Se stai progettando parti che affrontano un attrito costante, forte stress, o abbigliamento pesante, come gli ingranaggi industriali, portando razze, o alberi a camme automobilistici: hai bisogno di un materiale che combini estremodurezza, resistenza alla trazione, e resistenza all'usura.Aisi 4150 acciaio in lega è la soluzione di riferimento: Come cromo-molibdeno ad alto contenuto di carbonio (Cr-Mo) lega, Offre una maggiore durezza e resistenza all'usura rispetto ai gradi a basso contenuto di carbonio come AISI 4140, pur mantenendo abbastanzatenacità Per applicazioni con carico. Questa guida rompe le sue proprietà, usi del mondo reale, processo di produzione, e confronti dei materiali per aiutarti a risolvere le sfide di progettazione ad alto livello.
1. Proprietà materiali di AISI 4150 Acciaio in lega
Le prestazioni di AISI 4150 sono incantanti sul suo carbonio alto (0.48–0,53%) e composizione CR-MO equilibrata: Il carbonio consente la massima durezza dopo il trattamento termico, Il cromo aumentaResistenza alla corrosione e intensurabilità, e il molibdeno previene la fragilità migliorandolimite di fatica. Esploriamo in dettaglio le sue proprietà chiave.
1.1 Composizione chimica
Aisi 4150 Segue gli standard ASTM A29/A29M, con un controllo rigoroso sugli elementi per dare la priorità alla durezza e alla resistenza all'usura. Di seguito è la sua composizione tipica:
| Elemento | Simbolo | Gamma di contenuti (%) | Ruolo chiave |
|---|---|---|---|
| Carbonio (C) | C | 0.48 - 0.53 | Abilita un'elevata durezza (fino a 60 HRC) Dopo aver spedito; guida la resistenza all'usura |
| Cromo (Cr) | Cr | 0.80 - 1.10 | MiglioraResistenza alla corrosione e intensurabilità; Garantisce la durezza uniforme in sezioni spesse |
| Molibdeno (Mo) | Mo | 0.15 - 0.25 | Riduce la fragilità ad alta durezza; rilancilimite di fatica per usura ciclica |
| Manganese (Mn) | Mn | 0.75 - 1.00 | Raffina la struttura del grano; aumentaresistenza alla trazione senza sacrificare la duttilità |
| Silicio (E) | E | 0.15 - 0.35 | Disossidazione dell'AIDS; supporta la stabilità durante il trattamento termico ad alta temperatura |
| Fosforo (P) | P | ≤ 0.035 | Riduciti al minimo per evitare fratture fragili in condizioni di alta resistenza |
| Zolfo (S) | S | ≤ 0.040 | Controllato a bilanciamentomachinabilità e resistenza all'usura (SUPERFICHE SUGGERIMENTI SUGGERIMENTE) |
| Nichel (In) | In | ≤ 0.25 | Oligoelemento; Migliora leggermente la bassa temperaturaLa tenacità dell'impatto |
| Vanadio (V) | V | ≤ 0.03 | Oligoelemento; Refinina i cereali per prevenire la durezza |
| Rame (Cu) | Cu | ≤ 0.30 | Oligoelemento; Aggiunge una lieve resistenza alla corrosione atmosferica per le parti esterne |
1.2 Proprietà fisiche
Questi tratti rendono AISI 4150 Adatto per una guida elevata, ambienti ad alto calore: dai cambi industriali per i motori automobilistici:
- Densità: 7.85 g/cm³ (Come gli acciai standard)—Isplifica i calcoli del peso per parti di beni pesanti come gli spazi vuoti per gli ingranaggi
- Punto di fusione: 1,415 - 1,445 ° C. (2,580 - 2,630 ° f)—Cattibile con i processi di forgiatura e tempra
- Conducibilità termica: 41.5 Con(M · k) A 20 ° C.; 37.5 Con(M · k) A 300 ° C - Usure anche la distribuzione del calore durante l'allenamento (evita i punti caldi)
- Coefficiente di espansione termica: 11.6 × 10⁻⁶/° C. (20 - 100 ° C.)—Minimesta la distorsione quando si tratta di calore piccolo, parti precise (PER ESEMPIO., portando razze)
- Proprietà magnetiche: Ferromagnetico: test non distruttivi abilitanti (Ndt) come l'ispezione di particelle magnetiche per rilevare le crepe superficiali dall'usura.
1.3 Proprietà meccaniche
Le prestazioni meccaniche di AISI 4150 sono ottimizzate per la durezza e la resistenza all'usura, con il trattamento termico su misura per gli usi finali. Di seguito sono riportati valori tipici:
| Proprietà | Metodo di misurazione | Ricotto (Condizione morbida) | Spento & Temperato (200 ° C.) | Spento & Temperato (500 ° C.) |
|---|---|---|---|---|
| Durezza (Rockwell) | HRC | 22 - 25 HRC | 58 - 60 HRC | 35 - 38 HRC |
| Durezza (Vickers) | HV | 210 - 240 HV | 560 - 590 HV | 340 - 370 HV |
| Resistenza alla trazione | MPA (ksi) | 750 MPA (109 ksi) | 1,950 MPA (283 ksi) | 1,150 MPA (167 ksi) |
| Forza di snervamento | MPA (ksi) | 480 MPA (70 ksi) | 1,750 MPA (254 ksi) | 950 MPA (138 ksi) |
| Allungamento | % (In 50 mm) | 20 - 24% | 5 - 7% | 14 - 16% |
| La tenacità dell'impatto | J (A 20 ° C.) | ≥ 65 J | ≥ 25 J | ≥ 50 J |
| Limite di fatica | MPA (raggio rotante) | 380 MPA | 850 MPA | 550 MPA |
1.4 Altre proprietà
I tratti di AISI 4150 risolvono le sfide di progettazione ad alto consumo:
- Saldabilità: Moderato: richiede il preriscaldamento a 300–350 ° C (superiore a AISI 4140) e trattamento termico post-salvato (Pwht) per evitare crack; Meglio per parti non saldate quando possibile.
- Formabilità: Limitato: miglior forgiato (non piegato) nella condizione ricotto; forme complesse (PER ESEMPIO., denti da ingranaggio) vengono creati tramite forgiatura calda prima del trattamento termico.
- Machinabilità: Fair in condizioni ricotti (22–25 HRC); Parti trattate con calore (58–60 HRC) richiedono strumenti specializzati (PER ESEMPIO., nitruro di boro cubico, Cbn) per la lavorazione.
- Resistenza alla corrosione: Moderato: resiste lieve ruggine e fluidi a base di olio; per ambienti bagnati o chimici, Aggiungere il rivestimento cromatico o nitruro.
- Resistenza all'usura: Eccellente: alta durezza (58–60 HRC) e il contenuto di cromo riduce l'usura per metallo a metallo, estendendo la vita in parte di 2-3x vs. Aisi 4140.
2. Applicazioni di AISI 4150 Acciaio in lega
L'attenzione di AISI 4150 sulla durezza e sulla resistenza all'usura lo rende ideale per le parti che sopportano un attrito o un impatto costante. Ecco i suoi usi chiave:
- Marcia & Componenti degli ingranaggi: Ingranaggi del cambio industriali, ingranaggi di trasmissione automobilistica, e ingranaggi differenziali: l'elevata durezza resiste all'usura dei denti da carichi pesanti.
- Cuscinetti & Portando razze: Gare con cuscinetti a sfera, tazze per cuscinetti a rulli, e maniche per cuscinetti ad ago, morbidi, Le superfici dure minimizzano l'attrito ed estendono la durata del cuscinetto.
- Parti automobilistiche: Alberi a camme, sollevatori di valvole, e spille per pistone: calore del motore e ripetuti contatti con altri componenti.
- Componenti meccanici: Alberi ad alta indossato (PER ESEMPIO., Testi di trasporto del trasportatore), rotori di pompaggio, e supporti per utensili: abrasione dalla polvere, sporco, o particelle metalliche.
- Macchinari industriali: Rotoli di acciaio, L'estrusione muore, e strumenti di stampa.
- Componenti aerospaziali: Collegamenti per gli ingranaggi di atterraggio e ingranaggi accessori del motore (sistemi non critici)—Faulances usura resistenza e resistenza per l'uso dell'aeromobile.
3. Tecniche di produzione per AISI 4150 Acciaio in lega
Producendo AISI 4150 richiede precisione nel trattamento termico per massimizzare la durezza senza fragilità. Ecco il processo passo-passo:
- Making d'acciaio:
- Aisi 4150 is made using an Fornace ad arco elettrico (Eaf) (ricicli acciaio di scarto) O Fornace di ossigeno di base (Bof). Carbonio (0.48–0,53%), cromo (0.80–1,10%), e molibdeno (0.15–0,25%) vengono aggiunti durante lo scioglimento per garantire la distribuzione della lega uniforme.
- Forgiatura & Rotolando:
- La maggior parte di Aisi 4150 parts start as Forgiato caldo blanks (1,150 - 1,250 ° C.)—Forgare allinea la struttura del grano, Aumentando la resistenza all'usura. Dopo la forgiatura, blanks are Laminato caldo to rough shapes (bar, piatti) o lasciato in formato per le parti a forma di rete vicina (PER ESEMPIO., alberi a camme).
- Trattamento termico (Critico per la durezza):
- Ricottura: Riscaldato a 815–845 ° C, tenuto 3-4 ore, rallentata a 650 ° C.. Ammorbidisce l'acciaio (22–25 HRC) per la lavorazione e la forgiatura.
- Spegnimento: Riscaldato a 830–860 ° C (austenitizzante), tenuto 1-2 ore (più a lungo per parti spesse), raffreddato in olio (Il raffreddamento dell'acqua rischia di cracking). Si indurisce a 60–62 HRC.
- Tempra: Riscaldato a 200–500 ° C (in base alle esigenze):
- 200 ° C.: Max Durezza (58–60 HRC) per parti di abbigliamento ad alte (PER ESEMPIO., portando razze).
- 500 ° C.: Tulicità di durezza equilibrata (35–38 HRC) per parti soggette a impatto (PER ESEMPIO., marcia).
- Lavorazione:
- Aisi ricotto 4150 è lavorato con strumenti in carburo per la svolta, fresatura, o perforazione. Parti trattate con calore (58–60 HRC) Richiedi strumenti CBN o macinazione per la precisione. Per i denti degli ingranaggi, Hobbing è fatto in condizioni ricotti, seguito dal trattamento termico e dalla rettifica della finitura.
- Trattamento superficiale:
- Placcatura: Placcatura cromata (resistenza all'usura) per gli alberi; placcatura in nichel (Resistenza alla corrosione) per parti automobilistiche.
- Nitriding: Riscalda a 500–550 ° C in gas di ammoniaca: crea uno strato superficiale duro 0,1-0,3 mm (65–70 HRC) senza distorsione, Ideale per ingranaggi e cuscinetti.
- Carburazione: Opzionale: guari a 900-950 ° C in gas ricco di carbonio per indurire solo la superficie (Core rimane duro), Utilizzato per parti come i denti degli ingranaggi.
- Controllo di qualità:
- Analisi chimica: La spettrometria di massa verifica il carbonio, cromo, e livelli di molibdeno (per ASTM A29/A29M).
- Test meccanici: Test di durezza (HRC/HV) e i test di trazione confermano la forza; indossare test (PER ESEMPIO., Pin-on-Disk) misurare la resistenza all'attrito.
- Ndt: Controlli di test ad ultrasuoni per difetti interni; La microscopia ottica garantisce una struttura a grana uniforme (Nessun grano grande che causano indossare punti caldi).
4. Casi studio: Aisi 4150 in azione
I veri progetti mostrano come AISI 4150 Risolve sfide ad alta conquista.
Caso di studio 1: Ingranaggi del cambio industriali (NOI.)
Un impianto di produzione doveva sostituire AISI 4140 ingranaggi per il cambio ogni 18 mesi dovuti all'usura dei denti. Sono passati ad AISI 4150 marcia, trattato di calore a 200 ° C. (58 HRC) e nitrided per extra resistenza all'usura. I nuovi ingranaggi sono durati 48 mesi: riduzione dei costi di manutenzione di $60,000 annualmente. L'alto contenuto di carbonio di AISI 4150 L'origine dei denti prevenuta, una modalità di errore comune in 4140 marcia.
Caso di studio 2: Alberi a camme automobilistici (Giappone)
Una casa automobilistica aveva bisogno di alberi a camme che potessero resistere 200,000 km di funzionamento del motore senza usura del lobo. Hanno usato Aisi 4150 alberi a camme, forgiato, trattato di calore a 300 ° C. (55 HRC), e nitrurato. I test hanno mostrato solo 0.02 mm di usura del lobo dopo 200,000 km: mezzo l'usura di Aisi 4140 alberi a camme. Questo miglioramento dell'affidabilità del motore e delle richieste di garanzia ridotte da 35%.
5. Aisi 4150 vs. Altri materiali
Come fa Aisi 4150 Confronta con gli acciai di basso livello e le alternative resistenti all'usura?
| Materiale | Somiglianze con AISI 4150 | Differenze chiave | Meglio per |
|---|---|---|---|
| Aisi 4140 | Acciaio in lega Cr-Mo | Carbonio inferiore (0.38–0,43%); Bassa durezza (max 53 HRC); migliore saldabilità; 20% più economico | Parti di medio-astina (PER ESEMPIO., alberi di pompa) |
| Aisi 4130 | Acciaio a bassa lega | Carbonio inferiore (0.28–0,33%); più debole (1,450 Tensile MPA Max); migliore saldabilità; 35% più economico | Saldato, Parti a basso consumo |
| Aisi 4340 | Acciaio in lega Ni-Cr-Mo | Nickel più alto (1.65–2,00%); migliore tenacità; Bassa durezza massima (55 HRC); 30% PICER | Alto carico, Parti di medio-astina (PER ESEMPIO., attrezzatura di atterraggio) |
| 52100 Acciaio cuscinetto | Acciaio ad alto contenuto di carbonio | Cromo più alto (1.30–1,60%); migliore resistenza all'usura; una maggiore tenacia; 15% PICER | Cuscinetti di precisione (PER ESEMPIO., cuscinetti a sfera) |
| Acciaio inossidabile 440c | Resistente alla corrosione | Eccellente resistenza alla ruggine; Durezza simile (58–60 HRC); 4× aiuto | Parti di abbigliamento umido o chimico |
La prospettiva della tecnologia Yigu su AISI 4150 Acciaio in lega
Alla tecnologia Yigu, Aisi 4150 è la nostra migliore scelta per le alte e letta, Componenti portanti. La sua composizione CR-MO ad alto contenuto di carbonio risolve il più grande punto dolente per i clienti: Ottenere parti che resistono all'usura senza rompere, critiche per i cambi industriali, motori automobilistici, e macchinari. Forniamo Aisi 4150 In spazi vuoti forgiati, bar, o piatti, con trattamento termico personalizzato (200–500 ° C.) e opzioni di superficie (nitriding, placcatura cromata). Per i clienti che si aggiornano da AISI 4140, Aisi 4150 offre 2-3 volte una vita in parte più lunga con un piccolo premio di costo, per la manutenzione e le sostituzioni a lungo termine.
FAQ su AISI 4150 Acciaio in lega
- Può Aisi 4150 essere utilizzato per parti che necessitano sia di resistenza all'usura e resistenza all'impatto?
Sì, mettilo a 400–500 ° C (38–42 HRC). Questo equilibra la durezza (Abbastanza per la resistenza all'usura) e tenacità (per assorbire l'impatto). Per esempio, ingranaggi temperati a 450 ° C maneggia sia l'usura dei denti che i carichi di shock occasionali. - È Aisi 4150 più difficile da macchina di AISI 4140?
Sì, soprattutto quando trattata con calore. Aisi ricotto 4150 (22–25 HRC) macchine in modo simile alle ricotti 4140, Ma Aisi trattata con calore 4150 (58–60 HRC) Richiede strumenti CBN o macinazione, Mentre 4140 (50–53 HRC) può utilizzare strumenti in carburo rivestiti. - Qual è lo spessore massimo per AISI 4150 parti?
Aisi 4150 Funziona bene per parti fino a 100 mm di spessore: il suo contenuto di cromo garantisce l'indurimento uniforme tra le sezioni. Per parti più spesse (＞ 100 mm), estendere il tempo di sospensione di spegnimento (2–3 ore) e usa il raffreddamento dell'olio per evitare l'ammorbidimento del nucleo.
