4140 alaşımlı çelik, iyi mukavemet, tokluk ve sertleştirilebilirlik sunan çok yönlü bir Cr-Mo alaşımlı çeliktir ve uygun ısıl işlemden sonra orta derecede şiddetli servis koşulları için uygundur. Birincil alaşım elementleri olarak Krom ve Molibden ile sınıflandırılır.
1. Uygulamalar
- Makine Bileşenleri: Miller (birincil kullanım), Akslar, Dişliler, Mil, Kaplinler, Krank Milleri, Bağlantı Çubukları, Vana Kapakları, Mandren Gövdeleri, Pensler
- Takımlar ve Fikstürler: Fikstürler, Fikstürler, Takım tutucular, Matkap yakaları, Cıvatalar, Saplamalar, Konveyör parçaları
- Otomotiv ve Havacılık: Akslar, Krank milleri, Direksiyon mafsalları, Yüksek mukavemetli yapısal parçalar
- Petrol ve Gaz Endüstrisi: Kuyu içi sondaj aletleri, Alet bağlantıları, Pompa milleri
- Yüzey Sertleştirilmiş Parçalar: Geliştirilmiş yüzey dayanıklılığı gerektiren bileşenler
2. 4140 Çelik Bileşimi1
| Karbon (C) | Manganez (Mn) | Silisyum (Si) | Krom (Cr) | Molibden (Mo) | Fosfor (P) | Sülfür (S) |
| 0,38 – 0,43 | 0,75 – 1,00 | 0,15 – 0,35 | 0,80 – 1,10 | 0,15 – 0,25 | ≤ 0,035 | ≤ 0,040 |
3. Fiziksel özellikler
Farklı Sıcaklıklarda 4140 Alaşımlı Çeliğin Fiziksel Özellikleri
| Sıcaklık (°C) | Sıcaklık (°F) | Isıl İletkenlik (W/m·K) | Ortalama Özgül Isı Kapasitesi (kJ/kg·K) | Doğrusal Genleşmenin Ortalama Katsayısı (x 10⁻⁶ K⁻¹) | Yoğunluk (kg/m³) | Young Modülü (x 10⁵ MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 68 | 46.71 | 472.91 | 11.28 | 7848.2 | 211.6 |
| 100 | 212 | 46.06 | 486.33 | 11.67 | 7820.7 | 203.1 |
| 200 | 392 | 45.59 | 499.21 | 12.32 | 7790.2 | 197.5 |
| 300 | 572 | 43.47 | 519.18 | 12.85 | 7757.4 | 193.7 |
| 400 | 752 | 40.7 | 543.45 | 13.37 | 7722.3 | 188.6 |
| 500 | 932 | 37.67 | 570.3 | 13.9 | 7684.7 | 180.2 |
| 600 | 1112 | 34.63 | 599.31 | 14.42 | 7644.5 | 167.0 |
4. Mekanik Özellikler
4140 çeliğinin özellikleri, ısıl işlemle önemli ölçüde değiştirilebilir. Söndürme ve temperleme, 4140 metalinin akma dayanımını, çekme dayanımını ve çentik tokluğunu iyileştirebilir.
4.1 Söndürülmüş ve Temperlenmiş 4140 Metal
4140 çeliği yağda söndürülüp daha sonra çeşitli sıcaklıklarda temperlendiğinde, mekanik özellikleri tahmin edilebilir şekilde değişir. Bu, belirli operasyonel gereklilikleri karşılamak için çeliğin son özellikleri üzerinde hassas kontrol sağlar. Aşağıda farklı temperleme sıcaklıklarında elde edilen tipik mekanik özelliklerin bir özeti verilmiştir:
| Tavlama Sıcaklığı | 4140 Çekme Dayanımı (MPa) | 4140 Akma Dayanımı (MPa) | Uzama (%) | Alanda Azalma (%) | Sertlik (HB) |
| 205 °C (400 °F) | 1965 – 1980 | 1740 – 1860 | 11 | 39 – 42 | 520 – 578 |
| 260 °C (500 °F) | 1860 | 1650 | 11 | 44 | 534 |
| 315 °C (600 °F) | 1720 – 1760 | 1570 – 1620 | 11,5 – 12 | 44 – 46 | 490 – 495 |
| 425 °C (800 °F) | 1450 – 1500 | 1340 – 1365 | 14 – 15 | 48 – 50 | 429 – 440 |
| 540 °C (1000 °F) | 1150 – 1240 | 1050 – 1160 | 17 – 17,5 | 53 – 55 | 341 – 360 |
| 595 °C (1100 °F) | 1020 | 910 | 19 | 58 | 311 |
| 650 °C (1200 °F) | 900 – 1020 | 790 – 860 | 20 – 21 | 60 – 61 | 277 – 290 |
| 705 °C (1300 °F) | 810 – 860 | 690 – 740 | 23 | 63 – 65 | 235 – 250 |
4.2 Kesit Boyutunun (Kütle Etkisi) 4140 Malzeme Özellikleri Üzerindeki Etkisi
Özellikle yüksek mukavemet seviyeleri hedeflendiğinde, ısıl işlem spesifikasyonu sırasında 4140 çelik bileşeninin kesit boyutunu veya kütlesini dikkate almak önemlidir. AISI 4140, derin sertleştirmeye uygun bir çelik değildir ve aynı ısıl işlem koşulları altında, daha büyük kesitler, daha küçük kesitlerle aynı genel sertlik veya mukavemete ulaşamayabilir.
Aşağıdaki tablo, 845 °C'de (1550 °F) yağda söndürülmüş ve 540 °C'de (1000 °F) temperlenmiş 4140 çeliğin mekanik özellikleri üzerinde 4140 çubuk çapının etkisini göstermektedir:
Çubuk Çapının 4140 Çelik (540 °C / 1000 °F'de Temperlenmiş) Mekanik Özellikleri Üzerindeki Etkisi
| Çubuk Çapı | Çekme Dayanımı (MPa) | Akma Dayanımı (MPa) | Uzama (%) | Alanda Azalma (%) | Yüzey Sertliği (HB) |
| 25 mm (1 inç) | 1140 | 985 | 15 | 50 | 335 |
| 50 mm (2 inç) | 920 | 750 | 18 | 55 | 202 |
| 75 mm (3 inç) | 860 | 655 | 19 | 55 | 293 |
4.3 Tavlanmış 4140 Çelik Mekanik Özellikleri
Tavlama da kendi içinde sıcak haddeleme ve soğuk çekme olmak üzere ikiye ayrılır.
| Durum | Akma Dayanımı | Çekme Dayanımı | Uzama |
| Sıcak Haddelenmiş, Tavlanmış | 454 MPa (65 ksi) | 620 MPa (90 ksi) | ~27% |
| Soğuk Çekilmiş, Tavlanmış | 620 MPa (90 ksi) | 703 MPa (102 ksi) | ~18% |
4.4 4140 çeliğinin kaynaklanması2
4140 çeliği yüksek sertleştirilebilirliğe sahiptir. 4140 kaynaklandığında, ısıdan etkilenen bölge (HAZ) ve kaynak metali hızla soğuyabilir ve bu da sert, kırılgan martensit oluşumuna yol açabilir. Bu martensit, yüksek iç gerilimlere ve sünekliğin azalmasına yol açabilen hidrojen çatlamasına karşı hassastır ve kaynak işlemini daha zor hale getirir. Mümkün olduğunda 4140 tavlanmış durumda kaynak yapmanızı ve yüksek sertleştirilebilirliğiyle ilişkili riskleri azaltmak için kaynaktan sonra ısıl işlem yapmanızı öneririz.
4140 alaşımlı çelik ile ilgileniyor musunuz? Lütfen bugün bizimle iletişime geçmek için aşağıdaki formu doldurun!
5. Isıl İşlem
5.1 Normalleştirme
Normalizasyon, tane boyutunu iyileştirmek, homojen bir yapı elde etmek ve istenilen sertliği elde etmek için işlenebilirliği artırmak amacıyla kullanılan bir ısıl işlem prosesidir.
Normalleştirme sıcaklık aralığı 870-900°C'dir (1600-1650°F). Bu sıcaklıkta en az 1 saat veya maksimum kesit kalınlığının her 25 mm'si (1 inç) için 15-20 dakika tutun. Bekletme işleminden sonra, malzemeyi havada oda sıcaklığına soğutun. Normalleştirmeden sonra 4140 sertliği 150-200 HB'dir.
5.2 Tavlama
Tavlama, öncelikle çeliği yumuşatmak ve gerilimleri gidermek, böylece onu daha sonraki işleme (örneğin işleme) için hazırlamak amacıyla kullanılır.
Tavlama sıcaklığı 830 ila 870 °C (1525 ila) arasında değişir 1600 °F). Bekletme süresi, kesit kalınlığına veya fırın yüküne bağlıdır. Aobo Steel'in 20 yılı aşkın sektör deneyimine dayanarak, bekletme süresi şu şekildedir: her 25 mm (1 inç) kesit kalınlığı için 1 saat, her ek 25 mm (1 inç) kalınlık için 0,5 saat eklenir. Bekletme işleminden sonra malzeme, yaklaşık 15 °C/saat (30 °F/saat) hızla 480 °C'ye (900 °F) kadar fırında soğutulur ve ardından hava ile soğutulur. Tavlama işleminden sonra 4140'ın sertliği 150-200 HB'dir.
5.3 Söndürme
Sertleştirme, çeliğin ısıtılarak ostenit haline getirilmesi ve ardından hızla soğutularak martenzite dönüştürülmesiyle 4140'ın sertliğinin ve mukavemetinin artırılmasını içerir.
Ostenitleme sıcaklığı 860 ila 885 °C (1550 ila 1660 °F) arasındadır. Deneyimlerimize dayanarak, 855 °C (1575 °F) sıcaklık öneriyoruz. Aşırı yüksek sıcaklıklar kullanmaktan kaçının, çünkü bu aşırı ostenit tanecik boyutuna ve martensit kırılganlığına neden olabilir. Islatma süresi, en küçük kesitin her bir inç'i için 5 dakika veya parça tamamen ıslanana kadardır. Söndürme ortamı yağdır.
5.4 Temperleme
4140 çeliğinin sıcaklığı 100°C'ye ulaştığında hemen temperleme yapılmalıdır. 52-65°C (125-150°F).
Tavlama sıcaklık aralığı 200-700°C (400-1300°F) arasındadır. Genellikle kullandığımız sıcaklık 175°C'dir (350°F). Tutma süresi, çeliğin 4140 sertliğini belirler. Standart tutma süremiz, her inç (25 mm) kesit için 2 saattir. Düşük tavlamadan kaçınmak önemlidir.
4140 çeliği genellikle ikincil tavlama gerektirmez; ancak, birden fazla tavlama döngüsü, tane yapısını iyileştirerek tokluğu daha da artırabilir. İkinci tavlama sıcaklığı, orijinal 4140 malzeme sertliğini korumak için ilk tavlama sıcaklığından 14°C (25°F) daha düşük olmalıdır.
230–370°C (450–700°F) sıcaklık aralığında temperlemeyi önermiyoruz, çünkü bu sıcaklık aralığı “mavi kırılganlığa” neden olabilir. Söndürülmüş ve temperlenmiş 4140 çeliğinin mikro yapısı tipik olarak temperlenmiş martenzittir.
5.5 Küreselleştirme
Küreselleştirme, ferritik bir matris içinde küresel karbürlerden oluşan bir mikro yapı oluşturarak işlenebilirliği artırır. Küreselleştirme sıcaklığı 760-775°C (1400-1425°F) olup, tutma süresi 4 ila 12 saattir ve ardından yavaş bir soğutma işlemi uygulanır.
Küreselleştirme, Ae1 sıcaklığının hemen altında uzun süre bekletilerek, Ac1 ve Ar1 sıcaklıkları arasında dönüşümlü olarak ısıtılıp soğutularak veya Ac1 sıcaklığının hemen üzerinde ısıtılıp ardından çok yavaş fırında soğutularak veya Ar1 sıcaklığının hemen altında bekletilerek de elde edilebilir. Tam küreselleştirme için, östenitleme sıcaklıkları Ac1 sıcaklığının biraz üzerinde veya Ac1 ile Ac3 arasında orta seviyede olmalıdır.
6. Eşdeğer
- Avrupa (EN/DIN): 42CrMo4 veya 1.7225
- Japonya (JIS): SCM440
- Çin (GB/T): 42CrMo
- Büyük Britanya (BS): TR19 (veya 708M40/709M40)
- ASM Uluslararası. (1991). ASM El Kitabı, Cilt 4: Isıl İşlem (s. 496). ASM International. ↩︎
- Jenney, CL ve O'Brien, A. (Ed.). (2000). Kaynak El Kitabı, Dokuzuncu Baskı, Cilt 1: Kaynak Bilimi ve Teknolojisi (s. 141). Amerikan Kaynak Derneği. ↩︎
SSS
Hayır, 4140 çelik paslanmaz çelik sınıfına girmez.
4140 çeliği, özellikle ısıl işlem veya yüzey sertleştirme işlemlerinden faydalananlar olmak üzere, mekanik olarak strese maruz kalan parçaların geniş bir yelpazesinde kullanılır. Belirli kullanımları şunları içerir:
Makine Parçaları: Çeşitli makine parçaları, makinalar, basınçlı kaplar ve yapısal uygulamalar.
Miller ve Akslar: Krank milleri, tahrik milleri, kam milleri, sonsuz vidalar, demiryolu aksları ve mühendislik milleri.
Makine Parçaları ve Takımları: Mil, dişli, cıvata, silindir, silindir gömlekleri, kamlar, krank milleri, kama, tüfek namlusu ve bilyalı değirmen bilyaları.
Yüzey Sertleştirilmiş Bileşenler: Alevle yüzey sertleştirme, indüksiyonla yüzey sertleştirme gerektiren parçalar (örneğin akslar, kritik yakıt enjeksiyon parçaları) ve dişlilerdeki sert diş yüzeyleri.
Bağlantı elemanları: Cıvatalar, vidalar ve diğer bağlantı elemanları.
Aşınma Parçaları: Yüksek çekirdek mukavemeti ve iyi tokluk gerektiren, iyi aşınma direnci gösteren bileşenler.
Otomotiv ve Endüstriyel Uygulamalar: Otomotiv krank milleri, motorlar için piston kolları, kağıt ve kağıt hamuru endüstrisi bileşenleri ve 400℃'nin altında çalışan fırın parçaları.
4140, düz karbon çeliklerinin özelliklerinin ötesinde istenen özellikleri elde etmek için eklenen krom ve molibden gibi özel kimyasal bileşimi nedeniyle açıkça alaşımlı çelik olarak sınıflandırılır.
AISI/SAE 4140 çeliğinin Çin eşdeğeri 42CrMo'dur
Evet, 4140 gerçekten de yaygın olarak dövülen ve dövme formlarında bulunabilen bir çeliktir.
Bıçaklarda önerilen çelik martensitik paslanmaz çelik veya özel yüksek karbonlu takım çeliğidir. 4140 UYGUN DEĞİLDİR.
Evet, 4140 çeliği bükülebilir ve ısıl işlemi ve mekanik özellikleri bunu yapabilme yeteneğini etkiler.
Evet, 4140 çeliği paslanabilir. 4140 demirli (demir bazlı) bir alaşım olduğundan, özellikle nem ve oksijen varlığında paslanmaya eğilimlidir ve genellikle uzun süreli dış mekan kullanımı için koruyucu önlemler gerektirir.
Evet, 4140 düşük alaşımlı çelik olarak sınıflandırılır.
4140 Alaşımlı Çelik mi arıyorsunuz?
Güvenilir ortağınız Aobo Steel, 20 yılı aşkın dövme uzmanlığından yararlanarak, tam olarak ihtiyaçlarınıza göre hassas mühendislikle üretilmiş, birinci sınıf 4140 alaşımlı çelik sunar. Kritik uygulamalarınızın gerektirdiği sağlamlığı, dayanıklılığı ve güvenilirliği garantileyin.
Projenizi geliştirmeye hazır mısınız? Kişiselleştirilmiş bir teklif veya uzmanlarımızdan uzman danışmanlığı almak için lütfen aşağıdaki formu doldurun.