一定の摩擦に直面する部品を設計している場合, 高いストレス, または重い摩耗 - 工業用具のような, ベアリングレース, または自動車のカムシャフト - 極端を組み合わせた材料が必要です硬度, 抗張力, そして耐摩耗性。アイシ 4150 合金鋼 頼りになるソリューションです: 高炭素クロム - モリブデンとして (cr-mo) 合金, AISIのような低炭素グレードよりも高い硬度と耐摩耗性を提供します 4140, 十分に維持しながらタフネス 負荷をかけるアプリケーション用. このガイドは、そのプロパティを分解します, 実世界の使用, 製造プロセス, そして、あなたがハイウェア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 4150 合金鋼
AISI 4150のパフォーマンスは、高炭素にかかっています (0.48–0.53％) バランスの取れたCR-MO組成: 炭素は、熱処理後の最大硬度を可能にします, クロムブースト耐食性 と硬直性, モリブデンは、強化しながら脆性を防ぎます疲労制限. 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 4150 ASTM A29/A29M標準に従います, 硬度と耐摩耗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 | 0.48 - 0.53 | 高い硬度を有効にします (まで 60 HRC) 消光後; ドライブ耐抵抗 |
| クロム (cr) | cr | 0.80 - 1.10 | 強化耐食性 と硬直性; 厚いセクション全体で均一な硬度を保証します |
| モリブデン (MO) | MO | 0.15 - 0.25 | 高硬度で脆性を低下させます; 上昇疲労制限 周期的な摩耗用 |
| マンガン (Mn) | Mn | 0.75 - 1.00 | 穀物構造を改良します; ブースト抗張力 延性を犠牲にすることなく |
| シリコン (そして) | そして | 0.15 - 0.35 | エイズ脱酸化; 高温熱処理中の安定性をサポートします |
| リン (p) | p | ≤ 0.035 | 高硬度条件での脆性骨折を避けるために最小化されます |
| 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 そして耐摩耗性 (S =より滑らかな摩耗面) |
| ニッケル (で) | で | ≤ 0.25 | トレース要素; 低温をわずかに改善します衝撃の靭性 |
| バナジウム (v) | v | ≤ 0.03 | トレース要素; 穀物を洗練して、硬さの不均一性を防ぎます |
| 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 4150 ハイウェアに適しています, 高熱環境 - 産業用ギアボックスから自動車エンジンまで:
- 密度: 7.85 g/cm³ (標準鋼と同じ) - ギアブランクのようなヘビーウェアパーツの重量計算を補充します
- 融点: 1,415 - 1,445 °C (2,580 - 2,630 °F) - 鍛造および消光プロセスに伴う
- 熱伝導率: 41.5 w/(M・k) で 20 °C; 37.5 w/(M・k) で 300 °C-クエンチング中の熱分布さえも保存します (ホットスポットを避けます)
- 熱膨張係数: 11.6 ×10⁻⁶/°C (20 - 100 °C) - 熱処理が小さくなると、歪みを最小化します, 正確な部品 (例えば。, ベアリングレース)
- 磁気特性: 強磁性 - 非破壊検査を有効にします (NDT) 摩耗から表面亀裂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 4150の機械的性能は、硬度と耐摩耗性のために最適化されています, 使用を終了するように調整された熱処理. 以下は典型的な値です:
| 財産 | 測定方法 | アニール (ソフトな状態) | クエンチ & 気性 (200 °C) | クエンチ & 気性 (500 °C) |
|---|---|---|---|---|
| 硬度 (ロックウェル) | HRC | 22 - 25 HRC | 58 - 60 HRC | 35 - 38 HRC |
| 硬度 (ビッカーズ) | HV | 210 - 240 HV | 560 - 590 HV | 340 - 370 HV |
| 抗張力 | MPA (KSI) | 750 MPA (109 KSI) | 1,950 MPA (283 KSI) | 1,150 MPA (167 KSI) |
| 降伏強度 | MPA (KSI) | 480 MPA (70 KSI) | 1,750 MPA (254 KSI) | 950 MPA (138 KSI) |
| 伸長 | % (で 50 mm) | 20 - 24% | 5 - 7% | 14 - 16% |
| 衝撃の靭性 | j (で 20 °C) | ≥ 65 j | ≥ 25 j | ≥ 50 j |
| 疲労制限 | MPA (回転ビーム) | 380 MPA | 850 MPA | 550 MPA |
1.4 その他のプロパティ
AISI 4150の特性は、高気の設計上の課題を解決します:
- 溶接性: 中程度 - 予熱を300〜350°Cに回します (AISIよりも高い 4140) 溶けた熱処理 (PWHT) ひび割れを避けるため; 可能であれば、溶接部の部品に最適です.
- 形成性: 限られている - ベスト鍛造 (曲がっていません) アニール状態で; 複雑な形 (例えば。, 歯の歯) 熱処理の前に、熱い鍛造を介して作成されます.
- 加工性: アニールされた状態で公正 (22–25 HRC); 熱処理された部品 (58–60 HRC) 特殊なツールが必要です (例えば。, 窒化キュービックホウ素, CBN) 機械加工用.
- 耐食性: 中程度 - 軽度の錆とオイルベースの液体耐性; 濡れたまたは化学環境用, クロムメッキまたは硝化コーティングを追加します.
- 耐摩耗性: 優れた - 硬度が高くなっています (58–60 HRC) クロム含有量は金属間摩耗を減らします, パーツの寿命を2〜3倍と延長します. アイシ 4140.
2. AISIのアプリケーション 4150 合金鋼
AISI 4150の硬度と耐摩耗性に焦点を当てているため、一定の摩擦や衝撃に耐える部品に最適です. 主要な用途は次のとおりです:
- ギア & ギアコンポーネント: 産業用ギアボックスギア, 自動車トランスミッションギア, およびディファレンシャルギア - 高い硬度は重い荷物から歯の摩耗に抵抗します.
- ベアリング & ベアリングレース: ボールベアリングレース, ローラーベアリングカップ, 針ベアリングスリーブ - 滑らか, ハードサーフェスは摩擦を最小限に抑え、耐酸素の寿命を延ばします.
- 自動車部品: カムシャフト, バルブリフター, ピストンピン - エンジンの熱を緩和し、他のコンポーネントとの繰り返し接触を繰り返します.
- 機械コンポーネント: ハイウェアシャフト (例えば。, コンベア駆動シャフト), ポンプローター, およびツールホルダー - ほこりからの摩耗があります, ダート, または金属粒子.
- 産業機械: スチールミルロール, 押し出しが死にます, スタンピングツール - 金属やプラスチックの編成による抵抗摩耗.
- 航空宇宙コンポーネント: 着陸装置のリンケージとエンジンアクセサリーギア (非批判的なシステム) - バランスは、航空機の使用に抵抗と強度を摩耗させます.
3. AISIの製造技術 4150 合金鋼
AISIの生産 4150 脆性なしで硬度を最大化するには、熱処理の精度が必要です. これが段階的なプロセスです:
- スチール製造:
- アイシ 4150 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). 炭素 (0.48–0.53％), クロム (0.80–1.10％), とモリブデン (0.15–0.25％) 均一な合金分布を確保するために融解中に追加されます.
- 鍛造 & ローリング:
- ほとんどのaisi 4150 parts start as 熱い鍛造 blanks (1,150 - 1,250 °C) - フォーミングは粒子構造を調整します, 耐摩耗性を高めます. 鍛造後, blanks are ホットロール to rough shapes (バー, プレート) または、ネットシェープ部品に近い部品のために鍛造されたままになります (例えば。, カムシャフト).
- 熱処理 (硬さのために重要です):
- アニーリング: 815〜845°Cに加熱, 3〜4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 (22–25 HRC) 機械加工と鍛造用.
- 消光: 830〜860°Cに加熱 (オーステナイト化), 1〜2時間開催されました (厚い部品の場合), オイルで冷却されました (水冷はひび割れを危険にさらします). 60〜62 HRCに硬化します.
- 焼き戻し: 200〜500°Cに再加熱 (ニーズに基づいています):
- 200 °C: 最大硬度 (58–60 HRC) ハイウィアパーツの場合 (例えば。, ベアリングレース).
- 500 °C: バランスの取れた硬度の強さ (35–38 HRC) 衝撃が発生しやすい部分の場合 (例えば。, ギア).
- 機械加工:
- アニールされたアイシ 4150 ターン用の炭化物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 (58–60 HRC) CBNツールまたは精度のために研削を必要とします. ギアの歯の場合, ホブは、アニールされた状態で行われます, その後、熱処理と仕上げ粉砕が続きます.
- 表面処理:
- メッキ: クロムメッキ (耐摩耗性) シャフト用; ニッケルメッキ (耐食性) 自動車部品用.
- ニトリッド: アンモニアガスで500〜550°Cに加熱 - 0.1〜0.3 mmの硬い表面層を作成します (65–70 HRC) 歪みなし, ギアやベアリングに最適です.
- 浸炭: オプション - 表面のみを硬化させるために炭素が豊富なガスで900〜950°Cに加熱します (コアは厳しいままです), ギア歯のような部品に使用されます.
- 品質管理:
- 化学分析: 質量分析は炭素を検証します, クロム, モリブデンレベル (ASTM A29/A29Mごと).
- 機械的テスト: 硬度テスト (HRC/HV) 引張テストは強度を確認します; テストを着用します (例えば。, ピンオンディスク) 摩擦に対する耐性を測定します.
- NDT: 内部欠陥の超音波検査チェック; 光学顕微鏡により、均一な粒構造が保証されます (発生する大きな穀物はホットスポットを着用していません).
4. ケーススタディ: アイシ 4150 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 4150 高いウェアの課題を解決します.
ケーススタディ 1: 産業用ギアボックスギア (私たち。)
製造工場はAISIを置き換える必要がありました 4140 ギアボックスギアはすべて 18 歯の摩耗による数ヶ月. 彼らはAisiに切り替えました 4150 ギア, 熱処理されています 200 °C (58 HRC) 余分な摩耗抵抗のために窒化します. 新しいギアが続きました 48 数ヶ月 - メンテナンスコストの削減 $60,000 毎年. AISIの高い炭素含有量 4150 歯の孔食を防ぎます, 一般的な障害モード 4140 ギア.
ケーススタディ 2: 自動車カムシャフト (日本)
自動車メーカーには、耐えることができるカムシャフトが必要でした 200,000 ローブの摩耗のないエンジン操作のkm. 彼らはAisiを使用しました 4150 カムシャフト, 偽造, 熱処理されています 300 °C (55 HRC), そして亜硝酸. テストのみが示されました 0.02 後の葉の摩耗のmm 200,000 km — Aisiの摩耗 4140 カムシャフト. これにより、エンジンの信頼性が向上し、保証請求が削減されました 35%.
5. アイシ 4150 vs. その他の材料
Aisiはどうですか 4150 低合金の鋼と耐摩耗性の代替品と比較してください?
| 材料 | AISIとの類似点 4150 | 重要な違い | に最適です |
|---|---|---|---|
| アイシ 4140 | CR-MO合金鋼 | 低炭素 (0.38–0.43％); 硬度が低い (マックス 53 HRC); より良い溶接性; 20% 安く | 中型摩耗部品 (例えば。, ポンプシャフト) |
| アイシ 4130 | 低合金鋼 | 低炭素 (0.28–0.33％); 弱い (1,450 MPA最大引張); より良い溶接性; 35% 安く | 溶接, 低摩耗部品 |
| アイシ 4340 | ni-cr-mo合金鋼 | より高いニッケル (1.65–2.00％); より良いタフネス; 最大硬度が低くなります (55 HRC); 30% 価格 | ハイロード, 中型摩耗部品 (例えば。, 着陸装置) |
| 52100 ベアリングスチール | 高炭素鋼 | より高いクロム (1.30–1.60％); より良い耐摩耗性; 靭性が低い; 15% 価格 | 精密ベアリング (例えば。, ボールベアリング) |
| ステンレス鋼440c | 耐性耐性 | 優れた錆耐性; 同様の硬度 (58–60 HRC); 4×援助 | 湿ったまたは化学的な摩耗部品 |
Yigu TechnologyのAISIに関する視点 4150 合金鋼
Yiguテクノロジーで, アイシ 4150 High-Wearの最大の選択肢です, 負荷を負担するコンポーネント. その高炭素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: 壊れることなく摩耗に抵抗する部品を取得する - 工業用品ボックスのために重要, 自動車エンジン, と機械. Aisiを供給します 4150 偽造空白で, バー, またはプレート, カスタム熱処理で (200–500°C) および表面オプション (ニトリッド, クロムメッキ). AISIからアップグレードするクライアント用 4140, アイシ 4150 2〜3倍の長い寿命を少々コストプレミアムで提供します。.
AISIについてのFAQ 4150 合金鋼
- aisiできます 4150 耐摩耗性と衝撃の靭性の両方を必要とする部品に使用されます?
はい - 400〜500°Cに拡張します (38–42 HRC). これは硬さのバランスを取ります (耐摩耗性に十分です) とタフネス (衝撃を吸収する). 例えば, に和らげられたギア 450 °C歯の摩耗と時折の衝撃負荷の両方を処理します. - Aisiです 4150 AISIよりも機械が難しい 4140?
はい - 特に熱処理されたとき. アニールされたアイシ 4150 (22–25 HRC) アニールと同様のマシン 4140, しかし、熱処理されたアイシ 4150 (58–60 HRC) CBNツールまたは研削が必要です, その間 4140 (50–53 HRC) コーティングされた炭化物ツールを使用できます. - AISIの最大厚さは何ですか 4150 部品?
アイシ 4150 までの部品に適しています 100 MM厚 - Chromium含有量は、セクション全体で均一な硬化を保証します. 厚い部分の場合 (＞100 mm), クエンチングホールド時間を延長します (2–3時間) コアの軟化を避けるために、オイル冷却を使用してください.
