Aisi 4150 Acero aleado: Propiedades, Usos & Guía de ropa alta

Piezas de metal Fabricación personalizada

Si estás diseñando piezas que enfrentan fricción constante, estrés, o ropa pesada, como engranajes industriales, carreras de rodamiento, o árboles de levas automotrices: necesitas un material que combine extremodurezaresistencia a la tracción, y resistencia al desgaste.Aisi 4150 acero aleado es la solución de referencia: como un malharrio de alto carbono-molibdeno (CR-mo) aleación, Ofrece una mayor dureza y resistencia al desgaste que los grados de carbono inferior como AISI 4140, mientras mantiene suficientetenacidad Para aplicaciones de carga de carga. Esta guía desglosa sus propiedades, Usos del mundo real, proceso de fabricación, y comparaciones de materiales para ayudarlo a resolver los desafíos de diseño de alta ropa.

1. Propiedades del material de AISI 4150 Acero aleado

El rendimiento de AISI 4150 depende de su alto carbono (0.48–0.53%) y composición de CR-mo equilibrada: El carbono permite la máxima dureza después del tratamiento térmico, aumenta el cromoresistencia a la corrosión y enduribilidad, y el molibdeno evita la fragilidad mientras mejoralímite de fatiga. Exploremos sus propiedades clave en detalle.

1.1 Composición química

Aisi 4150 Sigue los estándares ASTM A29/A29M, con un control estricto sobre elementos para priorizar la dureza y la resistencia al desgaste. A continuación se muestra su composición típica:

ElementoSímboloGama de contenido (%)Papel clave
Carbón (do)do0.48 – 0.53Habilita la alta dureza (arriba a 60 CDH) Después de enfriar; Impulsa resistencia al desgaste
Cromo (CR)CR0.80 – 1.10Mejoraresistencia a la corrosión y enduribilidad; Asegura la dureza uniforme en las secciones gruesas
Molibdeno (Mes)Mes0.15 – 0.25Reduce la fragilidad a alta dureza; aumentoslímite de fatiga para ropa cíclica
Manganeso (Minnesota)Minnesota0.75 – 1.00Refina la estructura de grano; impulsoresistencia a la tracción sin sacrificar la ductilidad
Silicio (Y)Y0.15 – 0.35Desoxidación del SIDA; Apoya la estabilidad durante el tratamiento térmico a alta temperatura
Fósforo (PAG)PAG≤ 0.035Minimizado para evitar fracturas quebradizas en condiciones de alta duración
Azufre (S)S≤ 0.040Controlado para equilibrarmaquinabilidad y resistencia al desgaste (más bajo S = superficies de desgaste más suaves)
Níquel (En)En≤ 0.25Elemento traza; mejora ligeramente a baja temperaturadureza de impacto
Vanadio (V)V≤ 0.03Elemento traza; refina los granos para evitar la desigualidad de la dureza
Cobre (Cu)Cu≤ 0.30Elemento traza; agrega resistencia de corrosión atmosférica leve para piezas al aire libre

1.2 Propiedades físicas

Estos rasgos hacen aisi 4150 Adecuado para ropa alta, entornos de calor altos, desde cajas de cambios industriales hasta motores automotrices:

  • Densidad: 7.85 gramos/cm³ (Igual que los aceros estándar)—Ponsplifica los cálculos de peso para piezas de ropa pesada como engranajes en blanco
  • Punto de fusión: 1,415 – 1,445 ° C (2,580 – 2,630 ° F)—Compatible con procesos de falsificación y enfriamiento
  • Conductividad térmica: 41.5 con/(m · k) en 20 ° C; 37.5 con/(m · k) en 300 ° C - Asegura incluso la distribución de calor durante el enfriamiento (Evita los puntos calientes)
  • Coeficiente de expansión térmica: 11.6 × 10⁻⁶/° C (20 – 100 ° C)—Minimiza la distorsión al tratar con calor pequeño, partes precisas (P.EJ., carreras de rodamiento)
  • Propiedades magnéticas: Ferromagnético: habilita las pruebas no destructivas (END) como la inspección de partículas magnéticas para detectar grietas superficiales del desgaste.

1.3 Propiedades mecánicas

El rendimiento mecánico de AISI 4150 está optimizado para la dureza y la resistencia al desgaste, con tratamiento térmico personalizado para finalizar los usos. A continuación se muestran valores típicos:

PropiedadMétodo de mediciónRecocido (Condición suave)Apagado & Templado (200 ° C)Apagado & Templado (500 ° C)
Dureza (Rocoso)CDH22 – 25 CDH58 – 60 CDH35 – 38 CDH
Dureza (Vickers)Hv210 – 240 Hv560 – 590 Hv340 – 370 Hv
Resistencia a la tracciónMPA (KSI)750 MPA (109 KSI)1,950 MPA (283 KSI)1,150 MPA (167 KSI)
Fuerza de rendimientoMPA (KSI)480 MPA (70 KSI)1,750 MPA (254 KSI)950 MPA (138 KSI)
Alargamiento% (en 50 milímetros)20 – 24%5 – 7%14 – 16%
Dureza de impactoj (en 20 ° C)≥ 65 j≥ 25 j≥ 50 j
Límite de fatigaMPA (haz giratorio)380 MPA850 MPA550 MPA

1.4 Otras propiedades

Los rasgos de AISI 4150 resuelven desafíos de diseño de alto nivel:

  • Soldadura: Moderado: requiere precaliente a 300–350 ° C (más alto que aisi 4140) y tratamiento térmico posterior a la soldado (Pwht) Para evitar agrietarse; mejor para piezas no soldadas cuando sea posible.
  • Formabilidad: Limitado - mejor forjado (no doblado) en la condición recocida; formas complejas (P.EJ., dientes de engranaje) se crean mediante forja caliente antes del tratamiento térmico.
  • Maquinabilidad: Feria en la condición recocida (22–25 hrc); Piezas tratadas con calor (58–60 hrc) Requerir herramientas especializadas (P.EJ., nitruro de boro cúbico, CBN) para mecanizado.
  • Resistencia a la corrosión: Moderado: RESISTES LISTO AMPLEZO Y FLUIDOS A base de aceite; Para ambientes húmedos o químicos, Agregar revestimiento de cromado o recubrimiento de nitruro.
  • Resistencia al desgaste: Excelente, alta dureza (58–60 hrc) y el contenido de cromo reduce el desgaste de metal a metal, extender la vida parcial por 2–3x vs. Aisi 4140.

2. Aplicaciones de AISI 4150 Acero aleado

El enfoque de AISI 4150 en la dureza y la resistencia al desgaste lo hace ideal para piezas que soportan la fricción o impacto constante. Aquí están sus usos clave:

  • Engranaje & Componentes de engranaje: Engranajes de la caja de cambios industrial, Engranajes de transmisión automotriz, y engranajes diferenciales: su alta dureza resiste el desgaste de los dientes de las cargas pesadas.
  • Aspectos & Carreras de rodamiento: Carreras de rodamiento, tazas de rodamiento, y mangas de rodamiento de agujas - Smooth, Las superficies duras minimizan la fricción y extienden la vida útil del rodamiento.
  • Piezas automotrices: Árbol de levas, levantadores de válvulas, y pines de pistón: tolerará el calor del motor y el contacto repetido con otros componentes.
  • Componentes mecánicos: Ejes de ropa alta (P.EJ., ejes de transmisión transportador), rotores de bombas, y portavasos: la abrasión del polvo, suciedad, o partículas de metal.
  • Maquinaria industrial: Rollos de molino de acero, extrusión muere, y herramientas de estampado: desgaste de la configuración de metal o plástico.
  • Componentes aeroespaciales: Enlaces de tren de aterrizaje y engranajes de accesorios del motor (sistemas no críticos)—Balances resistencia al desgaste y resistencia para el uso de aeronaves.

3. Técnicas de fabricación para AISI 4150 Acero aleado

Producción de AISI 4150 requiere precisión en el tratamiento térmico para maximizar la dureza sin la fragilidad. Aquí está el proceso paso a paso:

  1. Creación de acero:
    • Aisi 4150 se elabora utilizando un Horno de arco eléctrico (EAF) (Reciclaje de acero chatarra) o Horno de oxígeno básico (Bof). Carbón (0.48–0.53%), cromo (0.80–1,10%), y molibdeno (0.15–0,25%) se agregan durante la fusión para garantizar una distribución de aleación uniforme.
  2. Forja & Laminación:
    • La mayoría de AISI 4150 las partes comienzan como Falsificado espacios en blanco (1,150 – 1,250 ° C)—Foring alinea la estructura de grano, Aumento de la resistencia al desgaste. Después de forjar, los espacios en blanco son Rollado caliente a formas rugosas (verja, platos) o dejado como forjado para piezas de forma cercana a la red (P.EJ., árbol de levas).
  3. Tratamiento térmico (Crítico para la dureza):
    • Recocido: Calentado a 815–845 ° C, mantenida de 3 a 4 horas, lento 650 ° C. Suaviza el acero (22–25 hrc) para mecanizado y forja.
    • Temple: Calentado a 830–860 ° C (austenitizar), mantenida de 1 a 2 horas (Más tiempo para partes gruesas), enfriado en aceite (El enfriamiento de agua corre el riesgo de agrietarse). Se endurece a 60–62 hrc.
    • Templado: Recalentado a 200–500 ° C (basado en necesidades):
      • 200 ° C: Dureza máxima (58–60 hrc) Para piezas de ropa alta (P.EJ., carreras de rodamiento).
      • 500 ° C: Dureza equilibrada (35–38 hrc) para piezas propensas a impacto (P.EJ., engranaje).
  4. Mecanizado:
    • AISI recocido 4150 está mecanizado con herramientas de carburo para girar, molienda, o perforación. Piezas tratadas con calor (58–60 hrc) requiere herramientas de CBN o molienda para precisión. Para los dientes de engranaje, Se realiza la intervención en la condición recocida, seguido de tratamiento térmico y acabado de molienda.
  5. Tratamiento superficial:
    • Enchapado: Revestimiento (resistencia al desgaste) para ejes; níquel (resistencia a la corrosión) para piezas automotrices.
    • Nitrurro: Calienta a 500–550 ° C en gas amoníaco: crea una capa de superficie dura de 0.1–0.3 mm (65–70 HRC) sin distorsión, Ideal para engranajes y rodamientos.
    • Carburador: Opcional: se calcula a 900–950 ° C en gas rico en carbono para endurecer solo la superficie (El núcleo sigue siendo difícil), Usado para piezas como dientes de engranaje.
  6. Control de calidad:
    • Análisis químico: La espectrometría de masas verifica el carbono, cromo, y niveles de molibdeno (por ASTM A29/A29M).
    • Prueba mecánica: Prueba de dureza (HRC/HV) y las pruebas de tracción confirman la fuerza; Usar pruebas (P.EJ., pasador) Medir resistencia a la fricción.
    • END: Verificaciones de pruebas ultrasónicas para defectos internos; La microscopía óptica asegura una estructura de grano uniforme (No hay granos grandes que causen un uso de puntos calientes).

4. Estudios de caso: Aisi 4150 en acción

Los proyectos reales muestran cómo AISI 4150 resuelve los desafíos de alta ropa.

Estudio de caso 1: Engranajes de la caja de cambios industrial (A NOSOTROS.)

Una planta de fabricación tuvo que reemplazar AISI 4140 engranajes de la caja de cambios cada 18 Meses debido al desgaste de los dientes. Cambiaron a aisi 4150 engranaje, tratado con calor 200 ° C (58 CDH) y nitridio para resistencia al desgaste adicional. Los nuevos engranajes duraron 48 meses: reducción de los costos de mantenimiento por $60,000 anualmente. El alto contenido de carbono de AISI 4150 Pesaderos del diente evitado, un modo de falla común en 4140 engranaje.

Estudio de caso 2: Árboles de levas automotrices (Japón)

Un fabricante de automóviles necesitaba árboles de levas que pudieran soportar 200,000 Km de operación del motor sin desgaste del lóbulo. Usaron aisi 4150 árbol de levas, falsificado, tratado con calor 300 ° C (55 CDH), y nitrurado. Las pruebas solo mostraron 0.02 mm de desgaste del lóbulo después 200,000 Km: la mitad del desgaste de aisi 4140 árbol de levas. Esta mejor confiabilidad del motor y reclamos de garantía reducidos por parte de 35%.

5. Aisi 4150 VS. Otros materiales

¿Cómo es AISI? 4150 Comparar con aceros bajos y alternativas resistentes al desgaste?

MaterialSimilitudes a AISI 4150Diferencias claveMejor para
Aisi 4140Acero de aleación cr-moCarbono inferior (0.38–0,43%); menor dureza (máximo 53 CDH); mejor soldabilidad; 20% más económicoPiezas de ropa media (P.EJ., ejes de la bomba)
Aisi 4130Acero de baja aleaciónCarbono inferior (0.28–0,33%); más débil (1,450 MPA Max Tensión); mejor soldabilidad; 35% más económicoSoldado, piezas de ropa baja
Aisi 4340Acero de aleación ni-cr-moNíquel más alto (1.65–2,00%); mejor dureza; dureza máxima inferior (55 CDH); 30% tricularDe alta carga, piezas de ropa media (P.EJ., tren de aterrizaje)
52100 AceroAcero con alto contenido de carbonoCromo más alto (1.30–1,60%); mejor resistencia al desgaste; menor dureza; 15% tricularRodamientos de precisión (P.EJ., rodamientos)
Acero inoxidable 440cResistente a la corrosiónExcelente resistencia al óxido; dureza similar (58–60 hrc); 4× ayudaPartes de ropa alta húmeda o química

La perspectiva de la tecnología de Yigu sobre AISI 4150 Acero aleado

En la tecnología yigu, Aisi 4150 ¿Es nuestra mejor opción para ropa alta, componentes de carga. Su composición CR-Mo alta en carbono resuelve el mayor punto de dolor para los clientes: Obtener piezas que resisten el desgaste sin romperse, crítico para las cajas de cambios industriales, motores automotrices, y maquinaria. Suministramos aisi 4150 en espacios en blanco forjados, verja, o platos, con tratamiento térmico personalizado (200–500 ° C) y opciones de superficie (nitrurro, revestimiento). Para los clientes actualizando desde AISI 4140, Aisi 4150 Ofrece 2–3x más larga por vida a una pequeña prima de costo: ahorrar dinero en mantenimiento y reemplazos a largo plazo.

Preguntas frecuentes sobre aisi 4150 Acero aleado

  1. Puede aisi 4150 ser utilizado para piezas que necesitan una alta resistencia al desgaste y una dureza de impacto?
    Sí, logre a 400–500 ° C (38–42 HRC). Esto equilibra la dureza (Suficiente para la resistencia al desgaste) y dureza (para absorber el impacto). Por ejemplo, engranajes templados para 450 ° C manejar el desgaste del diente y las cargas ocasionales de choque.
  2. Es aisi 4150 más difícil de mecanizar que aisi 4140?
    Sí, especialmente cuando se trata de calor. AISI recocido 4150 (22–25 hrc) máquinas de manera similar a recocida 4140, Pero AISI tratado con calor 4150 (58–60 hrc) Requiere herramientas de CBN o molienda, mientras 4140 (50–53 HRC) puede usar herramientas de carburo recubiertas.
  3. ¿Cuál es el grosor máximo para AISI? 4150 regiones?
    Aisi 4150 Funciona bien para piezas hasta 100 MM de espesor: su contenido de cromo asegura un endurecimiento uniforme en las secciones. Para piezas más gruesas (> 100 mm), extender el tiempo de retención de enfriamiento (2–3 horas) y use enfriamiento de aceite para evitar el ablandamiento del núcleo.
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