Stal D2 a 4140: jakie są różnice?

Stal D2 kontra 4140: Stal narzędziowa D2 I stal 4140 Oba są ważnymi stopami żelaza, ale należą do różnych klasyfikacji i są przeznaczone do różnych zastosowań, wykazują unikalne właściwości i wymagają specyficznej obróbki cieplnej.

Kompozycja

Element	Stal narzędziowa D2 (%)	Stal 4140 (%)
Węgiel (C)	1.40 – 1.60	0.38 – 0.43
Chrom (Cr)	11.00 – 13.00	0.80 – 1.10
Molibden (Mo)	0.70 – 1.20	0.15 – 0.25
Mangan (Mn)	0.10 – 0.60	0.75 – 1.00
Wanad (V)	0.50 – 1.10	–
Krzem (Si)	0.10 – 0.60	0.15 – 0.35
Fosfor (P)	≤ 0,03	≤ 0,035
Siarka (S)	≤ 0,03	≤ 0,040

Właściwości mechaniczne

1. Twardość. Twardość stali D2 Po obróbce cieplnej twardość stali 4140 wynosi od 60 do 62 HRC. Chociaż stal 4140 może również osiągnąć wysoką twardość dzięki obróbce cieplnej, jest ona niższa niż w przypadku stali D2. Hartowana i odpuszczana stal 4140 może mieć twardość od 235 HB do 578 HB, w zależności od temperatury odpuszczania.
2. HartownośćStal D2 to stal hartowana na powietrzu, co oznacza, że można ją hartować poprzez chłodzenie na powietrzu, co minimalizuje odkształcenia. Stal 4140 charakteryzuje się umiarkowaną hartownością. Chociaż można ją hartować na powietrzu w cienkich przekrojach, w praktyce zazwyczaj hartuje się ją w oleju w celu hartowania na wskroś.
3. WytrzymałośćStal D2 charakteryzuje się niską wytrzymałością. Natomiast stal 4140 charakteryzuje się lepszą wytrzymałością. Na jej wytrzymałość wpływa temperatura odpuszczania; na przykład, odpuszczanie w temperaturze od 230 do 370°C (od 450 do 700°F) jest zazwyczaj unikane, aby zapobiec kruchości niebieskiej.
4. Odporność na zużycieStal D2 ma wyjątkowo wysoką nosić odporność wyższą niż w przypadku stali 4140. Odporność na zużycie stali 4140 można znacznie poprawić poprzez zastosowanie obróbki powierzchniowej polegającej na utwardzaniu, np. azotowaniu lub hartowaniu indukcyjnym.
5. Obróbka skrawaniemStal D2 ma słabą obrabialność, jej wskaźnik obrabialności wynosi 45, w porównaniu do stali węglowej 1%, której wskaźnik wynosi 100. Stal 4140 ma dobrą obrabialność, zwłaszcza wersje siarkowane, takie jak SAE 1140.
6. Stabilność wymiarowaStal D2 ulega minimalnym odkształceniom podczas obróbki cieplnej. Po hartowaniu w powietrzu rozszerza się lub kurczy o około 0,0005 cala na cal (0,0005 mm/mm). Stabilność wymiarowa stali 4140 jest generalnie dobra, ale jak wszystkie stale, ulega ona odkształceniom podczas hartowania, szczególnie przy wyższej zawartości węgla, co może zwiększać prawdopodobieństwo pękania.

Obróbka cieplna

• Obróbka cieplna stali D2:
  • Wyżarzanie: Prawidłowe wyżarzanie jest kluczowe dla obrabialności.
  • Hartowanie: Zazwyczaj hartowane w powietrzu. Zakres temperatur austenityzowania wynosi od 980 do 1025 °C (1800 do 1875 °F).
  • Ruszenie: Zazwyczaj podwójnie hartowane. Hartowanie w niskich temperaturach (np. 200°C) pozwala uzyskać maksymalną twardość.
  • Obróbka powierzchni: Można je poddać azotowaniu jonowemu w celu znacznego zwiększenia twardości powierzchni i odporności na zużycie.
• Stal 4140:
  • Normalizowanie: Podgrzać do temperatury 845–925 °C (1550–1700 °F) i schłodzić na powietrzu.
  • Wyżarzanie: Podgrzać do temperatury 830–870 °C (1525–1600 °F), a następnie powoli schłodzić w piecu.
  • Gaszenie: Zazwyczaj hartowana w oleju od temperatury 855°C (1575°F). Oleje konwencjonalne i szybkoschnące zapewniają tej stali równoważne właściwości. Hartowanie w oleju prowadzi do powstania mikrostruktury odpuszczonego martenzytu.
  • Ruszenie: Można go hartować w różnych temperaturach, od 205 do 705°C (400–1300°F), aby uzyskać pożądaną wytrzymałość i twardość. Zazwyczaj nie hartuje się go w temperaturach od 230 do 370°C (450–700°F), aby uniknąć kruchości na niebiesko.
  • Sferoidyzacja: Podgrzać do temperatury 760–775 °C (1400–1425 °F), trzymać przez 4–12 godzin, a następnie powoli ostudzić.
  • Utwardzanie powierzchniowe: Szeroko stosowany do hartowania wiązką elektronów, azotowania (dwuetapowego i jednoetapowego) oraz hartowania indukcyjnego. Charakteryzuje się najlepszymi właściwościami azotowania wśród stali niskostopowych zawierających chrom ze względu na wyższą zawartość chromu i brak niklu.

Aplikacje

Stal D2 nadaje się do zastosowań wymagających długotrwałej produkcji, wysokiej odporności na zużycie i stabilności wymiarowej. Typowe zastosowania obejmują narzędzia i matryce tnące i tłoczące, matryce i narzędzia do wykrawania, operacje kucia oraz narzędzia do przycinania.

Stal 4140 to wszechstronna stal inżynieryjna, odpowiednia do produkcji elementów wymagających umiarkowanej hartowności oraz dobrej wytrzymałości i udarności. Główne zastosowania obejmują wały napędowe, wały do wysokoobciążonych podzespołów samochodowych, przekładnie w zastosowaniach krytycznych oraz wysokoobciążone podzespoły silników samochodowych.

Streszczenie

Stal D2 jest stosowana w zastosowaniach wymagających odporności na zużycie i stabilności wymiarowej. Stal 4140 to uniwersalna stal stopowa, zapewniająca dobrą równowagę wytrzymałości i udarności elementów konstrukcyjnych i mechanicznych. Jako wysokowydajna stal narzędziowa, stal D2 charakteryzuje się złożonym składem stopowym, dlatego jest zazwyczaj droższa niż zwykła stal stopowa 4140.