Hiểu về độ bền kéo của thép 4140

Khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe, việc hiểu các đặc tính cơ học là rất quan trọng. Đối với các kỹ sư làm việc với các thành phần cấu trúc và máy móc, độ bền kéo là một số liệu quan trọng. Chúng ta hãy cùng xem xét trực tiếp thép AISI 4140, một lựa chọn phổ biến mà chúng tôi cung cấp tại đây Thép Aobovà cụ thể là sức bền kéo.

Thép 4140 là gì?

Đầu tiên, AISI 4140 là thép hợp kim trung bình, cụ thể là loại crom-molypden (Cr-Mo). Thành phần điển hình của nó, theo tiêu chuẩn AISI, bao gồm 0,38%-0,45% cacbon, 0,90%-1,2% crom và 0,15%-0,30% molypden. Hàm lượng molypden rất quan trọng – nó giúp đạt được cấu trúc vi mô mịn sau khi gia công nóng và xử lý nhiệt, tạo ra sự cân bằng tốt giữa độ bền và độ dẻo dai.

Loại thép này được biết đến với độ cứng cao, nghĩa là nó có thể đạt được độ bền cao ngay cả trong các thành phần lớn hơn. Điều này làm cho nó phù hợp với các bộ phận máy có mặt cắt ngang đáng kể cần độ bền tăng cường sau khi tinh chế. Tại Aobo Steel, chúng tôi thường cung cấp 4140 cho các bộ phận đòi hỏi khắt khe, chẳng hạn như trục khuỷu và trục, nơi nó hoạt động tốt dưới cả tải trọng tĩnh và động.

Độ bền kéo: Thay đổi

Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về các con số. Độ bền kéo của thép 4140 không phải là một giá trị cố định. Nó phụ thuộc đáng kể vào tình trạng của nó và quan trọng là xử lý nhiệt được áp dụng – đặc biệt là nhiệt độ tôi sau khi tôi. Tôi và tôi là các quy trình tiêu chuẩn được sử dụng để tăng cường đáng kể các tính chất của chúng, dẫn đến năng suất và độ bền kéo cao hơn và độ dai khía tốt hơn so với cán nóng, ủ, hoặc được chuẩn hóa tiểu bang.

Sau đây là bảng phân tích các giá trị độ bền kéo điển hình dựa trên điều kiện:

• Điều kiện ủ: Khi ủ, 4140 mềm hơn và dẻo hơn. Độ bền kéo ở trạng thái này thường thấp hơn, dao động từ khoảng 620 MPa (90 ksi) đến 703 MPa (102 ksi). Tuy nhiên, một số nguồn có thể báo cáo các biến thể lên tới 150-200 ksi, tùy thuộc vào các phương pháp xử lý cụ thể, chẳng hạn như cán nóng so với kéo nguội.
• Điều kiện tôi luyện và tôi luyện (Q&T): Đây là nơi 4140 thực sự chứng minh được tiềm năng về độ bền của nó. Quá trình tôi tạo ra cấu trúc martensitic cứng, và quá trình tôi luyện điều chỉnh cấu trúc này để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ bền và độ dẻo dai. Quan trọng là, nhiệt độ tôi luyện cao hơn thường dẫn đến độ bền kéo thấp hơn nhưng độ dẻo dai và độ dễ uốn tăng lên. Sau đây là các giá trị độ bền kéo điển hình cho các thanh 4140 tôi luyện bằng dầu (từ 845°C / 1550°F) khi tôi luyện ở các nhiệt độ khác nhau:
  • Tôi luyện ở 205°C (400°F): ~1965 MPa (285 ksi)
  • Tôi luyện ở 315°C (600°F): ~1720 MPa (250 ksi)
  • Tôi luyện ở 425°C (800°F): ~1450 MPa (210 ksi)
  • Tôi luyện ở 540°C (1000°F): ~1150 MPa (167 ksi)
  • Tôi luyện ở 650°C (1200°F): ~900 MPa (130 ksi)
  • Tôi luyện ở 705°C (1300°F): ~810 MPa (117 ksi)
  Như bạn có thể thấy, quá trình tôi luyện cho phép kiểm soát chính xác các tính chất cơ học cuối cùng.

Hiệu ứng của kích thước (Hiệu ứng khối lượng)

Đối với các mức độ cường độ cao, kích thước hoặc mặt cắt ngang của thành phần 4140 là rất quan trọng. Mặc dù nó thể hiện khả năng làm cứng tốt, nhưng nó không làm cứng sâu như một số hợp kim khác, chẳng hạn như 4340. Đối với các bộ phận có đường kính lớn hơn, việc đạt được độ bền cao đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang, đặc biệt là với quá trình làm nguội bằng dầu, trở nên khó khăn hơn.

Ví dụ, dữ liệu cho thấy đối với dầu 4140 được tôi ở nhiệt độ 845°C (1550°F) và ram ở nhiệt độ 540°C (1000°F):

• Một thanh 25 mm (1 in.) có thể đạt được ~1140 MPa (165 ksi).
• Một thanh 50 mm (2 in.) có thể đạt được ~920 MPa (133 ksi).
• Một thanh 75 mm (3 in.) có thể đạt được ~860 MPa (125 ksi).

Độ bền kéo giảm khi đường kính tăng do tốc độ làm nguội chậm hơn khi đi sâu vào vật liệu trong quá trình tôi.

Tóm tắt và cân nhắc

Tóm lại, độ bền kéo của thép 4140 phụ thuộc rất nhiều vào quá trình xử lý nhiệt của nó. Khi ủ, nó vào khoảng 620-703 MPa (90-102 ksi). Khi tôi và ram, đặc biệt là ở nhiệt độ ram thấp hơn, nó có thể đạt tới độ bền gần 1965 MPa (285 ksi). Tuy nhiên, hãy nhớ rằng các phần lớn hơn thường có độ bền có thể đạt được thấp hơn do hiệu ứng khối lượng.

Ngoài độ bền kéo, điều quan trọng nữa là phải xem xét các đặc tính khác như:

• Cường độ chịu lực: Thông thường ở mức cao trong điều kiện Q&T với tỷ lệ cường độ kéo cao.
• Độ dẻo: Đo bằng độ giãn dài và độ thu hẹp diện tích.
• Độ bền: Được đo bằng các thử nghiệm va đập như Izod hoặc Charpy.

Quá trình tôi luyện cho phép chúng ta điều chỉnh sự cân bằng này. Tăng nhiệt độ tôi luyện làm giảm độ bền nhưng cải thiện độ dẻo và độ dai. Cũng lưu ý rằng quá trình tôi luyện 4140 ở khoảng 230°C đến 370°C (450°F đến 700°F) thường được tránh để ngăn ngừa “độ giòn màu xanh”.

Tại Aobo Steel, với hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thép công cụ, chúng tôi hiểu những sắc thái này. Nếu bạn có một thành phần cụ thể, biết kích thước và các đặc tính cần thiết (bao gồm độ bền), chúng tôi có thể tư vấn về phương pháp xử lý nhiệt và điều kiện cung cấp tối ưu để đáp ứng chính xác nhu cầu của bạn. Vui lòng liên hệ để thảo luận về các yêu cầu của dự án.