4140 Legirano jeklo | 42CRMO4 | SCM440

4. Toplotna obdelava

Doseganje vrhunske zmogljivosti pri uporabi legiranega jekla 4140 je odvisno od natančne in ustrezne toplotne obdelave. Kot vsestransko legirano jeklo iz kroma in molibdena ponuja 4140 ob pravilni obdelavi odlično kombinacijo trdnosti, žilavosti in odpornosti proti obrabi. 

4.1 Postopki toplotne obdelave legiranega jekla 4140

Za doseganje širokega razpona mehanskih lastnosti jekla legiranega kotla 4140 je mogoče uporabiti več standardnih toplotnih obdelav. Izbira pravilnega postopka je ključnega pomena za končno uporabo.

4.1.1 Normalizacija jekla 4140

Normalizacija se pogosto uporablja kot kondicioniranje pred končno toplotno obdelavo ali za izboljšanje zrnate strukture komponent, ki so bile neenakomerno ohlajene zaradi visokih temperatur. Ta postopek izboljša homogenost in mehanske lastnosti jekla 4140.

• Temperatura ogrevanja: od 845 °C do 925 °C (od 1550 °F do 1700 °F). Običajni specifični razpon je od 870 °C do 900 °C (od 1600 °F do 1650 °F).
• Čas zadrževanja: Najmanj 1 ura ali 15–20 minut na 25 mm (1 palec) največje debeline prereza.
• Hlajenje: Zračno hlajenje.

4.1.2 Žarjenje jekla 4140

Žarjenje se uporablja predvsem za mehčanje legiranega jekla 4140, s čimer se izboljša njegova obdelovalnost in zmanjšajo notranje napetosti. Ta obdelava povzroči bolj duktilen material.

• Temperatura segrevanja: Običajno od 830 °C do 870 °C (od 1525 °F do 1600 °F). Alternativno območje za doseganje največje trdote 197 HB je od 790 °C do 845 °C (od 1450 °F do 1550 °F).
• Čas zadrževanja: Odvisno od debeline prereza ali obremenitve peči.
• Hlajenje: Peč se ohladi s kontrolirano hitrostjo približno 15 °C/h (30 °F/h) do 480 °C (900 °F), nato pa sledi hlajenje na zraku.
• Pričakovana trdota: približno 150-200 HB v žarjenem stanju.

4.1.3 Sferoidizacija jekla 4140 za izboljšano obdelovalnost

Sferoidizacija ustvari mikrostrukturo globularnih karbidov znotraj feritne matrice, ki je optimalna za obdelovalnost jekla 4140.

• Temperatura ogrevanja: od 760 °C do 775 °C (od 1400 °F do 1425 °F).
• Čas zadrževanja: od 4 do 12 ur.
• Hlajenje: Počasno hlajenje. Opomba: Popolna sferoidizacija lahko vključuje avstenitiziranje pri temperaturah nekoliko nad Ac1 ali na sredini med Ac1 in Ac3, čemur sledi zelo počasno ohlajanje ali zadrževanje.

4.1.4 Kaljenje legiranega jekla 4140: kaljenje in popuščanje

Najpogostejša metoda za doseganje visoke trdnosti in žilavosti legiranega jekla 4140 je z kaljenje in kaljenjeTa dvostopenjska toplotna obdelava legiranega jekla 4140 je ključnega pomena za zahtevne aplikacije.

a. Avstenitizacija (segrevanje za utrjevanje). 

• Temperatura segrevanja peči: od 830 °C do 855 °C (od 1525 °F do 1575 °F).
• Temperatura indukcijskega segrevanja: Za indukcijsko kaljenje je priporočena temperatura od 870 °C do 900 °C (od 1600 °F do 1650 °F).
• Splošno območje kaljenja: od 860 °C do 885 °C (od 1575 °F do 1625 °F).
• Čas namakanja: Splošno pravilo je 5 minut na palec (25 mm) najmanjšega prečnega prereza, ko del doseže temperaturo.

b. Kaljenje. 

• Kaljenje: Olje je najprimernejši medij za jeklo 4140. Kaljenje z vodo je možno, vendar zaradi vsebnosti ogljika v jeklu poveča tveganje za razpoke in deformacije; če se uporablja, je potrebna izjemna previdnost.
• Kritični korak po kaljenju: Popuščanje je treba začeti takoj, ko se deli ohladijo na 52 °C do 65 °C (125 °F do 150 °F), da se prepreči razpoke.
• Nadzor popačenja: Pri ravnih ali cevastih profilih lahko navpično potopitev med kaljenjem pomaga zmanjšati napetost in popačenje.

c. Kaljenje jekla 4140.

• Postopek: Kaljeni del segrejte na določeno temperaturo pod kritično točko (Ac1), zadržite dovolj časa in nato ohladite.
• Čas zadrževanja: Običajno 2 uri na palec (25 mm) prečnega prereza.
• Območje »modre krhkosti«: Izogibajte se popuščanju jekla 4140 med 230 °C in 370 °C (450 °F do 700 °F), saj lahko to zmanjša žilavost.

4.2 Kaljivost jekla 4140

Kaljivost se nanaša na globino, do katere se jeklo lahko utrdi med kaljenjem. Krom in molibden v legiranem jeklu 4140 pomembno prispevata k njegovi kaljivosti. Pomembno je vedeti, da se mehanske lastnosti, zlasti pri večjih prerezih, lahko razlikujejo od površine do jedra zaradi razlik v hitrostih ohlajanja. 

4.3 Specializirane toplotne obdelave za legirano jeklo 4140

Poleg primarnih postopkov se lahko za jeklo 4140 uporabijo tudi druge obdelave za posebne zahteve:

a. Odpravljanje stresa:

• Namen: Zmanjšanje notranjih napetosti, ki nastanejo pri strojni obdelavi, oblikovanju ali ravnanju, zlasti pred kaljenjem.
• Temperatura: od 650 °C do 675 °C (od 1200 °F do 1250 °F). Če se nanaša na kaljen material, temperatura za sproščanje napetosti ne sme preseči predhodne temperature popuščanja.

b. Indukcijsko kaljenje:

• Namen: Tehnika površinskega kaljenja za znatno izboljšanje odpornosti proti obrabi in površinske meje tečenja, s čimer se ustvari trda plast nad tršim jedrom. Pogosto se uporablja za zatiče, gredi in druge visoko obremenitvene komponente po primarnem kaljenju in popuščanju.
• Temperatura avstenitizacije (indukcija): od 870 °C do 900 °C (od 1600 °F do 1650 °F).
• Kaljenje (indukcija): Vključuje zelo kratke cikle; čas in temperatura sta ključnega pomena.

c. Nitriranje:

• Namen: Postopek površinskega utrjevanja, ki v površino jekla vnaša dušik, kar poveča odpornost proti obrabi in pogosto podaljša življenjsko dobo do utrujenosti. Jeklo 4140 je enostavno nitrirati.
• Temperatura: Običajno okoli 520 °C do 550 °C (970 °F do 1020 °F) za daljša obdobja v atmosferi, bogati z dušikom.