Superman mag der "Mann aus Stahl" sein, aber ein anspruchsvoller Wissenschaftler könnte fragen: Welcher Typ?
Während Stahl eines der stärksten und wichtigsten Materialien auf der Erde ist, mit Verwendungen von üblichen Haushaltsgegenstände wie Büroklammern an den Trägern in Wolkenkratzern und Autorohbauten, nicht alles Stahl ist gleich. Zwei der häufigsten Stahllegierungen, 4140 und 4150 Stahl, unterscheiden sich sowohl in der Festigkeit als auch in den Einsatzbedingungen.
Was sind 4140 und 4150 Stahl?
Stahl ist eine Legierung oder eine Mischung aus mehr als einem Element. Es ist hauptsächlich Eisen mit etwa 1 Prozent Kohlenstoff und manchmal kleinen Mengen anderer Materialien.
4140 und 4150 Stahl sind zwei extra starke und harte Stahllegierungen. Sie enthalten neben Kohlenstoff jeweils 0,80 bis 1,10 Prozent Chrom und 0,15 bis 0,25 Prozent Molybdän.
4140 im Vergleich zu 4150 Stahl
Die Society of Automotive Engineers (SAE) und das American Iron and Steel Institute (AISI) verwenden a vierstelliges System
In Bezug auf ihre Eigenschaften umfassen die Unterschiede zwischen 4140 und 4150 Stahl:
- Zugfestigkeit, die die maximale Zugspannung beschreibt, der ein Material standhalten kann, bevor es zu brechen beginnt. Ein 4150-Material hat eine höhere Zugfestigkeit als ein 4140-Material.
- Duktilität und Verarbeitbarkeit, die sich darauf beziehen, wie leicht die Stähle zu verwenden sind. Während sowohl der Stahl 4140 als auch der Stahl 4150 leicht geschweißt werden können, ist der Werkstoff 4140 eher für seine Duktilität oder Biegefähigkeit und die Tatsache bekannt, dass er unter Kaltarbeitsbedingungen verwendet werden kann. 4150-Material hingegen muss vor der Verwendung wärmebehandelt werden.
D2 im Vergleich zu 4140 Stahl
Eine weitere in Werkzeugen übliche Eisenlegierung ist als D2 bekannt. Es ist zu 86 Prozent das gleiche wie 4140 Stahl, enthält jedoch einen deutlich höheren Anteil an Kohlenstoff und Chrom. D2-Stahl kann unter Stahlwerkzeugen die höchste Duktilität aufweisen.
Wärmebehandlung von Stahllegierungen
Hersteller können die Materialeigenschaften verschiedener Stähle, einschließlich der Stähle D2, 1440 und 1450, nach einem Verfahren einstellen, das als bekannt ist Wärmebehandlung. Eine sorgfältige Kontrolle der Wärmezufuhr zu einem Kohlenstoffstahl ändert die molekulare Anordnung im Stahl, was zu seinen unterschiedlichen Eigenschaften führt.
Zum Beispiel Stahllegierungen, die geglüht werden in einem Ofen auf eine hohe Temperatur gebracht und dann langsam abkühlen gelassen. Diese Option führt zu Stahl mit mehr Duktilität und weniger Sprödigkeit, was bedeutet, dass er nicht so leicht durch innere Spannungen bricht wie eine andere Option.
inzwischen Temperieren ist eine Wärmebehandlung, die bei niedrigeren Temperaturen stattfindet und die Zähigkeit und Duktilität eines Materials erhöht, aber auch seine Festigkeit etwas verringert. Je mehr Duktilität gewonnen wird, desto mehr Festigkeit geht verloren, aber normalerweise nicht so sehr, um den Anwendungsfall des Stahls zu ändern. Andere Materialien, einschließlich Aluminium, werden auf die gleiche Weise gehärtet.
Andere Stahllegierungen
Neben Kohlenstoff, Chrom und Molybdän werden üblicherweise mehrere andere Elemente verwendet, um Stahllegierungen mit spezifischen Eigenschaften zu bilden. Dazu gehören Kobalt, Mangan, Wolfram und Vanadium.
Die gängigsten Legierungen sind neben 1440 und 1450 Stahl 4340 (Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl), 6150 (Chrom-Vanadium-Stahl) und 8620 (HSLA-Stahl).
HSLA steht für „hochfeste niedriglegierte," was bedeutet, dass der Stahl speziell entwickelt wurde mechanisch Anforderungen statt chemisch Kompositionen. Daher können einem bestimmten Typ von HSLA-Stahllegierung tatsächlich unterschiedliche Mengen an hinzugefügten Elementen hinzugefügt werden. In absteigender Reihenfolge der Prozentsätze besteht 8620 Stahl aus: Eisen, Kohlenstoff, Silizium, Molybdän, Mangan, Nickel, Chrom, Schwefel und Phosphor.