ale często zbyt krucha do większości zastosowań. Odpuszczanie polega na ponownym podgrzaniu zahartowanej stali do określonej temperatury poniżej jej dolnej temperatury krytycznej (Ac1), zwykle między 175°C a 705°C (350°F a 1300°F). Wybrana temperatura odpuszczania dyktuje ostateczny bilans właściwości.
• Wynik: Hartowanie zmniejsza twardość i wytrzymałość w pewnym stopniu, ale znacznie zwiększa ciągliwość i wytrzymałość, łagodząc naprężenia wewnętrzne wywołane podczas hartowania. Proces ten umożliwia precyzyjną kontrolę nad końcowymi właściwościami mechanicznymi elementów ze stali stopowej 5140, dostosowując je do konkretnych wymagań serwisowych.

3.4 Hartowanie izotermiczne stali stopowej 5140

Stal niskostopowa 5140 jest uważana za dobrze nadającą się do hartowania izotermicznego, czyli procesu przemiany izotermicznej, w wyniku którego powstaje mikrostruktura bainityczna.

• Proces: Austempering polega na hartowaniu stali z jej temperatury austenityzacji bezpośrednio do temperatury powyżej temperatury początkowej martenzytu (Ms), ale poniżej zakresu formowania się perlitu (zwykle w strefie przemiany bainitu). Stal jest utrzymywana w tej temperaturze, aż austenit całkowicie przekształci się w bainit. W przypadku stali 5140 ta przemiana w bainit jest zazwyczaj zakończona w ciągu 1 do 10 minut, gdy jest utrzymywana w temperaturach od 315°C do 400°C (od 600°F do 750°F).
• Wynik: Proces ten skutkuje powstaniem mikrostruktury bainitycznej, znanej z doskonałego połączenia wytrzymałości, udarności i ciągliwości, często przy mniejszym odkształceniu w porównaniu z konwencjonalnym hartowaniem i odpuszczaniem. Skład stali stopowej 5140 pozwala na hartowanie izotermiczne w przypadku większych przekrojów w porównaniu ze zwykłymi stalami węglowymi, takimi jak 1080, ze względu na więcej czasu dostępnego na ominięcie tworzenia się perlitu podczas chłodzenia.

3.5 Hartowanie indukcyjne stali stopowej 5140

W przypadku zastosowań wymagających wysokiej twardości powierzchni i odporności na zużycie w połączeniu z wytrzymałym rdzeniem, stal stopowa 5140 może być skutecznie hartowana indukcyjnie. Proces ten jest zazwyczaj wykonywany po wstępnym hartowaniu i odpuszczaniu w celu ustalenia pożądanych właściwości rdzenia.

• Proces: Hartowanie indukcyjne to technika hartowania powierzchniowego, która polega na wykorzystaniu indukcji elektromagnetycznej w celu szybkiego nagrzania warstwy powierzchniowej stali powyżej jej temperatury transformacji, a następnie natychmiastowym schłodzeniu.
• Wynik: Tworzy to twardą warstwę wierzchnią, zachowując jednocześnie korzystne właściwości rdzenia (takie jak udarność i wysoka wytrzymałość). W przypadku stali stopowej 5140 (często grupowanej z 4140 ze względu na tę cechę), hartowanie indukcyjne pozwala uzyskać grubość warstwy wierzchniej od 1,0 mm do 2,0 mm, a wytrzymałość rdzenia waha się zazwyczaj w przedziale 100–140 kgf/mm², w zależności od średnicy elementu i konkretnych parametrów procesu. Ta podwójna właściwość jest niezwykle korzystna w przypadku elementów narażonych na zużycie powierzchniowe i naprężenia w rdzeniu.

3.6 Podsumowanie opcji obróbki cieplnej stali stopowej 5140

Aby zapewnić Państwu przejrzysty przegląd, w poniższej tabeli podsumowano najważniejsze procesy obróbki cieplnej stali stopowej 5140:

4. Aplikacje

Przyjrzyjmy się bliżej zastosowaniom stali stopowej 5140, które najlepiej sprawdzają się w różnych zastosowaniach przemysłowych:

Dlaczego warto wybrać stal stopową 5140 do tych zastosowań?

Wspólnym mianownikiem tych różnych zastosowań jest stała potrzeba materiału, który zapewnia doskonałe połączenie wytrzymałości, twardości i hartowności. Stal stopowa 5140 to wytrzymała hartowana stal niskostopowa, ceniona za niezawodną i spójną wydajność. Jest szczególnie skuteczna w przypadku części o umiarkowanych rozmiarach przekroju. W takich komponentach jej specyficzne właściwości hartowności umożliwiają dokładne, równomierne hartowanie (znane jako hartowanie na wskroś). Zapewnia to wyraźną przewagę nad prostszymi gatunkami stali węglowej, takimi jak 1040, zapewniając, że Twoje komponenty — od krytycznych sworzni i wałów po trwałe koła zębate i odkuwki — osiągną pożądane właściwości mechaniczne, aby zapewnić niezawodną, długotrwałą wydajność w zamierzonych środowiskach pracy.

5. 5140 Stopy stali odpowiedniki gatunków

• SAE/AISI: 5140
• ASTM: A29/A29M
• ISO: 683-1 (podobna koncepcja stopnia)
• HAŁAS: 41Cr4 / 42Cr4 (Nr materiału 1.7035)
• JIS: SCR440