高ストレスを処理する必要がある機械コンポーネントを設計している場合, 着る, または衝撃 - 産業用シャフトのような, 自動車用品, または航空宇宙部品 - 強度のバランスをとる素材が必要です, タフネス, および加工性。アイシ 4140 合金鋼 業界の主力です: クロム - モリブデンとして (cr-mo) 合金, それは例外的なものを提供します抗張力, 硬度, 熱処理後の疲労抵抗, aisiのようなより低い炭素鋼やさらに低い合金のグレードを上回る 4130. 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, 業界全体でコンポーネントの設計上の課題を解決するのに役立つ物質的な比較.
1. AISIの材料特性 4140 合金鋼
AISI 4140のパフォーマンスは、最適化されたCR-MO組成と熱処理可能な設計に由来します。, モリブデンは高温強度を高めます疲労制限. 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 4140 ASTM A29/A29M標準を順守します, 一貫したパフォーマンスを確保するために合金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 | 0.38 - 0.43 | 熱処理を有効にします; ブースト硬度 そして抗張力 |
| 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 | 高温強度を増加させます; 上昇疲労制限 周期的な荷重用 |
| マンガン (Mn) | Mn | 0.75 - 1.00 | 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; 高温での構造の安定性をサポートします |
| リン (p) | p | ≤ 0.035 | 寒いまたは高ストレス状態での脆性骨折を防ぐために最小化 |
| 硫黄 (s) | s | ≤ 0.040 | 改善するために制御されています加工性 (フリーマシニンググレードはより高いsを持っている可能性があります) |
| ニッケル (で) | で | ≤ 0.25 | トレース要素; わずかに強化されます衝撃の靭性 |
| バナジウム (v) | v | ≤ 0.03 | トレース要素; 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; 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 4140 自動車エンジンから航空宇宙コンポーネントまで、多様な産業環境に適しています:
- 密度: 7.85 g/cm³ (ほとんどの炭素鋼と同じです) - シャフトやギアなどのコンポーネントの重量計算を補充します
- 融点: 1,425 - 1,450 °C (2,597 - 2,642 °F) - 鍛造および溶接プロセスに伴う
- 熱伝導率: 42.0 w/(M・k) で 20 °C; 38.0 w/(M・k) で 300 °C-熱処理中の熱分布さえも保存します
- 熱膨張係数: 11.5 ×10⁻⁶/°C (20 - 100 °C) - クエンチングと焼き戻し中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) 隠された欠陥を検出するための磁気粒子検査のように.
1.3 機械的特性
AISI 4140の機械的性能は、熱処理によって異なります, しかし、それは一貫してプレーンカーボンスチールよりも優れています. 以下は、一般的な熱処理条件の典型的な値です:
| 財産 | 測定方法 | アニール (ソフトな状態) | 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 | 19 - 22 HRC | 50 - 53 HRC | 28 - 32 HRC |
| 硬度 (ビッカーズ) | HV | 180 - 210 HV | 480 - 510 HV | 270 - 300 HV |
| 抗張力 | MPA (KSI) | 650 MPA (94 KSI) | 1,700 MPA (247 KSI) | 950 MPA (138 KSI) |
| 降伏強度 | MPA (KSI) | 400 MPA (58 KSI) | 1,500 MPA (218 KSI) | 800 MPA (116 KSI) |
| 伸長 | % (で 50 mm) | 25 - 30% | 8 - 10% | 18 - 20% |
| 衝撃の靭性 | j (で 20 °C) | ≥ 80 j | ≥ 35 j | ≥ 60 j |
| 疲労制限 | MPA (回転ビーム) | 320 MPA | 750 MPA | 450 MPA |
1.4 その他のプロパティ
AISI 4140の特性は、主要なコンポーネントの設計上の課題を解決します:
- 溶接性: 良い - 予熱して200〜300°Cと溶接後の熱処理を要求します (ひび割れを避けるため) しかし、負荷をかける部品の強力なジョイントを生成します.
- 加工性: 特にアニール状態で優れています (19–22 HRC); フリーマシニンググレード (硫黄が高い) ツールの摩耗をさらに削減します.
- 形成性: 中程度 - 偽造できます, 曲がっています, または複雑な形に巻き込まれます (例えば。, ギアブランク) アニールしたとき, その後、強度のために熱処理します.
- 耐食性: 中程度 - 軽度の化学物質と大気の錆を耐えます; 過酷な環境の場合, メッキを追加します (例えば。, 亜鉛またはクロム) またはコーティング.
- タフネス: バランス - 清掃 & tempered conditions offer both high strength and enough 延性 衝撃を吸収する (自動車や建設部品にとって重要です).
2. AISIのアプリケーション 4140 合金鋼
AISI 4140の汎用性により、強さと耐久性が重要な業界全体で最大の選択肢になります. 主要な用途は次のとおりです:
- 機械コンポーネント: シャフト (例えば。, モーターシャフト, ポンプシャフト), ボルト, とナット - 疲労不全なしの高トルクと周期的な負荷を処理する.
- ギア & ベアリング: 自動車トランスミッションギア, 産業用ギアボックス, and bearing races—its 硬度 (50–53 HRC消光時) 金属間接触からの摩耗を抵抗します.
- 自動車部品: クランクシャフト, カムシャフト, サスペンションコンポーネント - エンジンの熱と道路の振動を許容します, 普通の炭素鋼を上回る.
- 産業機械: 油圧シリンダー, プレスラムズ, および工作機械の紡錘 - 製造工場での重い負荷と繰り返しの使用を支持します.
- 建設装置: 掘削機バケツ, ブルドーザー車軸, クレーンフック - ジョブサイトへの影響と摩耗があります.
- 航空宇宙コンポーネント: 着陸装置部品とエンジンブラケット (非批判的なシステムで) - 航空機用途の強度と重量のバランス.
3. AISIの製造技術 4140 合金鋼
AISIの生産 4140 合金含有量を正確に制御する必要があります。. これが段階的なプロセスです:
- スチール製造:
- アイシ 4140 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、融解中に0.80〜1.10％と0.15〜0.25％の範囲に達するために添加されます, それぞれ.
- ローリング & 鍛造:
- The steel is ホットロール (1,100 - 1,200 °C) バーに, プレート, またはチューブ - ホットローリングは穀物を洗練し、フォーメリティを向上させます. 複雑な部品の場合 (例えば。, ギア), その 熱い鍛造 into blanks to shape the component before machining.
- 熱処理 (パフォーマンスにとって重要です):
- アニーリング: 815〜845°Cに加熱, 2〜4時間開催されます, その後、ゆっくりと冷却されます 650 °C. 鋼を柔らかくします (19–22 HRC) 簡単に機械加工するため.
- 消光: 845〜870°Cに加熱 (オーステナイト化), 1〜2時間開催されます, その後、油または水で急速に冷却されます. 鋼を55〜60 hrcに硬化させますが、脆性は増加します.
- 焼き戻し: 200〜650°Cに再加熱 (望ましい硬度に基づいています), 1〜3時間開催されます, その後、空冷. 脆性とバランスの強度/靭性を低下させます (例えば。, 300 高強度の°C, 600 より良い延性のための°C).
- 機械加工:
- アニール状態で, アイシ 4140 ターニングを使用して機械加工されています, ミリング, または研削 - 高速鋼のようなツール (HSS) または炭化物カッターはうまく機能します. 厳しい許容範囲のため (例えば。, ベアリングレース), 仕上げ研削は精度を保証します.
- 表面処理:
- メッキ: 亜鉛メッキ (錆耐性のため) またはクロムメッキ (耐摩耗性のため) - 自動車および産業部品のための共通.
- コーティング: エポキシまたはパウダーコーティング (耐薬品性のため) - 油圧シリンダーまたは屋外コンポーネントで使用.
- 熱処理アドオン: 浸炭 (ギアの表面を硬化させます) または窒化 (歪みなしで耐摩耗性を改善します) - ハイウィアパーツの場合.
- 品質管理:
- 化学分析: 分光測定は合金含有量を検証します (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.
- NDT: 内部欠陥の超音波検査チェック; 磁気粒子検査では、表面亀裂が見つかります.
- 寸法検査: キャリパー, マイクロメートル, またはCMM (測定機を調整します) 部品が設計許容度を満たしていることを確認してください.
4. ケーススタディ: アイシ 4140 活動中
実際のプロジェクトは、要求の厳しいアプリケーションにおけるAISI 4140の信頼性を示しています.
ケーススタディ 1: 産業用シャフト障害防止 (私たち。)
オハイオ州の製造工場がポンプシャフトを交換していました (プレーン炭素鋼で作られています) 毎 6 疲労障害による数ヶ月. 彼らはAisiに切り替えました 4140 シャフト, 熱処理されています 300 °C (50 HRC) 高いために疲労制限 (750 MPA). 新しいシャフトが続きました 3 年 - メンテナンスコストの削減 $40,000 毎年. アイシのモリブデン 4140 一定のポンプの振動による亀裂の成長を防ぎました.
ケーススタディ 2: 自動車用ギアボックスの耐久性 (ドイツ)
自動車メーカーは、高トルクを処理できるトランスミッションギアを必要としています (350 n・m) 服を着ることなく. 彼らはアイシを選びました 4140 ギアブランク, 表面を硬化させるために浸炭 (60 HRC) そして、和らげられました 300 コアの靭性については°C. 後 100,000 テストのkm, ギアにのみ表示されました 0.1 摩耗のmm- aisiから作られたギアの摩耗率 1045 炭素鋼. これにより、ギアボックスの寿命が改善されました 50%.
5. アイシ 4140 vs. その他の材料
Aisiはどうですか 4140 機械コンポーネントの他の一般的な資料と比較してください?
| 材料 | AISIとの類似点 4140 | 重要な違い | に最適です |
|---|---|---|---|
| アイシ 4130 | CR-MO合金鋼 | 低炭素 (0.28–0.33％); 強度が低い; より良い溶接性; 15% 安く | 溶接部品 (例えば。, 航空機フレーム) |
| アイシ 1045 | 炭素鋼 | 合金はありません; 強度が低い (600 MPA引張); 30% 安く | 低負荷部品 (例えば。, 非批判的なボルト) |
| 304 ステンレス鋼 | 耐性耐性 | 優れた錆耐性; 強度が低い (515 MPA引張); 2×より高価 | 食品加工または海洋成分 |
| チタン合金 (TI-6AL-4V) | 高強度から重み | ライター (4.5 g/cm³); より高い強度; 8×より高価 | 航空宇宙または医療インプラント |
| 複合 (炭素繊維) | 高強度から重み | ライター; 腐食はありません; 衝撃の靭性が低い; 5×より高価 | 高性能自動車 (例えば。, レースカーの部品) |
Yigu TechnologyのAISIに関する視点 4140 合金鋼
Yiguテクノロジーで, アイシ 4140 高ストレスの機械コンポーネントの最重要推奨事項です. そのCR-MO組成物は強度のバランスを取ります, タフネス, および加工性 - 「強度対」を解決する. 自動車のクライアントのための作業性」の問題, 産業, 建設部門. Aisiを供給します 4140 アニールされています, クエンチ & 気性, またはカスタム熱処理条件, メッキまたはコーティングのオプションがあります. プレーンカーボンスチールからアップグレードするクライアント用, アイシ 4140 費用対効果の高いパフォーマンスブーストを提供します。チタンまたは複合材料のプレミアムなしで、コンポーネントの寿命を2〜5倍拡張する.
AISIについてのFAQ 4140 合金鋼
- aisiできます 4140 高温アプリケーションに使用します (その上 300 °C)?
はい - モリブデンの内容は強度を維持します 450 °C. 上記の温度の場合 450 °C (例えば。, エンジン排気部品), Aisiを選択してください 4340 (より高いモリブデン) または、より多くの耐熱性を持つ合金鋼. - Aisiです 4140 負荷含有コンポーネントの溶接に適しています?
はい - 適切な予熱なし (200–300°C) 溶けた後の気性 (600 °C). これにより、残留応力が軽減され、亀裂が防止されます. 低水素電極を使用します (例えば。, E8018-B2) 最良の結果. - AISIの違いは何ですか 4140 およびaisi 4140h?
AISI 4140Hは、より厳格な炭素制御を備えた「硬化性」グレードです (0.38–0.43％対. 0.38標準の–0.43％ 4140) そして、より高い硬化性. 大部分に最適です (例えば。, 厚いシャフト) 均一な熱処理が重要である場合 - 標準 4140 セクションで均等に強化することはできません 50 厚さmm.
