Sekiranya anda merancang komponen mekanikal yang perlu mengendalikan tekanan tinggi, Pakai, atau aci perindustrian seperti kesan, gear automotif, atau bahagian aeroangkasa - anda memerlukan bahan yang mengimbangi kekuatan, ketangguhan, dan kebolehkerjaan.Aisi 4140 keluli aloi adalah kerja keras industri: sebagai kromium-molybdenum (Cr-mo) aloi, Ia memberikan yang luar biasakekuatan tegangan, kekerasan, dan rintangan keletihan selepas rawatan haba, Kelebihan keluli karbon biasa dan bahkan gred aloi yang lebih rendah seperti AISI 4130. Panduan ini memecah sifatnya, Aplikasi dunia nyata, proses pembuatan, dan perbandingan bahan untuk membantu anda menyelesaikan cabaran reka bentuk komponen di seluruh industri.
1. Sifat bahan AISI 4140 Keluli aloi
Prestasi AISI 4140 berpunca daripada komposisi Cr-MO yang dioptimumkan dan reka bentuk yang boleh dirawat haba-Chromium meningkatkan ketahanan kakisan dan kebolehkerjaan, sementara molibdenum meningkatkan kekuatan suhu tinggi danhad keletihan. Mari kita meneroka sifat utamanya secara terperinci.
1.1 Komposisi kimia
Aisi 4140 Mematuhi piawaian ASTM A29/A29M, dengan kawalan ketat terhadap elemen aloi untuk memastikan prestasi yang konsisten. Berikut adalah komposisi biasa:
| Elemen | Simbol | Julat Kandungan (%) | Peranan utama |
|---|---|---|---|
| Karbon (C) | C | 0.38 - 0.43 | Membolehkan rawatan haba; meningkatkankekerasan dankekuatan tegangan |
| Chromium (Cr) | Cr | 0.80 - 1.10 | MeningkatkanRintangan kakisan dan kebolehkerjaan; Meningkatkan rintangan haus |
| Molybdenum (Mo) | Mo | 0.15 - 0.25 | Meningkatkan kekuatan suhu tinggi; menaikkanhad keletihan Untuk memuatkan kitaran |
| Mangan (Mn) | Mn | 0.75 - 1.00 | Menapis struktur bijirin; MeningkatkanKemuluran tanpa mengurangkan kekuatan |
| Silikon (Dan) | Dan | 0.15 - 0.35 | AIDS Deoxidation; Menyokong kestabilan struktur pada suhu tinggi |
| Fosforus (P) | P | ≤ 0.035 | Diminimumkan untuk mengelakkan patah rapuh dalam keadaan sejuk atau tekanan tinggi |
| Sulfur (S) | S | ≤ 0.040 | Dikawal untuk memperbaikikebolehkerjaan (gred mesin percuma mungkin mempunyai s yang lebih tinggi) |
| Nikel (Dalam) | Dalam | ≤ 0.25 | Elemen jejak; sedikit peningkatankesan ketangguhan |
| Vanadium (V) | V | ≤ 0.03 | Elemen jejak; Menapis bijirin untuk kekuatan seragam |
| Tembaga (Cu) | Cu | ≤ 0.30 | Elemen jejak; menambah rintangan kakisan atmosfera ringan |
1.2 Sifat fizikal
Ciri -ciri ini menjadikan Aisi 4140 Sesuai untuk persekitaran perindustrian yang pelbagai -dari enjin automotif ke komponen aeroangkasa:
- Ketumpatan: 7.85 g/cm³ (Sama seperti kebanyakan keluli karbon)-Membuat pengiraan berat untuk komponen seperti aci atau gear
- Titik lebur: 1,425 - 1,450 ° C. (2,597 - 2,642 ° f)-Pengerja dengan proses penempaan dan kimpalan
- Kekonduksian terma: 42.0 W/(m · k) pada 20 ° C.; 38.0 W/(m · k) pada 300 ° C -Mempertahankan walaupun pengagihan haba semasa rawatan haba
- Pekali pengembangan haba: 11.5 × 10⁻⁶/° C. (20 - 100 ° C.)-Mendiri distorsi semasa pelindapkejutan dan pembajaan
- Sifat magnet: Ferromagnet-enables ujian yang tidak merosakkan (Ndt) seperti pemeriksaan zarah magnet untuk mengesan kecacatan tersembunyi.
1.3 Sifat mekanikal
Prestasi mekanikal AISI 4140 berbeza dengan rawatan haba, Tetapi ia secara konsisten mengatasi keluli karbon biasa. Di bawah adalah nilai tipikal untuk keadaan yang dirawat haba yang biasa:
| Harta | Kaedah pengukuran | Annealed (Keadaan lembut) | Dipadamkan & Marah (300 ° C.) | Dipadamkan & Marah (600 ° C.) |
|---|---|---|---|---|
| Kekerasan (Rockwell) | HRC | 19 - 22 HRC | 50 - 53 HRC | 28 - 32 HRC |
| Kekerasan (Vickers) | Hv | 180 - 210 Hv | 480 - 510 Hv | 270 - 300 Hv |
| Kekuatan tegangan | MPA (ksi) | 650 MPA (94 ksi) | 1,700 MPA (247 ksi) | 950 MPA (138 ksi) |
| Kekuatan hasil | MPA (ksi) | 400 MPA (58 ksi) | 1,500 MPA (218 ksi) | 800 MPA (116 ksi) |
| Pemanjangan | % (dalam 50 mm) | 25 - 30% | 8 - 10% | 18 - 20% |
| Kesan ketangguhan | J (pada 20 ° C.) | ≥ 80 J | ≥ 35 J | ≥ 60 J |
| Had keletihan | MPA (rasuk berputar) | 320 MPA | 750 MPA | 450 MPA |
1.4 Sifat lain
Ciri -ciri Aisi 4140 menyelesaikan cabaran reka bentuk komponen utama:
- Kebolehkalasan: Bagus-Perlu dipanaskan hingga 200-300 ° C dan rawatan haba pasca kimpalan (untuk mengelakkan retak) tetapi menghasilkan sendi yang kuat untuk bahagian galas beban.
- Kebolehkerjaan: Cemerlang - terutamanya dalam keadaan anil (19-22 HRC); gred mesin percuma (dengan sulfur yang lebih tinggi) Mengurangkan alat pakaian selanjutnya.
- Kebolehbaburan: Sederhana -boleh dipalsukan, bengkok, atau dilancarkan menjadi bentuk yang kompleks (Mis., Kekosan gear) Apabila disebarkan, kemudian dirawat haba untuk kekuatan.
- Rintangan kakisan: Sederhana -resistis bahan kimia ringan dan karat atmosfera; untuk persekitaran yang keras, tambah penyaduran (Mis., zink atau krom) atau salutan.
- Ketangguhan: Seimbang -quenched & tempered conditions offer both high strength and enough Kemuluran untuk menyerap kesan (Kritikal untuk bahagian automotif dan pembinaan).
2. Aplikasi AISI 4140 Keluli aloi
Fleksibiliti AISI 4140 menjadikannya pilihan utama di seluruh industri di mana kekuatan dan ketahanan. Berikut adalah kegunaan utamanya:
- Komponen mekanikal: Aci (Mis., Aci motor, aci pam), bolt, dan kacang -mengikat tork tinggi dan pemuatan kitaran tanpa kegagalan keletihan.
- Gear & Galas: Gear penghantaran automotif, Kotak gear industri, and bearing races—its kekerasan (50-53 HRC ketika dipadamkan) tahan memakai dari hubungan logam ke logam.
- Bahagian automotif: Crankshafts, camshafts, dan komponen penggantungan -haba enjin dan getaran jalan raya, mengatasi keluli karbon biasa.
- Jentera Perindustrian: Silinder hidraulik, Tekan Rams, dan alat gelendong alat mesin -menyokong beban berat dan penggunaan berulang di loji pembuatan.
- Peralatan pembinaan: Baldi penggali, Bulldozer gandar, dan cangkuk kren - mengikat kesan dan lelasan di tapak kerja.
- Komponen Aeroangkasa: Bahagian gear pendaratan dan kurungan enjin (dalam sistem bukan kritikal)-Baya kekuatan dan berat badan untuk aplikasi pesawat.
3. Teknik pembuatan untuk AISI 4140 Keluli aloi
Menghasilkan AISI 4140 Memerlukan kawalan yang tepat ke atas kandungan aloi dan rawatan haba untuk membuka kunci potensi penuhnya. Inilah proses langkah demi langkah:
- Pembuatan keluli:
- Aisi 4140 is made using an Relau arka elektrik (EAF) (Kitar semula keluli sekerap) atau Relau oksigen asas (Bof). Chromium dan Molibdenum ditambah semasa lebur untuk mencapai julat 0.80-1.10% dan 0.15-0.25%, masing -masing.
- Bergulir & Menunaikan:
- The steel is Hot Rolled (1,100 - 1,200 ° C.) ke bar, plat, atau tiub -ha rolling menyempurnakan bijirin dan meningkatkan kebolehbaburan. Untuk bahagian yang kompleks (Mis., gear), Ia Panas palsu into blanks to shape the component before machining.
- Rawatan haba (Kritikal untuk prestasi):
- Penyepuhlindapan: Dipanaskan hingga 815-845 ° C, diadakan selama 2-4 jam, Kemudian lambat disejukkan 650 ° C.. Melembutkan keluli (19-22 HRC) untuk pemesinan mudah.
- Pelindapkejutan: Dipanaskan hingga 845-870 ° C (austenitizing), diadakan selama 1-2 jam, kemudian disejukkan dengan cepat dalam minyak atau air. Mengeras keluli hingga 55-60 hrc tetapi meningkatkan kelembutan.
- Pembiakan: Dipanaskan hingga 200-650 ° C (Berdasarkan kekerasan yang diingini), diadakan selama 1-3 jam, kemudian disejukkan udara. Mengurangkan kelembutan dan mengimbangi kekuatan/ketangguhan (Mis., 300 ° C untuk kekuatan tinggi, 600 ° C untuk kemuluran yang lebih baik).
- Pemesinan:
- Dalam keadaan annealed, Aisi 4140 dimesin menggunakan perubahan, penggilingan, atau pengisaran-minuman seperti keluli berkelajuan tinggi (HSS) atau pemotong karbida berfungsi dengan baik. Untuk toleransi yang ketat (Mis., Bearing Races), menyelesaikan pengisaran memastikan ketepatan.
- Rawatan permukaan:
- Penyaduran: Penyaduran zink (untuk rintangan karat) atau penyaduran krom (untuk rintangan haus)- Biasa untuk bahagian automotif dan perindustrian.
- Salutan: Epoksi atau salutan serbuk (untuk rintangan kimia)- Digunakan dalam silinder hidraulik atau komponen luaran.
- Tambahan rawatan haba: Karburisasi (mengeras permukaan untuk gear) atau nitriding (Meningkatkan rintangan haus tanpa herotan)-Ia untuk bahagian yang dipakai tinggi.
- Kawalan kualiti:
- Analisis kimia: Spektrometri mengesahkan kandungan aloi (Per ASTM A29/A29M).
- Ujian mekanikal: Tegangan, kesan, dan ujian kekerasan mengesahkan kekuatan dan ketangguhan.
- Ndt: Pemeriksaan ujian ultrasonik untuk kecacatan dalaman; Pemeriksaan zarah magnetik mendapati keretakan permukaan.
- Pemeriksaan dimensi: Calipers, mikrometer, atau cmm (Menyelaras mesin pengukur) Pastikan bahagian memenuhi toleransi reka bentuk.
4. Kajian kes: Aisi 4140 dalam tindakan
Projek dunia nyata menunjukkan kebolehpercayaan AISI 4140 dalam menuntut aplikasi.
Kajian kes 1: Pencegahan kegagalan aci perindustrian (A.SSY)
Loji pembuatan di Ohio menggantikan batang pam (diperbuat daripada keluli karbon biasa) setiap 6 bulan akibat kegagalan keletihan. Mereka beralih ke Aisi 4140 aci, Haba yang dirawat 300 ° C. (50 HRC) untuk tinggihad keletihan (750 MPA). Aci baru berlangsung 3 tahun yang mengurangkan kos penyelenggaraan oleh $40,000 setiap tahun. Molibdenum di aisi 4140 mencegah pertumbuhan retak dari getaran pam tetap.
Kajian kes 2: Ketahanan kotak gear automotif (Jerman)
Pengeluar kereta memerlukan gear penghantaran yang boleh mengendalikan tork tinggi (350 N · m) tanpa haus. Mereka memilih Aisi 4140 Kekosan gear, karburen untuk mengeras permukaan (60 HRC) dan marah kepada 300 ° C untuk ketangguhan teras. Selepas 100,000 km ujian, the gears showed only 0.1 mm haus -melucutkan kadar gear yang dibuat dari AISI 1045 keluli karbon. Ini meningkatkan jangka hayat kotak gear oleh 50%.
5. Aisi 4140 vs. Bahan lain
Bagaimana AISI 4140 Bandingkan dengan bahan popular yang lain untuk komponen mekanikal?
| Bahan | Persamaan dengan AISI 4140 | Perbezaan utama | Terbaik untuk |
|---|---|---|---|
| Aisi 4130 | Keluli aloi cr-mo | Karbon yang lebih rendah (0.28-0.33%); Kekuatan yang lebih rendah; kebolehkalasan yang lebih baik; 15% lebih murah | Bahagian yang dikimpal (Mis., bingkai pesawat) |
| Aisi 1045 | Keluli karbon | Tiada aloi; Kekuatan yang lebih rendah (600 MPA tegangan); 30% lebih murah | Bahagian beban rendah (Mis., Bolt bukan kritikal) |
| 304 Keluli tahan karat | Tahan kakisan | Rintangan karat yang sangat baik; Kekuatan yang lebih rendah (515 MPA tegangan); 2× Lebih mahal | Pemprosesan makanan atau komponen laut |
| Aloi titanium (Ti-6al-4v) | Kekuatan yang tinggi | Lebih ringan (4.5 g/cm³); kekuatan yang lebih tinggi; 8× Lebih mahal | Aeroangkasa atau implan perubatan |
| Komposit (Serat karbon) | Kekuatan yang tinggi | Lebih ringan; Tiada kakisan; Kekuatan kesan yang lebih rendah; 5× Lebih mahal | Automotif berprestasi tinggi (Mis., bahagian kereta perlumbaan) |
Perspektif Teknologi Yigu di Aisi 4140 Keluli aloi
Di Yigu Technology, Aisi 4140 Adakah cadangan utama kami untuk komponen mekanikal tekanan tinggi. Komposisi cr-mo mengimbangi kekuatan, ketangguhan, dan dapat menstroventasikan "kekuatan vs. kebolehkerjaan ”titik kesakitan untuk pelanggan dalam automotif, perindustrian, dan sektor pembinaan. Kami membekalkan AISI 4140 dalam annealed, dipadamkan & marah, atau keadaan yang dirawat haba tersuai, dengan pilihan untuk penyaduran atau salutan. Untuk pelanggan menaik taraf dari keluli karbon biasa, Aisi 4140 Menyampaikan prestasi kos efektif yang berkesan-memanjangkan jangka hayat komponen dengan 2-5x tanpa premium titanium atau komposit.
Soalan Lazim mengenai Aisi 4140 Keluli aloi
- Boleh Aisi 4140 digunakan untuk aplikasi suhu tinggi (di atas 300 ° C.)?
Ya -kandungan molibdenum mengekalkan kekuatan sehingga 450 ° C.. Untuk suhu di atas 450 ° C. (Mis., bahagian ekzos enjin), Pilih Aisi 4340 (molibdenum yang lebih tinggi) atau keluli aloi dengan lebih banyak rintangan haba. - Adalah Aisi 4140 Sesuai untuk komponen beban kimpalan?
Ya -dengan preheating yang betul (200-300 ° C.) dan pembasmian pasca kimpalan (600 ° C.). Ini mengurangkan tekanan sisa dan menghalang retak. Gunakan elektrod hidrogen rendah (Mis., E8018-B2) Untuk hasil terbaik. - Apa perbezaan antara Aisi 4140 dan AISI 4140H?
AISI 4140H adalah gred "yang boleh dikuatkan" dengan kawalan karbon yang lebih ketat (0.38-0.43% vs.. 0.38-0.43% untuk standard 4140) dan kekerasan yang lebih tinggi. Ia sesuai untuk bahagian besar (Mis., aci tebal) di mana rawatan haba seragam adalah kritikal -standard 4140 mungkin tidak mengeras secara merata di bahagian -bahagian 50 mm tebal.
