5140 LEGIRANA JEKLA | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Ključni postopki toplotne obdelave za legirano jeklo 5140

Več uveljavljenih toplotna obdelava Na legirano jeklo 5140 se lahko uporabijo postopki za spreminjanje njegove mikrostrukture in posledično njegovih fizikalnih in mehanskih lastnosti. Ti postopki vključujejo žarjenje, normalizacijo, kaljenje in popuščanje, avstemperiranje in indukcijsko kaljenje.

3.1 Žarjenje legiranega jekla 5140

Žarjenje se uporablja predvsem za mehčanje legiranega jekla 5140, kar izboljša njegovo obdelovalnost in oblikovnost.

• Postopek: To vključuje segrevanje jekla na temperaturno območje od 815 °C do 870 °C (od 1500 °F do 1600 °F), zadrževanje pri tej temperaturi ustrezno dolgo, čemur sledi počasen postopek hlajenja, običajno hlajenje v peči.
• Izid: Namen te obdelave je ustvariti mikrostrukturo pretežno perlitnih ali sferoidiziranih karbidov znotraj feritne matrice. Največja trdota, ki jo je mogoče doseči po žarjenju jekla 5140 v tem območju, je približno 187 HB. To zmehčano stanje, za katero je značilna specifična mikrostruktura, je idealno za nadaljnje proizvodne operacije zaradi izboljšane obdelovalnosti in izboljšane oblikovalnosti.

3.2 Normalizacija legiranega jekla 5140

Normalizacija je postopek toplotne obdelave, ki se uporablja za izboljšanje zrnate strukture legiranega jekla 5140, s čimer se ustvari bolj enakomerna in homogena mikrostruktura.

• Postopek: Vključuje segrevanje jekla na temperaturo nad zgornjo kritično točko transformacije (Ac3) in nato hlajenje na mirnem zraku.
• Izid: Ta obdelava ima za posledico finejšo in bolj enakomerno velikost zrn, kar lahko izboljša trdnost in žilavost jekla. Normalizacija se pogosto izvaja kot pripravljalni korak pred nadaljnjimi toplotnimi obdelavami, kot sta kaljenje in popuščanje, kar zagotavlja dosleden in optimalen odziv na nadaljnjo toplotno obdelavo.

3.3 Kaljenje in popuščanje legiranega jekla 5140

Kaljenje in popuščanje (pogosto imenovano kaljenje in kaljenje) je ključna toplotna obdelava za legirano jeklo 5140 za razvoj optimalnega ravnovesja med trdnostjo, trdoto in žilavostjo.

• Postopek kaljenja: To vključuje avstenitizacijo jekla, običajno s segrevanjem na približno 840 °C (ali glede na specifične potrebe uporabe), ki mu sledi hitro ohlajanje (kaljenje) v ustreznem mediju (npr. olju ali vodi). Cilj je pretvoriti avstenit v trdo martenzitno ali bainitno strukturo, ki zagotavlja začetno visoko trdoto.

• Kaljivost: Legirano jeklo 5140 kaže dobro kaljivost, ki je boljša od navadnih ogljikovih jekel, kot je 1040, zlasti pri doseganju trdote v prerezih do približno 40 mm v premeru pri kaljenju v vodi. Na primer, vzorec 5140 s premerom 15 mm kaže konstantno trdoto po celotnem prerezu zaradi nastanka martenzita, kar je značilnost, ki se ohranja tudi pri vzorcih s premerom 40 mm pri podobnih pogojih kaljenja. Vendar je njegova kaljivost na splošno nižja kot pri višjih legiranih vrstah, kot je 4140 oz 4340; to je treba upoštevati pri obdelavi zelo velikih odsekov, kjer je doseganje enakomerne trdote ključnega pomena, saj lahko te alternative z višjo vsebnostjo zlitin omogočijo globlje kaljenje.

• Postopek kaljenja: Po kaljenju je jeklo izjemno trdo, vendar pogosto preveč krhko za večino uporab. Popuščanje vključuje ponovno segrevanje kaljenega jekla na določeno temperaturo pod njegovo spodnjo kritično temperaturo (Ac1), običajno med 175 °C in 705 °C (350 °F in 1300 °F). Izbrana temperatura popuščanja narekuje končno ravnovesje lastnosti.
• Izid: Popuščanje do neke mere zmanjša trdoto in trdnost, vendar znatno poveča duktilnost in žilavost, s čimer se sprostijo notranje napetosti, ki nastanejo med kaljenjem. Ta postopek omogoča natančen nadzor nad končnimi mehanskimi lastnostmi komponent iz legiranega jekla 5140 in jih prilagodi specifičnim zahtevam uporabe.

3.4 Kaljenje legiranega jekla 5140

Nizko legirano jeklo 5140 velja za zelo primerno za avsternsko kaljenje, izotermni transformacijski proces, ki ustvari bainitno mikrostrukturo.

• Postopek: Avstenitno kaljenje vključuje kaljenje jekla z njegove temperature avstenitizacije neposredno na temperaturo nad začetno temperaturo martenzita (Ms), vendar pod območjem nastajanja perlita (običajno znotraj območja transformacije bainita). Jeklo se zadržuje pri tej temperaturi, dokler se avstenit popolnoma ne pretvori v bainit. Pri jeklu 5140 se ta transformacija v bainit običajno zaključi v 1 do 10 minutah, če se zadržuje pri temperaturah med 315 °C in 400 °C (600 °F in 750 °F).
• Izid: Ta postopek ima za posledico bainitno mikrostrukturo, znano po odlični kombinaciji trdnosti, žilavosti in duktilnosti, pogosto z zmanjšano deformacijo v primerjavi s konvencionalnim kaljenjem in popuščanjem. Sestava legiranega jekla 5140 omogoča avtentično popuščanje v večjih prerezih v primerjavi z navadnimi ogljikovimi jekli, kot je 1080, zaradi več časa, ki je na voljo za izogibanje nastajanju perlita med hlajenjem.

3.5 Indukcijsko kaljenje legiranega jekla 5140

Za aplikacije, ki zahtevajo visoko površinsko trdoto in odpornost proti obrabi v kombinaciji s trdim jedrom, je mogoče legirano jeklo 5140 učinkovito indukcijsko kaliti. Ta postopek se običajno izvede po začetnem kaljenju in popuščanju, da se dosežejo želene lastnosti jedra.

• Postopek: Indukcijsko kaljenje je tehnika površinskega kaljenja, ki uporablja elektromagnetno indukcijo za hitro segrevanje površinske plasti jekla nad temperaturo transformacije, čemur sledi takojšnje kaljenje.
• Izid: To ustvari trdo površinsko oblogo, hkrati pa ohrani vnaprej določene koristne lastnosti (kot sta žilavost ali visoka trdnost) jedra. Pri legiranem jeklu 5140 (zaradi te značilnosti je pogosto združeno z oznako 4140) lahko indukcijsko kaljenje doseže globino obloge od 1,0 mm do 2,0 mm, pri čemer se trdnost jedra običajno giblje med 100 in 140 kgf/mm², odvisno od premera komponente in specifičnih procesnih parametrov. Ta dvojna lastnost je zelo ugodna za komponente, ki so izpostavljene površinski obrabi in napetostim jedra.

3.6 Povzetek možnosti toplotne obdelave za legirano jeklo 5140

Za jasen pregled vam naslednja tabela povzema ključne postopke toplotne obdelave legiranega jekla 5140: