Zrozumienie wytrzymałości na rozciąganie stali 4140

Przy wyborze materiałów do wymagających zastosowań zrozumienie właściwości mechanicznych jest kluczowe. Dla inżynierów pracujących z elementami konstrukcyjnymi i maszynami wytrzymałość na rozciąganie jest kluczowym parametrem. Przyjrzyjmy się bliżej stali AISI 4140, popularnemu wyborowi, który dostarczamy tutaj w Aobo Steeli konkretnie jego wytrzymałość na rozciąganie.

Czym jest stal 4140?

Po pierwsze, AISI 4140 to stal średniostopowa, konkretnie chromowo-molibdenowa (Cr-Mo). Jej typowy skład, zgodnie z normą AISI, obejmuje 0,38%-0,45% węgla, 0,90%-1,2% chromu i 0,15%-0,30% molibdenu. Zawartość molibdenu jest ważna – pomaga uzyskać drobną mikrostrukturę po obróbce cieplnej i obróbce cieplnej, co zapewnia dobrą równowagę wytrzymałości i twardości.

Ta stal jest znana ze swojej wysokiej hartowności, co oznacza, że może osiągnąć wysoką wytrzymałość nawet w większych elementach. Dzięki temu nadaje się do części maszyn o znacznych przekrojach, które wymagają zwiększonej wytrzymałości po rafinacji. W Aobo Steel często dostarczamy stal 4140 do wymagających części, takich jak wały korbowe i osie, gdzie sprawdza się ona dobrze zarówno pod obciążeniami statycznymi, jak i dynamicznymi.

Wytrzymałość na rozciąganie: Zmienna

Teraz omówmy liczby. Wytrzymałość na rozciąganie stali 4140 nie jest jedną stałą wartością. Zależy ona w znacznym stopniu od jej stanu i, co najważniejsze, obróbka cieplna stosowane – szczególnie temperatura odpuszczania po hartowaniu. Hartowanie i odpuszczanie to standardowe procesy stosowane w celu znacznego zwiększenia ich właściwości, co skutkuje wyższą granicą plastyczności i wytrzymałością na rozciąganie oraz lepszą wytrzymałością na karby w porównaniu do walcowanych na gorąco, wyżarzany, Lub znormalizowany stany.

Poniżej przedstawiono zestawienie typowych wartości wytrzymałości na rozciąganie w zależności od stanu:

• Stan wyżarzony: Po wyżarzaniu 4140 jest bardziej miękki i ciągliwy. Wytrzymałość na rozciąganie w tym stanie jest na ogół niższa i waha się od około 620 MPa (90 ksi) do 703 MPa (102 ksi). Jednak niektóre źródła mogą podawać wahania do 150-200 ksi, w zależności od konkretnych metod przetwarzania, takich jak walcowanie na gorąco w porównaniu z ciągnieniem na zimno.
• Stan hartowania i odpuszczania (Q&T): To właśnie tutaj 4140 naprawdę demonstruje swój potencjał wytrzymałościowy. Hartowanie tworzy twardą strukturę martenzytyczną, a odpuszczanie dostosowuje ją, aby osiągnąć pożądaną równowagę wytrzymałości i wytrzymałości. Co ważne, wyższe temperatury odpuszczania generalnie prowadzą do niższej wytrzymałości na rozciąganie, ale zwiększonej wytrzymałości i ciągliwości. Oto typowe wartości wytrzymałości na rozciąganie dla hartowanych w oleju prętów 4140 (od 845°C / 1550°F) po odpuszczeniu w różnych temperaturach:
  • Hartowane w temperaturze 205°C (400°F): ~1965 MPa (285 ksi)
  • Hartowane w temperaturze 315°C (600°F): ~1720 MPa (250 ksi)
  • Hartowane w temperaturze 425°C (800°F): ~1450 MPa (210 ksi)
  • Hartowane w temperaturze 540°C (1000°F): ~1150 MPa (167 ksi)
  • Hartowane w temperaturze 650°C (1200°F): ~900 MPa (130 ksi)
  • Hartowane w temperaturze 705°C (1300°F): ~810 MPa (117 ksi)
  Jak widać, odpuszczanie pozwala na precyzyjną kontrolę końcowych właściwości mechanicznych.

Wpływ rozmiaru (Mass Effect)

W przypadku wysokich poziomów wytrzymałości kluczowy jest rozmiar lub przekrój elementu 4140. Chociaż wykazuje on dobrą hartowność, nie jest tak głęboko hartowany jak niektóre inne stopy, takie jak 4340. W przypadku części o większej średnicy uzyskanie jednorodnej wysokiej wytrzymałości w całym przekroju, zwłaszcza przy hartowaniu olejowym, staje się trudniejsze.

Na przykład dane pokazują, że dla 4140 hartowanego w oleju od 845°C (1550°F) i odpuszczanego w temperaturze 540°C (1000°F):

• Pręt o średnicy 25 mm (1 cala) może osiągnąć ciśnienie ~1140 MPa (165 ksi).
• Pręt o średnicy 50 mm (2 cale) może osiągnąć ciśnienie ~920 MPa (133 ksi).
• Pręt o średnicy 75 mm (3 cale) może osiągnąć ciśnienie ~860 MPa (125 ksi).

Wytrzymałość na rozciąganie maleje wraz ze wzrostem średnicy ze względu na wolniejszą szybkość chłodzenia głębiej w materiale podczas hartowania.

Podsumowanie i rozważania

Krótko mówiąc, wytrzymałość na rozciąganie stali 4140 jest w dużym stopniu zależna od jej obróbki cieplnej. Po wyżarzaniu wynosi około 620-703 MPa (90-102 ksi). Po hartowaniu i odpuszczaniu, szczególnie w niższych temperaturach odpuszczania, może osiągnąć wytrzymałość zbliżoną do 1965 MPa (285 ksi). Należy jednak pamiętać, że większe przekroje będą miały zazwyczaj niższą osiągalną wytrzymałość ze względu na efekt masy.

Oprócz wytrzymałości na rozciąganie, ważne jest również uwzględnienie innych właściwości, takich jak:

• Wytrzymałość na rozciąganie: Zwykle wysoka w warunkach Q&T przy wysokim stosunku wytrzymałości do rozciągania.
• Plastyczność: Mierzone na podstawie wydłużenia i zmniejszenia powierzchni.
• Wytrzymałość: Pomiary przeprowadzane za pomocą prób udarnościowych Izoda lub Charpy'ego.

Hartowanie pozwala nam dostosować tę równowagę. Zwiększenie temperatury hartowania zmniejsza wytrzymałość, ale poprawia ciągliwość i wytrzymałość. Należy również zauważyć, że hartowanie 4140 w temperaturze od około 230°C do 370°C (od 450°F do 700°F) jest generalnie unikane, aby zapobiec „kruchości niebieskiej”.

W Aobo Steel, z ponad 20-letnim doświadczeniem w stali narzędziowej, rozumiemy te niuanse. Jeśli masz konkretny komponent, znasz wymiary i wymagane właściwości (w tym wytrzymałość), możemy doradzić w sprawie optymalnej obróbki cieplnej i warunków dostawy, aby spełnić Twoje dokładne potrzeby. Skontaktuj się z nami, aby omówić wymagania dotyczące Twojego projektu.