強度のバランスが必要な溶接コンポーネントまたは部品を設計する場合, 溶接性, および延性 - 航空宇宙フレームのような, 自動車ロールケージ, または産業機械シャフト - アイシ 4130 合金鋼 あなたの理想的な選択です. 低炭素クロム - モリブデンとして (cr-mo) 合金, AISIのような高炭素合金よりも優れた溶接性を提供しながら、タフネスで普通の炭素鋼を上回る 4140. このガイドは、そのプロパティを分解します, 実世界のアプリケーション, 製造プロセス, 材料の比較は、溶接と強度が密接に関係する設計上の課題を解決するのに役立ちます.
1. AISIの材料特性 4130 合金鋼
AISI 4130のパフォーマンスは、慎重にバランスの取れた構成から来ています: 低炭素 (0.28–0.33％) 簡単な溶接を保証します, クロム中 (0.80–1.10％) とモリブデン (0.15–0.25％) 強度を高める疲労抵抗. その重要なプロパティを詳細に調べてみましょう.
1.1 化学組成
アイシ 4130 ASTM A29/A29M標準に従います, 溶接性と靭性を優先するための要素を厳密に制御します. 以下はその典型的な構成です:
| 要素 | シンボル | コンテンツ範囲 (%) | 重要な役割 |
|---|---|---|---|
| 炭素 (c) | c | 0.28 - 0.33 | 中程度の強度を提供します; 有効にするために低く保ちます溶接性 (ポストウェルドクラッキングはありません) |
| クロム (cr) | cr | 0.80 - 1.10 | 強化耐食性 と硬直性; 耐摩耗性を改善します |
| モリブデン (MO) | MO | 0.15 - 0.25 | 高温強度を高めます; 上昇疲労制限 周期的な荷重用 |
| マンガン (Mn) | Mn | 0.40 - 0.60 | 穀物構造を改良します; 強化延性 強度を減らすことなく |
| シリコン (そして) | そして | 0.15 - 0.35 | エイズ脱酸化; 溶接および熱処理中の安定性をサポートします |
| リン (p) | p | ≤ 0.035 | 溶接接合部または寒冷条件の脆性骨折を防ぐために最小化 |
| 硫黄 (s) | s | ≤ 0.040 | バランスをとるために制御されます加工性 溶接品質 (S =より良い溶接) |
| ニッケル (で) | で | ≤ 0.25 | トレース要素; 少し改善されます衝撃の靭性 低温で |
| バナジウム (v) | v | ≤ 0.03 | トレース要素; 厚いセクション全体で均一な強度のために穀物を洗練します |
| 銅 (cu) | cu | ≤ 0.30 | トレース要素; 屋外部品の軽度の大気腐食抵抗を追加します |
1.2 物理的特性
これらの特性はAisiを作ります 4130 業界全体で溶接および形成されたコンポーネントに適しています:
- 密度: 7.85 g/cm³ (ほとんどの炭素鋼と同じです) - 航空宇宙または自動車部品の重量計算を補充します
- 融点: 1,420 - 1,450 °C (2,588 - 2,642 °F) - 溶接に伴う (私/ティグ) および鍛造プロセス
- 熱伝導率: 42.5 w/(M・k) で 20 °C; 38.5 w/(M・k) で 300 °C-溶接中の熱分布の維持 (ホットスポットを減らします)
- 熱膨張係数: 11.4 ×10⁻⁶/°C (20 - 100 °C) - 曲げまたは溶接コンポーネントのときに歪みを最小化します
- 磁気特性: 強磁性 - 非破壊検査を有効にします (NDT) 溶接品質を確認するための磁気粒子検査のように.
1.3 機械的特性
AISI 4130の機械的パフォーマンスは、両方のアニールされた両方で輝いています (溶接準備) そして熱処理されました (高強度) 条件. 以下は典型的な値です:
| 財産 | 測定方法 | アニール (溶接準備) | クエンチ & 気性 (300 °C) | クエンチ & 気性 (600 °C) |
|---|---|---|---|---|
| 硬度 (ロックウェル) | HRC | 17 - 20 HRC | 45 - 48 HRC | 25 - 28 HRC |
| 硬度 (ビッカーズ) | HV | 160 - 190 HV | 430 - 460 HV | 240 - 270 HV |
| 抗張力 | MPA (KSI) | 560 MPA (81 KSI) | 1,450 MPA (210 KSI) | 850 MPA (123 KSI) |
| 降伏強度 | MPA (KSI) | 345 MPA (50 KSI) | 1,300 MPA (188 KSI) | 700 MPA (102 KSI) |
| 伸長 | % (で 50 mm) | 28 - 32% | 10 - 12% | 20 - 22% |
| 衝撃の靭性 | j (で 20 °C) | ≥ 90 j | ≥ 40 j | ≥ 70 j |
| 疲労制限 | MPA (回転ビーム) | 290 MPA | 680 MPA | 420 MPA |
1.4 その他のプロパティ
AISI 4130の特性は、溶接および形成されたコンポーネントの重要な課題を解決します:
- 溶接性: 優れています - 最小限の予熱を必要とします (150–200°C) そして、必須の溶接後の熱処理はありません (PWHT) 薄いセクションの場合, 製造の時間を節約します.
- 形成性: 素晴らしい - 曲がっていることができます, 転がった, または複雑な形に鍛造されました (例えば。, 自動車ロールケージ) アニールしたとき, その後、強度のために熱処理します.
- 加工性: 良い - アニールされた状態のソフト (17–20 HRC), そのため、標準のツールで簡単にカットできます; 熱処理された部品には、精度のためにカーバイドツールが必要です.
- 耐食性: 中程度 - 軽度のさびや化学物質を耐えます; 過酷な環境の場合 (例えば。, 海兵隊), 亜鉛メッキまたはエポキシコーティングを追加します.
- タフネス: 優れた - 溶接後でも, it maintains enough 延性 衝撃を吸収する (航空宇宙および自動車の安全部品にとって重要です).
2. AISIのアプリケーション 4130 合金鋼
AISI 4130の溶接性とバランスの取れた強度に焦点を当てているため、結合または形成する必要があるコンポーネントの最大の選択肢になります. 主要な用途は次のとおりです:
- 航空宇宙コンポーネント: 航空機フレーム, 着陸装置ストラット, および燃料ライン - ウェルダブル, 軽量, そして、飛行荷重に十分強い.
- 自動車部品: ロールケージ, シャーシチューブ, および高性能の排気マニホールド - 振動と熱に耐えます, ストレスに耐える溶接で.
- 機械コンポーネント: 溶接シャフト, 油圧シリンダーロッド, とプーリーハブ - 溶接が鍛造よりも安い部品の場合.
- 産業機械: コンベアローラー, ロボットアーム, およびマシンフレーム - 毎日使用するのに十分です, 溶接で簡単に修理できます.
- 建設装置: ローダーバケット, バックホーの腕, および足場のジョイント - 衝撃と摩耗を処理します, 負荷がかかっていない溶接で.
- オートバイ & レーシングパーツ: フレームレール, スイングアーム, エンジンマウント - パフォーマンス車両の軽量と強度をcombinesする.
3. AISIの製造技術 4130 合金鋼
AISIの生産 4130 溶接性と形成性に焦点を合わせる必要があります, 熱処理は、最終用途の強さのニーズに合わせて調整されています. これが段階的なプロセスです:
- スチール製造:
- アイシ 4130 is made using an 電気弧炉 (EAF) (スクラップスチールをリサイクルします) または 基本的な酸素炉 (bof). クロムとモリブデンは、0.80〜1.10％と0.15〜0.25％の範囲に衝突するために追加されます, 炭素は低く維持されています (0.28–0.33％).
- ローリング & 形にする:
- The steel is ホットロール (1,100 - 1,200 °C) バーに, チューブ, またはプレート - ホットローリングにより、曲がったり形作ったりしやすくなります. 薄壁の部品の場合 (例えば。, 排気管), その コールドロール for tighter tolerances.
- 熱処理 (柔軟なニーズに対応します):
- アニーリング: 815〜845°Cに加熱, 2〜3時間開催されました, ゆっくりと冷却されます 650 °C. 鋼を柔らかくします (17–20 HRC) 溶接と形成用.
- 消光: 845〜870°Cに加熱, 開催 1 時間, オイルで冷却されました. 50〜52 hrcに硬化しますが、脆性は増加します.
- 焼き戻し: 200〜650°Cに再加熱 (強度のニーズに基づいています), 1〜2時間開催されました, 空冷. 高強度で300°Cを減らします, 600 より良い延性のための°C.
- 溶接 (重要な利点):
- 私を使っています, ティグ, または、低水素電極でスティック溶接 (例えば。, E8018-B2) 溶接亀裂を避けるため. 薄いセクションを予熱します (＜10 mm) に 150 °C; 厚いセクション (＞ 20 mm) に 200 °C. ほとんどの部品にはPWHTは必要ありません, しかし、それは残留応力を減らすために行うことができます.
- 機械加工 & 仕上げ:
- アニールされたアイシ 4130 ターニング用のHSSツールで機械加工されています, ミリング, または掘削. 熱処理された部品には、炭化物ツールが必要です. 滑らかな表面用, 研削または研磨で仕上げます.
- 表面処理:
- メッキ: 亜鉛メッキ (さび抵抗) 自動車部品用; クロムメッキ (耐摩耗性) シャフト用.
- コーティング: 耐熱塗料 (まで 500 °C) 排気部品用; エポキシコーティング (耐薬品性) 産業機械用.
- ニトリッド: オプション - アンモニアガスで500〜550°Cに加えて表面を硬化させる (50–55 HRC) 歪みなし, 摩耗部品に最適です.
- 品質管理:
- 化学分析: 分光測定は合金の含有量をチェックします (ASTM A29/A29Mごと).
- 機械的テスト: 引張, インパクト, 硬度テストでは、強さと靭性が確認されます.
- 溶接検査: X線撮影テスト (X線) または、気孔率のような溶接欠陥の超音波検査チェック.
- 次元チェック: キャリパーまたはCMMは、部品が設計許容度を満たすことを保証します.
4. ケーススタディ: アイシ 4130 活動中
実際のプロジェクトは、どのようにAISIを示しています 4130 溶接と強度の課題を解決します.
ケーススタディ 1: 航空宇宙フレーム溶接 (カナダ)
航空機のメーカーは、軽量を構築する必要がありました, 小貨物機用の溶接フレームセクション. 彼らはアイシを選びました 4130 チューブ (アニール, 17 HRC) 簡単なティグ溶接用. その後、フレームは和らげられました 300 °C (45 HRC) 強さのために. テスト後, フレームは耐えました 120% 溶接亀裂のない設計荷重 - アウトパフォーマンスのアルミニウムフレーム (失敗しました 90% 負荷). このカットフレーム重量で 15% vs. 鋼鉄の代替品.
ケーススタディ 2: 自動車ロールケージの耐久性 (私たち。)
レーシングチームは、クラッシュの衝撃を吸収し、現場で溶接する可能性のあるロールケージを必要としていました. 彼らはAisiを使用しました 4130 dom (ドローオーバーマンドレル) チューブ, MIGとPWHTなしで溶接します. クラッシュテスト中, ケージは曲がっていますが、壊れませんでした延性 ドライバーを保護しました. ケージは続きました 3 レースシーズン, 前のAISI 1018 後に炭素鋼ケージが割れました 1 季節. これによりチームが救われました $8,000 交換費用.
5. アイシ 4130 vs. その他の材料
Aisiはどうですか 4130 溶接および高強度部品の同様の材料と比較してください?
| 材料 | AISIとの類似点 4130 | 重要な違い | に最適です |
|---|---|---|---|
| アイシ 4140 | CR-MO合金鋼 | より高い炭素 (0.38–0.43％); より強く、溶接が難しい; 10% 価格 | 使用されていない部品 (例えば。, ギア, シャフト) |
| アイシ 1018 | 炭素鋼 | 合金はありません; より安いが弱い (440 MPA引張); 疲労抵抗が悪い | 低ストレス部品 (例えば。, ブラケット) |
| 6061 アルミニウム | 軽量 | 低密度 (2.7 g/cm³); 弱い (310 MPA引張); より良い腐食抵抗; 2×援助 | 軽量, 低負荷部品 (例えば。, 自転車フレーム) |
| 304 ステンレス鋼 | 耐性耐性 | 優れた錆耐性; 溶接が難しい; 強度が低い (515 MPA引張); 3×援助 | 海洋または食品グレードの溶接部品 |
| 炭素繊維 | 高強度から重み | ライター; 腐食はありません; 影響不良のタフネス; 8×援助 | 高性能, 使用されていない部品 (例えば。, レースカーボディ) |
Yigu TechnologyのAISIに関する視点 4130 合金鋼
Yiguテクノロジーで, アイシ 4130 溶接のための私たちの行き先です, 高強度成分. その低炭素CR-MO構成は、クライアントにとって最大の問題点を解決します: 割れずに溶接しやすい強力な部分を取得する. Aisiを供給します 4130 チューブで, バー, またはプレート - 溶接用に現実化されています, または強度のためにカスタムヒート処理. 航空宇宙用, 自動車, または炭素鋼またはアルミニウムから移動する産業クライアント, アイシ 4130 費用対効果の高いアップグレードを提供します: アルミニウムよりも良い強度, AISIよりも優れた溶接性 4140, プレーン炭素鋼よりも長い寿命.
AISIについてのFAQ 4130 合金鋼
- 溶けた熱処理が必要ですか？ (PWHT) aisiの場合 4130?
いいえ - 薄いセクションの場合 (＜20 mm) または低ストレス部品, PWHTは必要ありません. 厚いセクションの場合 (＞ 20 mm) または高ストレス部品 (例えば。, 航空宇宙フレーム), PWHT (600–650°Cの 1 時間) 残留応力を減らし、靭性を改善します. - aisiできます 4130 高温アプリケーションに使用します (その上 300 °C)?
はい - モリブデンのコンテンツはそれを強く保ちます 400 °C. 上記の温度の場合 400 °C (例えば。, 工業用炉), Aisiを選択してください 316 より多くの耐熱性を持つステンレス鋼または合金鋼. - AISIの違いは何ですか 4130 とアイシ 4130 dom?
アイシ 4130 dom (ドローオーバーマンドレル) ホットロールチューブをマンドレルの上に描くことによって作られたチューブバリアントです. 滑らかな内部があります, 壁の厚さの耐性が狭くなっています, 標準的なAISIよりも高い強度 4130 チューブ - 自動車用ロールケージまたは航空宇宙チューブ用のIdeal.
