4140 çelik sertliği

4140 çelik farklı koşullar ve işlem durumları altında değişen sertlik seviyeleri sergiler. Genel olarak konuşursak, birincil senaryolar şunlardır: Söndürülmüş Sertlik, Söndürülmüş ve Temperlenmiş Sertlik, Tavlanmış veya Normalize Edilmiş Sertlik ve Yüzey Sertleştirilmiş Sertlik.

4140 çelik nedir?

AISI 4140 çeliği orta alaşımlı bir karbon çeliğidir. İyi mukavemet, tokluk ve orta sertleştirilebilirlik gerektiren uygulamalarda kullanılır. Karşılaştırıldığında 4340 çelik, 4140 daha iyi sertleşebilirliğe ve mukavemete sahiptir.

1. Tavlanmış Durumdaki Sertlik

Tavlama 4140, işlenmeden önce işlenebilirliğini ve şekillendirilebilirliğini iyileştirmek için yapılır. Tavlanmış durumda 4140 için maksimum sertlik 197 HB'ye (Brinell Sertliği) kadar olabilir. 4140'ı döndürme hızları, 175-200 HB ve 200-250 HB sertlik aralıklarına sahip malzemeler için verilmiştir. Tavlanmış durumda işlenebilirlik derecesi 57 olarak bildirilmiştir (soğuk haddelenmiş B1112 çeliği için 100% ile karşılaştırıldığında).

2. Normalize Edilmiş Durumdaki Sertlik

Normalizasyon, çeliğin belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılması ve ardından hava ile soğutulmasıyla gerçekleşir; bu, tane yapısını iyileştirir ve sıcak haddelemeye göre daha homojen özellikler sağlayabilir.

Çubuk çapı ve yüzey sertliği verileri tablo formatında sunulmuştur:¹

Çap (mm)	Çap (inç)	Yüzey Sertliği (HB)
13	0.5	302
25	1	302
50	2	285
100	4	241

3. Söndürülmüş ve Temperlenmiş Durumdaki Sertlik

Söndürme ve temperleme, 4140 çeliğinde yüksek mukavemet ve tokluk elde etmek için kullanılan birincil ısıl işlemlerdir ve esas olarak temperlenmiş martensitten oluşan bir mikro yapı üretir. Bu işlem, daha yüksek temperleme sıcaklıklarının genellikle daha düşük sertliğe ancak artan tokluğa yol açtığı geniş bir yelpazede elde edilebilir sertlik seviyeleri sunar.

4140'ın su verme ve temperleme sonrası sertliği genellikle 50-52 HRC'dir.

4140'ın özel söndürme ve temperleme sonrası sertlik tablosu aşağıdaki gibidir:

Belirli Tavlama Sıcaklıkları (845 °C / 1550 °F'den Söndürülmüş Yağ)

Temperleme Sıcaklığı (°C)	Temperleme Sıcaklığı (°F)	Sertlik (HB)
205	400	578
260	500	534
315	600	495
370	700	461
425	800	429
480	900	388
540	1000	341
595	1100	311
650	1200	277
705	1300	235

Kesit Boyutunun Etkisi (845 °C / 1550 °F'de Yağla Söndürülmüş ve 540 °C / 1000 °F'de Temperlenmiş):

Çap (mm)	Çap (inç)	Yüzey Sertliği (HB)
25	1	335
50	2	202
75	3	293

4. Yüzey Sertleştirilmiş Koşullarda Sertlik (İndüksiyonla Sertleştirilmiş, Nitrürlenmiş)

4140 çeliği, daha sert bir çekirdeği korurken aşınma direncini artıran yüzey sertleştirme işlemleri için oldukça uygundur.

4140 çeliğinin indüksiyon ısıtması sonrası yüzey sertliği yaklaşık 670 HV'dir (Vickers sertliği).² Nitrürlenmiş 4140 (tamamen sertleştirilmiş) 83,5-84,5 R15N (Rockwell 15N ölçeği) sertliği gösterdi.³

Çözüm

AISI 4140 çeliği, ısıl işleme bağlı olarak geniş bir yelpazede elde edilebilir sertlikler sunar. Tavlanmış halde nispeten yumuşak olabilir (yaklaşık 197 HB), normalize edildiğinde orta sertliğe ulaşabilir (örneğin, kesit boyutuna bağlı olarak 241-302 HB) ve söndürülmüş ve temperlenmiş halde çok sert hale gelebilir (düşük temperleme sıcaklıklarında 578 HB veya 57 HRC'ye kadar). İndüksiyon sertleştirme ve nitrürleme gibi yüzey sertleştirme teknikleri, sert bir çekirdeği korurken son derece yüksek yüzey sertliği (örneğin, 670 HV veya 83,5-84,5 R15N) sağlayabilir.

1. ASM Uluslararası. (1991). ASM El Kitabı, Cilt 4: Isıl İşlem. ASM Uluslararası. ↩︎
2. Beswick, JM (Misafir Editör). (2009). Rulman Çelik Teknolojileri: Rulman Çelikleri ve Testleri Üzerine Gelişmeler, 8. Cilt (STP 1524). ASTM Uluslararası. ↩︎
3. Collins, JA, Busby, H. ve Staab, G. (2010). Makine Elemanları ve Makinelerin Mekanik Tasarımı: Arıza Önleme Perspektifi (2. baskı). Wiley. ↩︎