Kas yra 4140 plienas
4140 plienas yra chromo ir molibdeno legiruotas plienas, žinomas dėl didelio stiprumo, gero kietumo ir atsparumo dilimui po terminio apdorojimo. Jis priklauso vidutinio anglies lydinių šeimai: apie 0,40 % anglies kiekis leidžia jį sukietinti grūdinant, o chromas ir molibdenas užtikrina kietumą, todėl storos dalys gali būti sukietintos, o ne kietos. Jis dažniausiai tiekiamas gesintas ir grūdintas dalims, tokioms kaip krumpliaračiai, velenai, ašys, varžtai, movos ir mašinų komponentai, kurie turi išlaikyti apkrovą ir tuo pačiu metu atsparūs dilimui.
Kadangi tai yra legiruotasis plienas, o ne vamzdžio specifikacija, 4140 paprastai nurodomas kaip strypų, kalimo arba sunkiasienių vamzdžių gaminys pagal standartus, pvz., ASTM A29 ir ASTM A322 plieno strypams, arba lygiavertę nacionalinę klasę, pvz., 42CrMo4 pagal EN 10083-3 arba 42CrMo pagal GB/T 3077.
Cheminė sudėtis ir pavadinimai
| Elementas | Įprastas diapazonas (AISI / SAE 4140) | Funkcija |
|---|---|---|
| Anglies | 0.38-0.43% | Suteikia kietėjimo reakciją ir pasiekiamą kietumą po gesinimo |
| Manganas | 0.75-1.00% | Pagerina kietėjimą ir kontroliuoja su siera susijusį karštį |
| Silicis | 0.15-0.35% | Deoksidacija ir kieto tirpalo stiprinimas |
| Chromas | 0.80-1.10% | Kietumas, atsparumas dilimui ir lengvas atsparumas oksidacijai |
| Molibdenas | 0.15-0.25% | Slopina temperatūrinį trapumą ir padidina stiprumą aukštoje temperatūroje |
| Fosforas / siera | 0,035 % maks. / 0,040 % maks | Elementų likučiai išlaikomi mažai, kad būtų kietumas |
| Geležis | Balansas | Netauriųjų metalų |
Lygiaverčiai pavadinimai plačiai naudojami tiekimo grandinėse: UNS G41400 Jungtinėse Amerikos Valstijose, 1.7225 / 42CrMo4 Europoje ir 42CrMo Kinijoje. Sudėties diapazonai skirtinguose standartuose šiek tiek skiriasi, todėl pirkėjas visada turėtų nurodyti reglamentuojančią specifikaciją ir, kur tai svarbu, reikiamą kietėjimo juostą, o ne tik populiarų prekės pavadinimą.
Terminis apdorojimas ir gaunamos mechaninės savybės
4140 naudingąsias savybes pasiekia tik tinkamai termiškai apdorojus. Įprastas būdas yra austenitinimas maždaug 840–880 laipsnių diapazone, gesinimas aliejumi, kad susidarytų martensitas, ir grūdinimas maždaug nuo 400 laipsnių iki 650 laipsnių, kad būtų galima pakeisti kietumą prieš kietumą. Todėl grūdinimo temperatūra yra pagrindinė konstrukcijos svirtis: žema temperatūra suteikia kietą, dilimui atsparią dalį 40 HRC ir aukštesnėje srityje, o esant aukštai temperatūrai 25–35 HRC srityje susidaro kieta, stipri šerdis, kurios tempiamasis stiprumas paprastai yra 850–1 100 MPa diapazone. Sekcijos dydis taip pat svarbus, nes aušinimo greitis per sunkaus strypo centrą yra lėtesnis nei paviršiuje.
Normalizavimas:patobulina grūdelių struktūrą prieš grūdinimą ir pagerina tiekiamo strypo apdirbamumą.
Gesinimas:alyvos gesinimas yra standartinis; gesinimas polimeru arba vandeniu naudojamas tik ten, kur pjūvis ir geometrija toleruoja didesnį aušinimo greitį be iškraipymų ar įtrūkimų.
Grūdinimas:grūdinti iš karto po gesinimo, kad būtų išvengta uždelsto įtrūkimų; laikykite pakankamai ilgai, kad sekcijos centras pasiektų temperatūrą.
Streso mažinimas:taikomas po grubaus apdirbimo ant mažo tolerancijos komponentų, siekiant apriboti iškraipymus baigiant apdirbti.
Paviršiaus grūdinimas:Indukcinis arba azotinis apdorojimas gali padidinti paviršiaus atsparumą dilimui, išlaikant tvirtą šerdį.
Kaip 4140 lyginamas su įprastomis plieno rūšimis
Plieno rūšys nėra reitinguojamos vienoje skalėje, nes teisinga rūšis priklauso nuo pareigos. Mažiausio stiprumo vamzdžių gaminiai yra mažai anglies išskiriantys plienai, tokie kaip ASTM A53 A klasės arba AISI 1018, kurių anglies kiekis yra 0,15–0,25 %; jie turi nedidelį našumą ir atsparumą tempimui, todėl tinka žemo slėgio vandentiekiui, tvoroms ir bendrai gamybai, bet ne didelio įtempimo mašinoms.
| Įvertinimas | Kategorija | Tipiškas vaidmuo |
|---|---|---|
| AISI 1018 / ASTM A53 A klasė | Mažai anglies turintis plienas | Bendra gamyba, žemo slėgio vamzdis, smeigės ir velenai, kurie nėra labai įtempti |
| ASTM A36 | Konstrukcinis anglinis plienas | Bendra konstrukcija, rėmai ir pagrindo plokštės |
| ASTM A106 B klasė | Anglies plieno vamzdis | Aukštos temperatūros ir slėgio vamzdžių aptarnavimas |
| API 5L X70 | Didelio stiprumo linijos vamzdis | Naftos ir dujų magistraliniai vamzdynai |
| 4140 / 42CrMo4 | Chromo-molibdeno legiruotas plienas | Grūdinti ir grūdinti velenai, krumpliaračiai, varžtai ir mašinų dalys |
| D2 | Įrankinis plienas | Pjovimo ir formavimo įrankiai, kuriems reikalingas didelis atsparumas dilimui |
| 304/316 nerūdijantis plienas | Austenitinis nerūdijantis plienas | Atsparus korozijai aptarnavimas; 316 aplinkai, kurioje yra chlorido |
| ASTM A335 P91 | 9Cr-1Mo-V legiruotas plienas | Aukštos temperatūros magistralinis garo vamzdis elektrinėse |
Pats plienas paprastai skirstomas į tris dideles kategorijas: anglinis plienas, kurio savybės daugiausia priklauso nuo anglies ir mangano; legiruotasis plienas, į kurį pridedama chromo, molibdeno, nikelio arba vanadžio, kad būtų galima grūdinti arba išlaikyti atsparumą aukštoje temperatūroje; ir nerūdijantis plienas, kuriame mažiausiai apie 10,5 % chromo sudaro pasyvią paviršiaus plėvelę, taigi ir atsparumą korozijai.
Pastabos apie apdirbimą, suvirinamumą ir gamybą
Atkaitintoje arba normalizuotoje būsenoje 4140 apdirba pakankamai gerai, o normalizavus jo apdirbamumas dar gerėja. Grūdintoje ir grūdintoje būsenoje jis yra žymiai kietesnis įrankiams, todėl prieš galutinį terminį apdorojimą planuojamas grubus apdirbimas, o po to atliekami tik apdailos pjovimai. Suvirinimas yra įmanomas, tačiau reikalauja atsargumo: norint išvengti kietos, įtrūkimams jautrios šilumos zonos, paprastai reikia pašildyti maždaug 200–300 laipsnių, atsižvelgiant į storį, kontroliuojamą tarpo temperatūrą, mažai vandenilio turinčias eksploatacines medžiagas ir terminį apdorojimą po suvirinimo. Jei sukietėjusios dalies suvirinimas neišvengiamas, projektuojant jungtį reikia atsižvelgti į vietinį suminkštėjimą ir liekamąjį įtempių pasiskirstymą.
Paraiškos ir atrankos gairės
4140 pasirenkamas, kai komponentas turi išlaikyti didelę apkrovą, atsparus dilimui ir turi būti pagamintas pakankamai storoje dalyje, kad būtų naudingas jo gilus kietumas. Įprasti vartotojai yra mašinų, automobilių, naftos ir dujų bei sunkiosios įrangos sektoriai, skirti tokiems produktams kaip pavaros velenai, krumpliaračių ruošiniai, hidrauliniai strypai, movos korpusai ir didelio stiprumo tvirtinimo detalės. Tai nėra teisingas atsakymas korozijai atsparioms paslaugoms, kai tinkamesnė austenitinė nerūdijančio plieno klasė, nei didelio skersmens žemo slėgio vamzdžiams, kur anglinio plieno vamzdžių specifikacijos, pvz., ASTM A53 B klasė arba ASTM A106 B klasė, yra ekonomiškesnės.
Dažnai užduodami klausimai
Kl .: Kas yra 4140 plienas?
4140 plienas yra chromo ir molibdeno legiruotas plienas, kuriame yra apie 0,40% anglies, 0,8-1,1% chromo ir 0,15-0,25% molibdeno. Jis yra grūdintas ir grūdintas, kad būtų užtikrintas didelis krumpliaračių, velenų ir mašinų dalių stiprumas, kietumas ir atsparumas dilimui.
Kl .: koks yra silpniausias plieninio vamzdžio tipas?
Mažai anglies dioksido išskiriantys vamzdžiai, tokie kaip ASTM A53 A klasė, ir mažai anglies išskiriantys strypiniai plienai, tokie kaip AISI 1018, turi mažiausią išeigą ir atsparumą tempimui, nes juose anglies kiekis yra tik apie 0,15–0,25%. Jie tinka žemo slėgio vandentiekio ir bendros gamybos, o ne didelio įtempimo darbui.
Kl .: Kuri plieno rūšis yra geriausia tam tikrai programai?
Nėra visuotinai geriausio pažymio. Aukšto slėgio ir aukštos temperatūros vamzdžių aptarnavimas teikia pirmenybę ASTM A106 B klasės arba lydinių rūšims, pvz., ASTM A335 P91, korozijai atsparus 304 arba 316 nerūdijantis plienas, o bendra konstrukcija teikia pirmenybę ASTM A36 arba ASTM A53 B rūšiai.
Kl .: Kaip grūdinamas 4140 plienas?
Jis austenitizuojamas maždaug 840–880 laipsnių temperatūroje, aušinamas aliejumi ir grūdinamas maždaug 400–650 laipsnių temperatūroje. Grūdinimo temperatūra nustato galutinę kietumo ir kietumo pusiausvyrą.
K: Ar 4140 plienas yra suvirinamas?
Taip, bet laikantis atsargumo priemonių: iš anksto pašildykite 200–300 laipsnių diapazone, atsižvelgiant į storį, kontroliuojamą tarpo temperatūrą, mažai vandenilio turinčias eksploatacines medžiagas ir terminį apdorojimą po suvirinimo, kad išvengtumėte įtrūkimų karščio paveiktoje zonoje.
K: Ar 4140 plienas yra atsparus korozijai?
Tik nežymiai. Maždaug 0,8–1,1 % chromo kiekis yra daug mažesnis už maždaug 10,5 %, reikalingą pasyviajai plėvelei, todėl 4140 reikia dengti, padengti arba pakeisti nerūdijantį plieną, kad būtų galima naudoti koroziją.
K: Kokios yra trys plačios plieno rūšys?
Anglies plienas, kurio savybės daugiausia gaunamos iš anglies ir mangano; legiruotasis plienas, į kurį pridedama chromo, molibdeno, nikelio arba vanadžio; ir nerūdijančio plieno, kuriame bent apie 10,5 % chromo užtikrina atsparumą korozijai.
