STAL STOPOWA 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Kluczowe procesy obróbki cieplnej stali stopowej 5140

Kilka ustalonych obróbka cieplna procesy mogą być stosowane do stali stopowej 5140 w celu modyfikacji jej mikrostruktury, a w konsekwencji jej właściwości fizycznych i mechanicznych. Obróbki te obejmują wyżarzanie, normalizowanie, hartowanie i odpuszczanie, hartowanie austempering i 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 rozmiarem ziarna, co może poprawić wytrzymałość i wytrzymałość stali. Normalizacja jest często wykonywana 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 gaszenie I ruszenie) jest krytycznym procesem obróbki cieplnej stali stopowej 5140, mającym 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 4140 Lub 4340; 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, ciągliwości 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 powłokę powierzchniową, zachowując jednocześnie wstępnie ustalone korzystne właściwości (takie jak wytrzymałość lub wysoka wytrzymałość) rdzenia. W przypadku stali stopowej 5140 (często grupowanej z 4140 ze względu na tę cechę) hartowanie indukcyjne może osiągnąć głębokość powłoki od 1,0 mm do 2,0 mm, przy czym wytrzymałość rdzenia zwykle mieści się w zakresie od 100 do 140 kgf/mm², w zależności od średnicy komponentu i określonych parametrów procesu. Ta cecha o dwóch właściwościach jest wysoce korzystna dla komponentów poddawanych zużyciu powierzchni i naprężeniom rdzenia.

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: