Kako mogu usporediti čelik 4140 i 4150?

Superman je možda "čovjek od čelika", ali pronicljivi znanstvenik mogao bi se zapitati: koji tip?

Iako je čelik jedan od najjačih i najvažnijih materijala na Zemlji, s uobičajenom uporabom kućanski predmeti poput spajalica za nosače u neboderima i automobilskim školjkama, nije sav čelik jednak. Dvije najčešće legure čelika, 4140 i 4150 čelika, razlikuju se po čvrstoći kao i uvjetima pod kojima su korisni.

Čelik je legura ili smjesa više od jednog elementa. To je prvenstveno željezo, s oko 1 posto ugljika, a ponekad i malim količinama drugih materijala.

Čelik 4140 i 4150 dvije su izuzetno čvrste i tvrde legure čelika. Uz ugljik, svaki sadrži 0,80 do 1,10 posto kroma i 0,15 do 0,25 posto molibdena.

Društvo automobilskih inženjera, ili SAE, i Američki institut za željezo i čelik, ili AISI, koriste a četveroznamenkasti sustav za označavanje kemijskog sastava čelika. Za legure čelika, prve dvije znamenke označavaju glavne prisutne elemente legiranja, a posljednje dvije znamenke daju sadržaj ugljika u stotinkama postotka. To znači da čelici 4140 i 4150 imaju iste legirne elemente, krom i molibden, ali čelik 4150 ima više ugljika.

U pogledu njihovih svojstava, razlike između čelika 4140 i 4150 uključuju:

• Vlačna čvrstoća, koji opisuje maksimalno naprezanje od vučenja koje materijal može podnijeti prije nego što se počne lomiti. Materijal 4150 ima veću vlačnu čvrstoću od materijala 4140.
• Duktilnost i obradivost, koji se odnose na lakoću upotrebe čelika. Iako se i 4140 i 4150 čelik mogu lako zavariti, materijal 4140 poznatiji je po svojoj duktilnosti ili sposobnosti savijanja i činjenici da se može koristiti u hladnim radnim uvjetima. 4150 materijal, s druge strane, mora biti termički obrađen prije upotrebe.

Druga uobičajena legura željeza koja se nalazi u alatima poznata je kao D2. To je 86 posto isto kao i čelik 4140, ali posebno sadrži veći postotak ugljika i kroma. D2 čelik može imati najveću duktilnost među čeličnim alatima.

Proizvođači mogu postaviti svojstva materijala različitih čelika, uključujući čelike D2, 1440 i 1450, postupkom poznatim kao toplinska obrada. Pažljivom kontrolom primjene topline na čelik od legure ugljika mijenja se molekularni raspored unutar čelika, što dovodi do različitih svojstava.

Na primjer, legure čelika koje su žarena dovede se na visoku temperaturu u peć, a zatim pusti da se polako ohladi. Ova opcija rezultira čelikom s više plastičnosti i manje krhkosti, što znači da se neće odvojiti od unutarnjih naprezanja tako lako kao druga opcija.

U međuvremenu kaljenje je toplinska obrada koja se događa na nižim temperaturama i povećava žilavost i plastičnost materijala, iako također donekle smanjuje njegovu čvrstoću. Što se dobije više duktilnosti, to se više snage gubi, ali obično ne toliko da se promijeni slučaj upotrebe čelika. Ostali materijali, uključujući aluminij, kaljeni su na isti način.

Uz ugljik, krom i molibden, nekoliko drugih elemenata obično se koristi za stvaranje čeličnih legura sa specifičnim svojstvima. Tu spadaju kobalt, mangan, volfram i vanadij.

Uz čelik 1440 i 1450, najčešće legure su 4340 (nikal-krom-molibden čelik), 6150 (krom-vanadij-čelik) i 8620 (HSLA-čelik).

HSLA znači "niskolegirane visoke čvrstoće,"što znači da je čelik dizajniran da zadovolji određene mehanički zahtjevima, a ne kemijska kompozicije. Prema tome, danoj vrsti slitine čelika HSLA u stvari mogu biti dodane različite količine elemenata. Prema silaznom redoslijedu postotaka, 8620 čelik sastoji se od: željeza, ugljika, silicija, molibdena, mangana, nikla, kroma, sumpora i fosfora.