Înțelegerea rezistenței la tracțiune a oțelului 4140

Atunci când selectați materiale pentru aplicații solicitante, înțelegerea proprietăților mecanice este critică. Pentru inginerii care lucrează cu componente structurale și mașini, rezistența la tracțiune este o măsură cheie. Să aruncăm o privire directă asupra oțelului AISI 4140, o alegere populară pe care o oferim aici Aobo Steel, și în special ei rezistență la tracțiune.

Ce este oțelul 4140?

În primul rând, AISI 4140 este un oțel aliat mediu, în special un tip de crom-molibden (Cr-Mo). Compoziția sa tipică, conform standardului AISI, include 0,38%-0,45% carbon, 0,90%-1,2% crom și 0,15%-0,30% molibden. Conținutul de molibden este important – ajută la obținerea unei microstructuri fine după prelucrarea la cald și tratamentul termic, rezultând un echilibru bun de rezistență și tenacitate.

Acest oțel este cunoscut pentru călibilitatea sa ridicată, ceea ce înseamnă că poate atinge o rezistență ridicată chiar și în componentele mai mari. Acest lucru îl face potrivit pentru piese de mașini cu secțiuni transversale semnificative care necesită o rezistență sporită după rafinare. La Aobo Steel, furnizăm adesea 4140 pentru piese solicitante, cum ar fi arbori cotiți și osii, unde funcționează bine atât sub sarcini statice, cât și dinamice.

Rezistența la tracțiune: variază

Acum, să discutăm despre numere. Rezistența la tracțiune a oțelului 4140 nu este o valoare fixă. Depinde în mod semnificativ de starea sa și, în mod esențial, de tratament termic aplicat – în special temperatura de revenire după călire. Călirea și revenirea sunt procese standard utilizate pentru a le îmbunătăți în mod semnificativ proprietățile în mod semnificativ, rezultând o curgere mai mare și rezistențe la tracțiune și o rezistență mai bună la crestătură în comparație cu laminatul la cald, recoaptă, sau normalizat state.

Iată o defalcare a valorilor tipice ale rezistenței la tracțiune în funcție de stare:

• Stare recoaptă: Când este recoaptă, 4140 este mai moale și mai ductil. Rezistența la tracțiune în această stare este în general mai mică, variind de la aproximativ 620 MPa (90 ksi) până la 703 MPa (102 ksi). Cu toate acestea, unele surse pot raporta variații de până la 150-200 ksi, în funcție de metodele de procesare specifice, cum ar fi laminarea la cald versus trefilarea la rece.
• Stare călită și călită (Q&T): Aici 4140 își demonstrează cu adevărat potențialul de putere. Călirea creează o structură martensitică dură, iar călirea ajustează aceasta pentru a obține echilibrul dorit de rezistență și duritate. Este important că temperaturile de revenire mai ridicate duc în general la o rezistență la întindere mai mică, dar la o duritate și ductilitate crescute. Iată valorile tipice ale rezistenței la tracțiune pentru 4140 de bari căliți cu ulei (de la 845°C / 1550°F) când sunt temperați la diferite temperaturi:
  • Revenit la 205°C (400°F): ~1965 MPa (285 ksi)
  • Revenit la 315°C (600°F): ~1720 MPa (250 ksi)
  • Revenit la 425°C (800°F): ~1450 MPa (210 ksi)
  • Revenit la 540°C (1000°F): ~1150 MPa (167 ksi)
  • Revenit la 650°C (1200°F): ~900 MPa (130 ksi)
  • Revenit la 705°C (1300°F): ~810 MPa (117 ksi)
  După cum puteți vedea, călirea permite un control precis asupra proprietăților mecanice finale.

Efectul dimensiunii (efectul de masă)

Pentru niveluri de înaltă rezistență, dimensiunea sau secțiunea transversală a componentei 4140 este crucială. Deși prezintă o întărire bună, nu este la fel de întărire ca unele alte aliaje, cum ar fi 4340. Pentru piesele cu diametru mai mare, obținerea unei rezistențe mari uniforme pe întreaga secțiune transversală, în special cu călirea cu ulei, devine mai dificilă.

De exemplu, datele arată că pentru 4140 stins cu ulei de la 845°C (1550°F) și revenit la 540°C (1000°F):

• O bară de 25 mm (1 in.) poate atinge ~1140 MPa (165 ksi).
• O bară de 50 mm (2 in.) poate atinge ~920 MPa (133 ksi).
• O bară de 75 mm (3 in.) poate atinge ~860 MPa (125 ksi).

Rezistența la tracțiune scade pe măsură ce diametrul crește datorită vitezei de răcire mai lentă mai adânc în interiorul materialului în timpul călirii.

Rezumat și considerații

Pe scurt, rezistența la tracțiune a oțelului 4140 depinde în mare măsură de tratamentul termic. Recoacet, este în jur de 620-703 MPa (90-102 ksi). Când este stins și revenit, în special la temperaturi mai scăzute de revenire, poate atinge rezistențe care se apropie de 1965 MPa (285 ksi). Cu toate acestea, amintiți-vă că secțiunile mai mari vor avea de obicei o rezistență realizabilă mai mică datorită efectului de masă.

De asemenea, este vital să se ia în considerare și alte proprietăți pe lângă rezistența la tracțiune, cum ar fi:

• Limita de curgere: De obicei ridicat în condiții Q&T, cu un raport ridicat la rezistența la tracțiune.
• Ductilitate: Măsurată prin alungire și reducerea suprafeței.
• Duritate: Măsurat prin teste de impact precum Izod sau Charpy.

Călirea ne permite să personalizăm acest echilibru. Creșterea temperaturii de revenire reduce rezistența, dar îmbunătățește ductilitatea și duritatea. Rețineți, de asemenea, că temperarea 4140 între aproximativ 230°C și 370°C (450°F până la 700°F) este în general evitată pentru a preveni „fragilitatea albastră”.

La Aobo Steel, cu peste 20 de ani de experiență în oțel pentru scule, înțelegem aceste nuanțe. Dacă aveți o componentă specifică, cunoașteți dimensiunile și proprietățile necesare (inclusiv duritatea), vă putem sfătui cu privire la tratamentul termic și starea optimă de alimentare pentru a răspunde nevoilor dumneavoastră precise. Simțiți-vă liber să contactați pentru a discuta cerințele proiectului dvs.