Если вы проектируете детали, которые сталкиваются с постоянным трением, высокий стресс, или тяжелый износ - как промышленные шестерни, Гонки, или автомобильные распределительные валы - вам нужен материал, который сочетает в себе экстремальныетвердость, предел прочности, и износить стойкость.Айси 4150 Сплава Сталь это решение: как высокоуглеродистый хром-молибден (Cr-mo) сплав, он обеспечивает более высокую твердость и износостойкость, чем низкоуглеродичные оценки, такие как AISI 4140, сохраняя достаточностойкость Для приложений с нагрузкой. Это руководство разрушает свои свойства, Реальное мир использует, Процесс производства, и сравнения материалов, которые помогут вам решить проблемы с высоким содержанием..
1. Свойства материала AISI 4150 Сплава Сталь
Производительность AISI 4150 зависит от его высокого уровня углерода (0.48–0,53%) и сбалансированная композиция CR-MO: Углерод обеспечивает максимальную твердость после термообработки, Укрепление хромакоррозионная стойкость и укрепление, и молибдена предотвращает хрупкость, усиливаяУтолочный предел. Давайте подробно рассмотрим его ключевые свойства.
1.1 Химический состав
Айси 4150 Следует за стандартами ASTM A29/A29M, со строгим контролем над элементами, чтобы расставить приоритеты в твердости и износостойкости. Ниже его типичная композиция:
| Элемент | Символ | Контент диапазон (%) | Ключевая роль |
|---|---|---|---|
| Углерод (В) | В | 0.48 – 0.53 | Обеспечивает высокую твердость (до 60 СПЧ) После угашения; приводит к износу |
| Хром (Герметичный) | Герметичный | 0.80 – 1.10 | Улучшаеткоррозионная стойкость и укрепление; обеспечивает равномерную твердость в толстых участках |
| Молибден (МО) | МО | 0.15 – 0.25 | Снижает хрупкость при высокой твердости; ПовышениеУтолочный предел для циклического износа |
| Марганец (Мнжен) | Мнжен | 0.75 – 1.00 | Уточняет структуру зерна; повышаетпредел прочности не жертвуя пластичностью |
| Кремний (И) | И | 0.15 – 0.35 | СПИД Джакисление; поддерживает стабильность во время высокотемпературной термообработки |
| Фосфор (П) | П | ≤ 0.035 | Сведено к минимуму, чтобы избежать хрупкого перелома в условиях высокой жесткости |
| Сера (С) | С | ≤ 0.040 | Контролируется с балансоммеханизм и износить стойкость (Нижние S = более плавные поверхности износа) |
| Никель (В) | В | ≤ 0.25 | Следный элемент; слегка улучшает низкотемпературувоздействие на выносливость |
| Ванадий (V.) | V. | ≤ 0.03 | Следный элемент; уточняет зерно, чтобы предотвратить твердость неравномерности |
| Медь (Кузок) | Кузок | ≤ 0.30 | Следный элемент; добавляет легкую атмосферную коррозионную стойкость для открытых деталей |
1.2 Физические свойства
Эти черты делают AISI 4150 Подходит для высокой одежды, Среда с высоким нагреванием-от промышленных коробок передач до автомобильных двигателей:
- Плотность: 7.85 G/CM³ (то же самое, что и стандартные стали)—Симплифицирует расчеты веса для частей с тяжелой одеждой, таких как бланки передачи
- Точка плавления: 1,415 – 1,445 ° C. (2,580 – 2,630 ° F.)- Дополняется с процессами ковки и гашения
- Теплопроводность: 41.5 ж/(м · к) в 20 ° C.; 37.5 ж/(м · к) в 300 ° C - Exures даже распределение тепла во время гашения (избегает горячих точек)
- Коэффициент термического расширения: 11.6 × 10⁻⁶/° C. (20 – 100 ° C.)—МИМИМИМИВАНИЕ ИСПРАВЛЕНИЯ при тепло, точные части (НАПРИМЕР., Гонки)
- Магнитные свойства: Ферромагнитный-безразличные испытания (Непрерывный) как проверка магнитных частиц, чтобы обнаружить поверхностные трещины от износа.
1.3 Механические свойства
Механические характеристики AISI 4150 оптимизированы для твердости и износостойкости, с термической обработкой, адаптированной для окончания использования. Ниже приведены типичные значения:
| Свойство | Метод измерения | Отожжен (Мягкое состояние) | Утомил & Закален (200 ° C.) | Утомил & Закален (500 ° C.) |
|---|---|---|---|---|
| Твердость (Роквелл) | СПЧ | 22 – 25 СПЧ | 58 – 60 СПЧ | 35 – 38 СПЧ |
| Твердость (Виккерс) | Hv. | 210 – 240 Hv. | 560 – 590 Hv. | 340 – 370 Hv. |
| Предел прочности | МПА (KSI) | 750 МПА (109 KSI) | 1,950 МПА (283 KSI) | 1,150 МПА (167 KSI) |
| Урожайность | МПА (KSI) | 480 МПА (70 KSI) | 1,750 МПА (254 KSI) | 950 МПА (138 KSI) |
| Удлинение | % (в 50 мм) | 20 – 24% | 5 – 7% | 14 – 16% |
| Воздействие на выносливость | Дж (в 20 ° C.) | ≥ 65 Дж | ≥ 25 Дж | ≥ 50 Дж |
| Утолочный предел | МПА (вращающийся луч) | 380 МПА | 850 МПА | 550 МПА |
1.4 Другие свойства
Черты AISI 4150 решают задачи дизайна с высокой ногой:
- Сварка: Умеренный - преодолевает предварительное нагревание до 300–350 ° C (выше, чем айси 4140) и термообработка после пост-протекания (Путь) Чтобы избежать трещин; Лучше всего для не врученных деталей, когда это возможно.
- Формируемость: Ограниченная - наиболее подделана (не изгиб) в отожженном состоянии; сложные формы (НАПРИМЕР., зубчатые зубы) создаются путем горячей ковки перед термообработкой.
- Механизм: Справедливо в отожженном состоянии (22–25 HRC); тепло, обработанные деталями (58–60 HRC) Требовать специализированных инструментов (НАПРИМЕР., Кубический нитрид бора, КБН) Для обработки.
- Коррозионная стойкость: Умеренный-резиновые мягкие ржавчины и жидкости на масляной основе; Для влажных или химических средств, Добавить хромирование или нитридное покрытие.
- Износостойкость: Отлично - высокая твердость (58–60 HRC) и содержание хрома уменьшают износ металла до металла, продление срока службы на 2–3 раза против. Айси 4140.
2. Приложения AISI 4150 Сплава Сталь
AISI 4150 -й сосредоточенность на твердости и износостойкости делает его идеальным для деталей, которые терпят постоянное трение или воздействие. Вот его ключевое использование:
- Передачи & Компоненты передачи: Промышленные шестерни, Автомобильная трансмиссионная шестерня, и дифференциальные шестерни - высокая твердость уникает в износ зубов от тяжелых нагрузок.
- Подшипники & Гонки: Гонки с мячом, чашки ролика, и рукава с игольчатым подшипником, твердые поверхности минимизируют трение и продлевают срок службы подшипника.
- Автомобильные детали: Распределительные валы, Клапанские лифтеры, и поршневые булавки - приведите нагрев двигателя и повторный контакт с другими компонентами.
- Механические компоненты: С высоким исходным валом (НАПРИМЕР., Конвейерные валы), насосные роторы, и держатели инструментов - с помощью истирания из пыли, грязь, или металлические частицы.
- Промышленная техника: Сталелитейные заводы, Экструзия умирает, и инструменты штамповки - резистное износ от формирования металла или пластика.
- Аэрокосмические компоненты: Связанные шестерни и аксессуары двигателя и аксессуары двигателя (некритические системы)—Бальки износостойкость и прочность для использования самолетов.
3. Методы производства для AISI 4150 Сплава Сталь
Производство AISI 4150 Требуется точность термообработки, чтобы максимизировать твердость без хрустящей. Вот пошаговый процесс:
- Сталь:
- Айси 4150 is made using an Электрическая дуговая печь (Eaf) (Утилизация лома стали) или Основная кислородная печь (Боф). Углерод (0.48–0,53%), хром (0.80–1,10%), и молибден (0.15–0,25%) добавляются во время плавления, чтобы обеспечить равномерное распределение сплава.
- Ковкость & Прокатывание:
- Большинство айси 4150 parts start as Горячая подделка blanks (1,150 – 1,250 ° C.)- Совместное выравнивает структуру зерна, повышение устойчивости к износу. После ковки, blanks are Горячий катился to rough shapes (батончики, тарелки) Или оставлено, как и для деталей вблизи сети (НАПРИМЕР., распределительные валы).
- Термическая обработка (Критическое для твердости):
- Отжиг: Нагревается до 815–845 ° C, Провел 3–4 часа, медленно охлаждается 650 ° C.. Смягчает сталь (22–25 HRC) Для обработки и ковки.
- Гашение: Нагревается до 830–860 ° C (Austenitizing), Провел 1–2 часа (дольше для толстых деталей), охлаждено в масле (риски для охлаждения водяного охлаждения). Затвердевает до 60–62 HRC.
- Отпуск: Разогреть до 200–500 ° C (на основе потребностей):
- 200 ° C.: Максимальная твердость (58–60 HRC) Для частей с высоким содержанием (НАПРИМЕР., Гонки).
- 500 ° C.: Сбалансированная жесткость (35–38 HRC) Для склонных к воздействию деталей (НАПРИМЕР., передачи).
- Обработка:
- Отожжен айси 4150 обрабатывается с помощью карбидных инструментов для поворота, фрезерование, или бурение. Тепло, обработанные деталями (58–60 HRC) требуют инструментов CBN или шлифования для точности. Для зубьев передачи, Варбинг делается в отожженном состоянии, с последующей термической обработкой и заканчиванием шлифования.
- Поверхностная обработка:
- Покрытие: Хромирование (износостойкость) для валов; Никелевое покрытие (коррозионная стойкость) Для автомобильных деталей.
- Нитринг: Нагревает до 500–550 ° C в газе аммиака - создает 0,1–0,3 мм твердый поверхностный слой (65–70 HRC) без искажений, Идеально подходит для передач и подшипников.
- Карбинизирует: Необязательно-добывает до 900–950 ° C в богатом углероде газа, чтобы укрепить только поверхность (Ядро остается жестким), Используется для таких деталей, как зубы передачи.
- Контроль качества:
- Химический анализ: Масс -спектрометрия проверяет углерод, хром, и уровни молибдена (за ASTM A29/A29M).
- Механическое тестирование: Тест на твердость (HRC/HV) и испытания на растяжение подтверждают силу; износ тесты (НАПРИМЕР., пин-на-диск) измерять сопротивление трению.
- Непрерывный: Ультразвуковые проверки проверки на внутренние дефекты; Оптическая микроскопия обеспечивает однородную зерновую структуру (Нет больших зерен, которые вызывают ношение горячих точек).
4. Тематические исследования: Айси 4150 в действии
Реальные проекты показывают, как AISI 4150 решает проблемы с высокой ногой.
Тематическое исследование 1: Промышленные шестерни (НАС.)
Производственная установка должна была заменить AISI 4140 коробка передач каждый 18 месяцы из -за износа зуба. Они перешли на AISI 4150 передачи, тепло 200 ° C. (58 СПЧ) и нитрий для дополнительной износостойкости. Новые передачи длились 48 месяцы - сокращение расходов на техническое обслуживание $60,000 ежегодно. Высокое содержание углерода в AISI 4150 предотвратил зубную ямку, общий режим отказа в 4140 передачи.
Тематическое исследование 2: Автомобильные распределительные валы (Япония)
Автопроизводители нуждались в распределительных валах, которые могли противостоять 200,000 км работы двигателя без износа доли. Они использовали AISI 4150 распределительные валы, поддельный, тепло 300 ° C. (55 СПЧ), и нитрий. Тестирование показало только 0.02 Мм износа доли после 200,000 км - обдумывание износа айси 4140 распределительные валы. Это повышенная надежность двигателя и сокращение гарантийных требований 35%.
5. Айси 4150 против. Другие материалы
Как Айси 4150 Сравните с низкопластными сталями и износостойкими альтернативами?
| Материал | Сходство с AISI 4150 | Ключевые различия | Лучше всего для |
|---|---|---|---|
| Айси 4140 | CR-MO Сплава Сталь | Нижний углерод (0.38–0,43%); Нижняя твердость (максимум 53 СПЧ); Лучшая сварка; 20% дешевле | Детали средней одежды (НАПРИМЕР., насосные валы) |
| Айси 4130 | Низкопластная сталь | Нижний углерод (0.28–0,33%); слабее (1,450 MPA MAX TRENTILE); Лучшая сварка; 35% дешевле | Сваренный, Детали с низким содержанием |
| Айси 4340 | Ni-cr-mo сплав Сталь | Высший никель (1.65–2,00%); Лучшая прочность; Нижняя максимальная твердость (55 СПЧ); 30% приход | Высокая нагрузка, Детали средней одежды (НАПРИМЕР., шасси) |
| 52100 Несущая сталь | Высокоуглеродистая сталь | Более высокий хром (1.30–1,60%); Лучше износостойкость; Нижняя прочность; 15% приход | Точные подшипники (НАПРИМЕР., шариковые подшипники) |
| Нержавеющая сталь 440c | Коррозионная устойчивость | Отличное сопротивление ржавчине; Подобная твердость (58–60 HRC); 4× Помощь | Влажные или химические детали с высокой ношкой |
Перспектива Yigu Technology на AISI 4150 Сплава Сталь
В Yigu Technology, Айси 4150 Наш главный выбор для высокой ночи, Компоненты с нагрузкой. Его композиция с высоким содержанием углерода CR-MO решает самую большую болезнь для клиентов: Получение деталей, которые сопротивляются износу без лома, Автомобильные двигатели, и машины. Мы поставляем AISI 4150 в подваленных пробелах, батончики, или тарелки, с индивидуальной термообработкой (200–500 ° C.) и варианты поверхности (нитринг, хромирование). Для клиентов обновляется с AISI 4140, Айси 4150 доставляет 2–3 раза более длительный срок службы в небольшой стоимости премии-заработав деньги на техническое обслуживание и замену в долгосрочной перспективе.
FAQ об AISI 4150 Сплава Сталь
- Может айси 4150 Использоваться для деталей, которые нуждаются как с высокой устойчивостью к износу, так и на вязкости воздействия?
Да, дайте это до 400–500 ° C (38–42 HRC). Это уравновешивает твердость (Достаточно для износостойкости) и выносливость (для поглощения удара). Например, передачи смягчены 450 ° C обрабатывать как износ зубов, так и случайные ударные нагрузки. - Это айси 4150 труднее в машине, чем aisi 4140?
Да, особенно при обработке тепло. Отожжен айси 4150 (22–25 HRC) машины аналогично отожженному 4140, Но тепло, обработанный айси 4150 (58–60 HRC) Требуются инструменты CBN или шлифование, пока 4140 (50–53 HRC) может использовать карбидные инструменты с покрытием. - Какова максимальная толщина для AISI 4150 части?
Айси 4150 хорошо работает для частей до 100 ММ толщиной - содержание хрома обеспечивает равномерное упрочнение между секциями. Для более толстых частей (＞ 100 мм), продлить время удержания (2–3 часа) и использовать масляный охлаждение, чтобы избежать смягчения ядра.