Prezentare tehnică 4340 Steel

Oțel 4340 Prezentare tehnică: Oțelul 4340 este un oțel popular cu carbon mediu, slab aliat. Este cunoscut pentru rezistența sa ridicată, călirea profundă și duritatea, obținute prin procese de tratament termic, cum ar fi călirea și revenirea. Acest oțel conține în mod obișnuit elemente de aliere precum crom, nichel și molibden și este adesea folosit în aplicații care necesită condiții de service moderat severe, inclusiv componente precum roți dințate, caneluri și arbori.

1. Compoziția chimică

Carbon (C)	Crom (Cr)	Nichel (Ni)	Molibden (Mo)	Mangan (Mn)	Siliciu (Si)	Fosfor (P)	sulf (S)
0.38 – 0.43%	0.70 – 0.90%	1.65 – 2.00%	0.20 – 0.30%	0.60 – 0.80%	0.15 – 0.35%	≤ 0,035% (maximum)	≤ 0,040% (maximum)

2. Proprietățile mecanice ale oțelului 4340

Proprietățile mecanice tipice ale oțelului 4340 după călirea uleiului de la 845 °C (1550 °F) și revenire la diferite temperaturi

Temperatura de temperare	Rezistență la tracțiune	Puterea de curgere	Alungire în 50 mm (2 in.)	Reducerea suprafeței	Duritate	Izod Impact Energy
205 °C (400 °F)	Aproximativ. 1980 MPa (287 ksi)	Aproximativ. 1860 MPa (270 ksi)	Pe la 11%	În jur de 39%	Aproximativ. 520 HB (≈ 53 HRC)	Aproximativ 20 J (15 ft·lb)
425 °C (800 °F)	Aproximativ. 1500 MPa (217 ksi)	Aproximativ. 1365 MPa (198 ksi)	Pe la 14%	În jur de 48%	Aproximativ. 440 HB (≈ 46 HRC)	Aproximativ 16 J (12 ft·lb)
650 °C (1200 °F)	Aproximativ. 1020 MPa (148 ksi)	Aproximativ. 860 MPa (125 ksi)	În jurul anului 20%	În jur de 60%	Aproximativ. 290 HB (≈ 31 HRC)	Aproximativ 100 J (74 ft·lb)

3. 4340 aplicații din oțel

• Angrenaje, caneluri și arbori: Rezistența ridicată și duritatea oțelului 4340 îl fac utilizat pe scară largă pentru fabricarea angrenajelor și canelurilor care trebuie să suporte cantități mari de cuplu și sarcini de impact. Este, de asemenea, folosit pentru a face arbori pentru alte mașini unde rezistența la oboseală și stresul de torsiune sunt esențiale.
• Componentele aeronavei: Capacitatea oțelului 4340 tratat termic de a obține rapoarte ridicate rezistență-greutate îl face să fie utilizat în structuri specifice aeronavei, cum ar fi componentele trenului de aterizare și părți ale corpului aeronavei, unde defecțiunea în condiții extreme nu este o opțiune. Este important de reținut că trebuie să solicităm teste riguroase și control al calității, cum ar fi testarea mecanică transversală a proprietății, pentru aeronave.
• Piese auto: Unele aplicații pentru oțelul 4340 pot include piese de automobile la cerere mare, unde rezistența și durabilitatea sunt importante, cum ar fi anumite tipuri de osii și componente de suspensie.
• Scule și matrițe: Deși 4340 nu este de obicei un „oțel pentru scule” primar, cum ar fi oțelurile cu conținut ridicat de carbon sau oțelurile de mare viteză, combinația sa de rezistență și tenacitate îl poate face util pentru anumite aplicații de scule, cum ar fi matrițele de prindere și matrițele de forjare, în primul rând pentru producții mai scurte sau servicii mai puțin severe, unde rezistența extremă la uzură nu este primordială.
• Componente pentru industria petrolului și gazelor: Rezistența și tenacitatea bună a oțelului 4340 îl fac, de asemenea, potrivit pentru unele dintre componentele industriei de petrol și gaze care se află în medii dificile și piese cu stres ridicat. De exemplu, ar putea fi folosit în conducte și supape pentru colectarea și rafinarea petrolului
• Aplicații pentru rulmenți: 52100 este folosit frecvent pentru rulmenți, dar pentru anumite toleranțe mai strânse sau aplicații de performanță mai scăzută, 4340, în special în stare carburată, ar fi totuși luat în considerare, unde este nevoie de un echilibru între rezistență și duritate.
• Șuruburi și elemente de fixare de înaltă rezistență: Datorită capacității sale pentru niveluri de rezistență ridicate care pot fi atinse prin tratament termic, oțelul 4340 este un candidat pentru șuruburi și elemente de fixare de înaltă rezistență în scenarii critice sau cu solicitări ridicate.
• Mașini și componente structurale: 4340 este folosit în mod obișnuit ca oțel de înaltă rezistență pentru mașini, deși poate fi folosit și într-o mare varietate de componente structurale și mecanice unde sunt necesare rezistență moderată până la mare și tenacitate bună. Exemple ar putea fi piese pentru echipamente grele, mașini industriale sau alte tipuri de inginerie la cerere mare.

4. Tratament termic

4.1 Preîncălzire

Acest pas este util pentru a limita șocul termic la oțel în următoarea etapă de austenitizare la temperatură înaltă. Îmbunătățește uniformitatea generală a încălzirii și reduce șansele de fisurare, în special în zonele componentei cu geometrii complexe sau secțiuni transversale diferite. Pentru oțelul 4340, o temperatură obișnuită de preîncălzire ar fi de 1200 ° F (650 ° C) pentru o perioadă scurtă de timp pentru a aduce piesa la o temperatură uniformă. Acest pas poate ajuta, de asemenea, la relaxarea unor tensiuni induse în timpul proceselor anterioare de fabricație, cum ar fi prelucrarea.

4.2 Austenitizare

Austenitizarea este procesul cheie și constă în încălzirea oțelului la o temperatură ridicată selectată, care este de obicei în intervalul de 1500 până la 1575 ° F (815 până la 855 ° C) și menținerea la această temperatură pentru un timp suficient de înmuiere pentru a permite microstructurii să transforme 100% în austenită. Grosimea secțiunilor va determina temperatura specifică de austenitizare și perioada de reținere. Scopul este de a obține o structură austenitică omogenă înainte de etapa următoare.

4.3 stingere

După austenitizare, oțelul trebuie să fie răcit suficient de repede pentru a transforma austenita în martensită, o fază de înaltă rezistență și frecvent fragilă. Călirea cu ulei este cea mai comună metodă pentru oțelul 4340 pentru a obține un echilibru bun de duritate și pentru a minimiza deformarea și fisurarea. Pentru secțiuni mai mari, totuși (de exemplu, mai mare de 75 mm (3 in) diametru), se poate folosi călirea cu apă pentru a obține prin călire, deși acest lucru crește foarte mult probabilitatea de fisurare. Este important de menționat că îndreptarea piesei, dacă este necesar din cauza deformării în timpul călirii, poate fi adesea efectuată în timp ce temperatura oțelului este încă peste aproximativ 400°F (205°C).

4.4 Revenirea

Oțelul 4340 în stare de stingere are o structură total martensitică, care este de obicei prea fragilă pentru majoritatea aplicațiilor de inginerie. După călire, oțelul întărit trebuie călit, de obicei prin reîncălzirea acestuia la o temperatură mai scăzută, în general între 300 și 1300 ° F (150 până la 705 ° C), menținându-l la acea temperatură pentru o anumită perioadă de timp (în mod normal, cel puțin 2 ore pe inch de secțiune transversală), înainte de răcire la temperatura camerei. După cum sa menționat mai devreme, temperatura de revenire influențează direct proprietățile mecanice atinse. În general, temperaturile de revenire mai scăzute produc rezistență și duritate mai mari, în timp ce temperaturile mai ridicate produc o ductilitate și duritate mai mari. Pentru unele aplicații, uneori poate fi folosit un temperament dublu.

4.5 Eliberarea stresului (opțional, recomandat)

Pentru a reduce tensiunile reziduale de la prelucrare, formare sau sudare, luați în considerare un tratament de reducere a tensiunii înainte de procesul de întărire (pentru a evita deformarea excesivă în timpul călirii) sau după întărire (dar sub temperatura de revenire pentru a evita afectarea durității revenite). Pentru oțel, un interval comun de temperatură de reducere a tensiunii ar fi de la 650 la 675 °C (1200 la 1250 °F), cu un timp de menținere în funcție de grosimea secțiunii.

4.6 Tratament sub zero (opțional)

Dacă stabilitatea dimensională este de cea mai mare importanță, componentele pot fi supuse unui tratament sub zero (refrigerat la -87 până la -60°C sau -125 până la -75°F) după stingere și înainte de revenire pentru a transforma austenita rămasă în martensită. Aceasta este urmată de revenire pentru a obține proprietățile dorite finale și pentru a reduce fragilitatea martensitei nou formate.

5. Care este diferența dintre oțelul 4140 și 4340?

Diferența cheie între 4140 și oțelul 4340 constă în adăugarea de nichel în 4340, care, împreună cu un conținut ușor mai mare de molibden în unele specificații, duce la o întărire îmbunătățită, o rezistență mai mare și o duritate îmbunătățită în comparație cu 4140. Acest lucru face ca 4340 să fie mai potrivit pentru aplicații cu solicitări mai mari și dimensiuni mai mari ale componentelor. Atunci când alegeți dintre cele două, este vital să luați în considerare cerințele specifice proprietăților mecanice și dimensiunile piesei în raport cu caracteristicile de călire ale fiecărei clase de oțel.