Superman is misschien de 'man van staal', maar een veeleisende wetenschapper zou zich kunnen afvragen: welk type?
Terwijl staal een van de sterkste en belangrijkste materialen op aarde is, met toepassingen van veelvoorkomende huishoudelijke artikelen zoals paperclips aan de liggers in wolkenkrabbers en autogranaten, niet al het staal is Gelijk. Twee van de meest voorkomende staallegeringen, 4140 en 4150 staal, verschillen zowel in sterkte als in de omstandigheden waaronder ze bruikbaar zijn.
Wat zijn 4140 en 4150 staal?
Staal is een legering, of een mengsel van meer dan één element. Het is voornamelijk ijzer, met ongeveer 1 procent koolstof en soms kleine hoeveelheden andere materialen.
4140 en 4150 staal zijn twee extra sterke en harde legeringen van staal. Naast koolstof bevatten ze elk 0,80 tot 1,10 procent chroom en 0,15 tot 0,25 procent molybdeen.
4140 versus 4150 staal
De Society of Automotive Engineers, of SAE, en het American Iron and Steel Institute, of AISI, gebruiken een viercijferig systeem
In termen van hun eigenschappen omvatten de verschillen tussen 4140 en 4150 staal:
- Treksterkte:, die de maximale trekkracht beschrijft die een materiaal kan weerstaan voordat het begint te breken. Een 4150-materiaal heeft een hogere treksterkte dan een 4140-materiaal.
- Ductiliteit en verwerkbaarheid, die verwijzen naar hoe gemakkelijk de staalsoorten te gebruiken zijn. Terwijl zowel 4140 als 4150 staal gemakkelijk kan worden gelast, staat 4140-materiaal meer bekend om zijn taaiheid, of het vermogen om te buigen en het feit dat het kan worden gebruikt in koude werkomstandigheden. 4150-materiaal daarentegen moet vóór gebruik met warmte worden behandeld.
D2 versus 4140 staal
Een andere veel voorkomende ijzerlegering die in gereedschappen wordt gevonden, staat bekend als D2. Het is voor 86 procent hetzelfde als staal 4140, maar bevat met name een hoger percentage koolstof en chroom. D2-staal kan de hoogste ductiliteit hebben onder stalen gereedschappen.
Warmtebehandeling van staallegeringen
Fabrikanten kunnen de materiaaleigenschappen van verschillende staalsoorten instellen, waaronder D2, 1440 en 1450 staalsoorten, door een proces dat bekend staat als hittebehandeling. Door zorgvuldig te controleren hoe warmte wordt toegepast op een koolstofgelegeerd staal, verandert de moleculaire rangschikking in het staal, wat leidt tot verschillende eigenschappen.
Bijvoorbeeld staallegeringen die: gegloeid worden in een oven op hoge temperatuur gebracht en vervolgens langzaam afgekoeld. Deze optie resulteert in staal met meer taaiheid en minder brosheid, wat betekent dat het niet zo gemakkelijk zal breken door interne spanningen als een andere optie.
Ondertussen temperen is een warmtebehandeling die plaatsvindt bij lagere temperaturen en de taaiheid en taaiheid van een materiaal verhoogt, hoewel het ook de sterkte enigszins vermindert. Hoe meer ductiliteit wordt verkregen, hoe meer sterkte verloren gaat, maar meestal niet zozeer om het gebruik van het staal te veranderen. Andere materialen, waaronder aluminium, worden op dezelfde manier getemperd.
Andere staallegeringen
Naast koolstof, chroom en molybdeen worden verschillende andere elementen vaak gebruikt om staallegeringen met specifieke eigenschappen te vormen. Deze omvatten kobalt, mangaan, wolfraam en vanadium.
Naast 1440 en 1450 staal zijn de meest voorkomende legeringen 4340 (nikkel-chroom-molybdeenstaal), 6150 (chroom-vanadiumstaal) en 8620 (HSLA-staal).
HSLA staat voor "hoge sterkte laaggelegeerd," wat betekent dat het staal is ontworpen om te voldoen aan specifieke mechanisch vereisten in plaats van chemisch composities. Daarom kan aan een bepaald type HSLA-staallegering in feite verschillende hoeveelheden elementen zijn toegevoegd. In aflopende volgorde van percentages is 8620-staal samengesteld uit: ijzer, koolstof, silicium, molybdeen, mangaan, nikkel, chroom, zwavel en fosfor.