Oțel aliat 4130: proprietăți și aplicații

Oțelul aliat 4130 este clasificat ca oțel cu carbon mediu, slab aliat în cadrul sistemului AISI. Denumirea sa evidențiază elementele sale de aliere primare: crom (aproximativ 1%) și molibden (aproximativ 0,20%). Acest oțel versatil oferă o combinație solidă de rezistență, tenacitate și sudabilitate.

1. 4130 oțel aliat Compoziția chimică

Compoziția chimică tipică a oțelului 4130 (în procente în greutate) este:

• Carbon (C):28-0.33% (Oferă un echilibru între rezistență și ductilitate)
• Mangan (Mn):40-0,60% (Contribuie la întărire și rezistență)
• Siliciu (Si):20-0,35% (Acţionează ca un dezoxidant şi poate creşte rezistenţa)
• Crom (Cr):80-1.10% (Îmbunătățește întăribilitatea, rezistența la coroziune și rezistența la uzură)
• Molibden (Mo):15-0.25% (Îmbunătățește întărirea și rezistența la temperatură ridicată și rezistă fragilizării la temperatură)
• Fosfor (P) și sulf (S): Menținut la un nivel scăzut (de obicei max 0,030-0,040% fiecare)
• Cupru (Cu): Poate fi prezent (până la 0,35% în unele specificații)

2. Caracteristici de întărire

4130 este un oțel aliat cu întărire cu apă, cu întărire scăzută până la intermediară. Aceasta înseamnă că obținerea durității complete prin călire necesită o analiză atentă a grosimii secțiunii. Secțiunile mai subțiri sau mediile de călire mai agresive (cum ar fi apa) sunt în general necesare decât oțelurile cu întărire mai mare. Diametrul critic ideal (DI) ilustrează acest lucru; de exemplu, o căldură specifică cu 0,29% C, 1,02% Cr și 0,15% Mo a calculat un DI de 68,3 mm (2,69 in.).

3. Tratarea termică a oțelului aliat 4130

AISI 4130 este un oțel foarte versatil, cu carbon mediu, slab aliat, cunoscut pentru rezistența, tenacitatea și sudarea sa. Elementele sale cheie de aliere sunt cromul și molibdenul. Pentru a valorifica pe deplin capacitățile oțelului 4130 și pentru a-și adapta proprietățile mecanice pentru aplicații specifice, este esențial un tratament termic precis. Răspunsul 4130 la diferite cicluri termice permite un spectru larg de caracteristici de performanță.

3.1 Procese comune de tratare termică pentru 4130

Pe baza experienței extinse din industrie și a datelor tehnice, Aobo Steel prezintă tratamentele termice primare aplicabile oțelului 4130:

3.1.1 Normalizare

• Obiectiv: Pentru a rafina structura granulației oțelului, îmbunătățind uniformitatea și îmbunătățind prelucrabilitatea după forjare sau laminare.
• Proces: Încălziți oțelul uniform la o temperatură între 870°C și 925°C (1600°F până la 1700°F). Acest interval este de aproximativ 55°C până la 85°C (100°F până la 150°F) peste temperatura critică superioară (Ac3), asigurând transformarea completă în austenită. Țineți la temperatură timp adecvat pentru a asigura pătrunderea căldurii, de obicei 1 oră la 25 mm (1 inch) de grosime maximă, cu un timp minim de menținere adesea specificat. Se răcește în aer calm la temperatura camerei.
• Post-normalizare: Este o practică obișnuită să căliți oțelul 4130 normalizat la temperaturi de 480°C (900°F) sau mai mari pentru a atinge cerințele specifice de limită de curgere.

3.1.2 Recoacere

• Obiectiv: Pentru a produce cea mai moale condiție posibilă pentru oțelul 4130, maximizând ductilitatea pentru operațiuni precum formarea la rece sau prelucrarea complexă.
• Proces: Încălziți oțelul la o temperatură între 830°C și 870°C (1525°F până la 1600°F). Țineți la temperatură pentru o perioadă în funcție de dimensiunea secțiunii sau de sarcina cuptorului. În mod esențial, se răcește foarte lent în cuptor, de obicei la o viteză care nu depășește 15°C pe oră (30°F pe oră), până la aproximativ 480°C (900°F). Sub această temperatură, răcirea poate continua în aer. Această răcire lentă controlată promovează formarea unei microstructuri de perlită moale și grosieră.

3.1.3 Călire și călire (călire)

• Obiectiv: Pentru a dezvolta rezistență, duritate și tenacitate ridicate, cea mai comună condiție pentru aplicațiile structurale ale 4130.
• Austenitizare: Încălziți oțelul uniform la temperatura de austenitizare corespunzătoare. Aceasta este de obicei între 855°C și 865°C (1575°F până la 1600°F), în funcție de compoziția exactă și dimensiunea secțiunii. Țineți la temperatură suficient de mult pentru austenitizarea completă.
• stingere: Răciți rapid oțelul de la temperatura de austenitizare. Datorită întăririi scăzute până la intermediare a lui 4130, mediul de călire (apă, ulei sau polimer) trebuie selectat cu atenție pe baza grosimii secțiunii componentei și a proprietăților finale dorite. Apa asigură o răcire mai rapidă și o duritate mai mare în secțiunile mai subțiri, dar crește riscul de distorsiune. Călirea cu ulei este comună pentru secțiunile moderate. Atingerea vitezei critice de răcire, în special prin intervalul de transformare în jur de 540°C (1000°F), este vitală pentru obținerea unei structuri complet martensitice, în special în secțiunile mai groase.
• temperare: Reîncălziți oțelul stins (călit) la o temperatură specifică sub temperatura critică inferioară (Ac1). Temperaturile de revenire pentru 4130 variază de obicei între 205°C și 705°C (400°F și 1300°F). Țineți la temperatura de temperare (de obicei cel puțin 2 ore), apoi răciți (de obicei în aer). Călirea reduce fragilitatea martensitei ca stinsă și stabilește echilibrul final de duritate, rezistență și duritate. Temperaturile mai scăzute de revenire produc rezistență și duritate mai mari, în timp ce temperaturile mai ridicate cresc ductilitatea și duritatea în detrimentul rezistenței.

3.2 Considerații de întărire

Călibilitatea oțelului 4130 este un factor critic. Descrie capacitatea oțelului de a se întări prin secțiunea transversală în timpul călirii.

• 4130 are o întărire scăzută până la intermediară în comparație cu oțelurile mai aliate.
• Grosimea secțiunii: Duritatea realizabilă și adâncimea de întărire depind foarte mult de dimensiunea componentei. Secțiunile mai groase se răcesc mai lent, în special la miez, ceea ce poate duce la o microstructură mai puțin uniformă și o duritate a miezului mai mică decât suprafața.
• Diametrul critic ideal (DI): Această valoare calculată (de exemplu, ~68 mm sau ~2,7 inchi pentru o compoziție tipică în condiții ideale) indică diametrul maxim teoretic care poate fi întărit până la centru sub o călire perfectă. Rezultatele practice cu căliri mai puțin severe (ulei, polimer) vor obține întărirea la adâncimi mai mici.
• Severitatea călirii: Selectarea atentă a procesului de călire este vitală pentru a obține proprietățile dorite fără a provoca fisuri sau distorsiuni excesive, în special în comparație cu oțelurile cu carbon mai ridicat, cum ar fi 4140, care au o întăribilitate mai mare dar și un risc mai mare de fisurare prin stingere.

3.3 Eliberarea stresului

• Obiectiv: Pentru a reduce tensiunile interne induse de procesele de fabricație, cum ar fi prelucrarea grea, formarea la rece sau sudarea, adesea efectuate înainte întărire finală sau pe piese normalizate/recoace.
• Proces: Încălziți oțelul uniform la o temperatură între 650°C și 675°C (1200°F până la 1250°F). Țineți timp suficient (de exemplu, 1 oră pe inch de grosime), urmată de răcire lentă (de obicei în cuptor sau aer).
• Notă importantă: Dacă se efectuează reducerea stresului după călire și revenire, temperatura de eliberare a tensiunii trebuie menținută sub temperatura inițială de revenire (de obicei cu cel puțin 15°C sau 25°F mai mică) pentru a evita impactul negativ asupra proprietăților mecanice stabilite anterior.

4. Prezentare generală a proprietăților mecanice

Proprietățile mecanice finale ale oțelului 4130 depind direct de tratamentul termic aplicat. Condițiile de călire și revenire oferă o gamă largă de valori realizabile de rezistență la tracțiune, limită de curgere, alungire și duritate.

Este important să luați în considerare efectul de masă: secțiunile transversale mai mari se răcesc mai lent în timpul călirii, rezultând o duritate și o rezistență mai scăzute a miezului în comparație cu suprafața sau în comparație cu secțiunile mai mici care primesc același tratament termic.

Proprietăți mecanice tipice ale oțelului 4130 tratat termic

Temperatura de temperare		Rezistență la tracțiune		Puterea de curgere		Alungire în 50 mm (2 in.), %	Reducere în suprafață, %	Duritate, HB	Izod Impact Energy
°C	°F	MPa	ksi	MPa	ksi				J	ft-lb
Apa stinsă și temperată
205	400	1765	256	1520	220	10	33	475	18	13
260	500	1670	242	1430	208	11.5	37	455	14	10
315	600	1570	228	1340	195	13	41	425	14	10
370	700	1475	214	1250	182	15	45	400	20	15
425	800	1380	200	1170	170	16.5	49	375	34	25
540	1000	1170	170	1000	145	20	56	325	81	60
650	1200	965	140	830	120	22	63	270	135	100
Ulei stins si calit
205	400	1550	225	1340	195	11	38	450	—	—
260	500	1500	218	1275	185	11.5	40	440	—	—
315	600	1420	206	1210	175	12.5	43	418	—	—
370	700	1320	192	1120	162	14.5	48	385	—	—

Efectele masei asupra proprietăților tipice ale oțelului 4130 tratat termic

Dimensiunea barei	Rezistență la tracțiune	Rezistenta la curgere	Alungire în 50 mm (2 in.), %	Reducere în suprafață, %	Duritatea suprafeței, HB
mm	MPa	ksi	MPa	ksi	%
25	1040	151	880	128	18
50	740	107	570	83	20
75	710	103	540	78	22

Sursa: MANUAL ASM

5. Aplicații comune

Datorită profilului său de performanță fiabil, oțelul 4130 este utilizat în diverse industrii:

• Componente auto (de exemplu, osii)
• Piese structurale care necesită o bună rezistență și duritate
• Arbori, angrenaje și rulmenți care necesită o rezistență bună la oboseală și la uzură (adesea în condiții de temperare)
• Aplicații care necesită rezistență ridicată (în condiții sferoidizate)
• Procese de întărire prin fascicul de electroni

Deși nu este clasificat ca oțel de scule primar, versatilitatea sa îl face un material comun în încăperile de scule.

6. Echivalente standarde internaționale

Oțelul 4130 corespunde denumirilor din mai multe standarde internaționale:

• ASTM: A322, A29/A29M
• SAE: J404
• JIS (Japonia): SCM 425, SCM 430