Hvordan sammenligner jeg 4140 og 4150 stål?

Superman er måske "stålmand", men en kræsne videnskabsmand kan spørge: hvilken type?

Mens stål er et af de stærkeste og vigtigste materialer på jorden, med anvendelser fra almindelige husholdningsartikler som papirclips til bjælkerne i skyskrabere og bilskaller, ikke alt stål er lige. To af de mest almindelige stållegeringer, 4140 og 4150 stål, er forskellige i styrke såvel som under hvilke betingelser de kan anvendes.

Stål er en legering eller en blanding af mere end et element. Det er primært jern med ca. 1 procent kulstof og undertiden små mængder andre materialer.

4140 og 4150 stål er to ekstra stærke og hårde legeringer af stål. Ud over kulstof indeholder de hver 0,80 til 1,10 procent chrom og 0,15 til 0,25 procent molybdæn.

Society of Automotive Engineers, eller SAE, og American Iron and Steel Institute, eller AISI, bruger en firecifret system at betegne den kemiske sammensætning af stål. For stållegeringer angiver de to første cifre de vigtigste tilstedeværende legeringselementer, og de sidste to cifre giver kulstofindholdet i hundrededele af en procent. Det betyder, at 4140 og 4150 stål har de samme legeringselementer, krom og molybdæn, men 4150 stål har mere kulstof.

Med hensyn til deres egenskaber inkluderer forskellene mellem 4140 og 4150 stål:

• Trækstyrke, som beskriver den maksimale belastning fra træk, som et materiale kan modstå, før det begynder at bryde. Et 4150-materiale har højere trækstyrke end et 4140-materiale.
• Duktilitet og brugbarhed, som henviser til, hvor let stål er at bruge. Mens både 4140 og 4150 stål let kan svejses, er 4140-materiale mere kendt for sin duktilitet eller evne til at bøje sig og det faktum, at det kan bruges under kolde arbejdsforhold. 4150-materiale skal derimod varmebehandles inden brug.

En anden almindelig jernlegering, der findes i værktøjer, er kendt som D2. Det er 86 procent det samme som 4140 stål, men indeholder især en højere procentdel af kulstof og krom. D2-stål kan have den højeste duktilitet blandt stålværktøjer.

Producenter kan indstille materialegenskaberne for forskellige stål, herunder D2, 1440 og 1450 stål, ved en proces kendt som varmebehandling. At kontrollere omhyggeligt, hvordan varme påføres et kulstoflegeret stål, ændrer det molekylære arrangement inde i stålet, hvilket fører til dets forskellige egenskaber.

For eksempel stållegeringer, der er udglødet bringes til en høj temperatur i en ovn og får derefter lov til at afkøle langsomt. Denne mulighed resulterer i stål med mere duktilitet og mindre sprødhed, hvilket betyder, at det ikke bryder fra interne belastninger så let som en anden mulighed.

I mellemtiden hærdning er en varmebehandling, der forekommer ved lavere temperaturer og øger et materiales sejhed og duktilitet, selvom det også reducerer dets styrke noget. Jo mere duktilitet der opnås, jo mere styrke går tabt, men normalt ikke så meget for at ændre brugstilfældet for stålet. Andre materialer, herunder aluminium, er hærdet på samme måde.

Ud over kulstof, krom og molybdæn bruges flere andre grundstoffer ofte til at danne stållegeringer med specifikke egenskaber. Disse inkluderer kobolt, mangan, wolfram og vanadium.

Udover 1440 og 1450 stål er de mest almindelige legeringer 4340 (nikkel-chrom-molybdænstål), 6150 (chrom-vanadiumstål) og 8620 (HSLA-stål).

HSLA står for "høj styrke lavlegering,"hvilket betyder, at stålet er designet til at opfylde specifikke mekanisk krav snarere end kemisk kompositioner. Derfor kan en given type HSLA-stållegering faktisk have forskellige mængder af elementer tilføjet. I faldende rækkefølge af procentdele er 8620 stål sammensat af: jern, kulstof, silicium, molybdæn, mangan, nikkel, krom, svovl og fosfor.