Hvordan sammenligner jeg 4140 og 4150 stål?

Superman er kanskje "stålmannen", men en kresne forsker kan spørre: hvilken type?

Mens stål er et av de sterkeste og viktigste materialene på jorden, med bruk fra vanlig husholdningsartikler som binders til bjelkene i skyskrapere og bilskjell, ikke alt stål er det lik. To av de vanligste stållegeringer, 4140 og 4150 stål, er forskjellige i styrke og under hvilke betingelser de kan brukes.

Stål er en legering, eller en blanding av mer enn ett grunnstoff. Det er hovedsakelig jern, med omtrent 1 prosent karbon og noen ganger små mengder andre materialer.

4140 og 4150 stål er to ekstra sterke og harde legeringer av stål. I tillegg til karbon inneholder de hver 0,80 til 1,10 prosent krom og 0,15 til 0,25 prosent molybden.

Society of Automotive Engineers, eller SAE, og American Iron and Steel Institute, eller AISI, bruker en firesifret system å betegne den kjemiske sammensetningen av stål. For stållegeringer indikerer de to første sifrene de viktigste legeringselementene som er tilstede, og de to siste sifrene gir karboninnholdet i hundredeler av en prosent. Dette betyr at 4140 og 4150 stål har samme legeringselementer, krom og molybden, men 4150 stål har mer karbon.

Når det gjelder egenskapene inkluderer forskjellene mellom 4140 og 4150 stål:

• Strekkstyrke, som beskriver maksimal belastning fra å trekke som et materiale tåler før det begynner å bryte. Et 4150-materiale har høyere strekkfasthet enn et 4140-materiale.
• Duktilitet og bearbeidbarhet, som refererer til hvor enkelt stålene skal brukes. Mens både 4140 og 4150 stål kan sveises enkelt, er 4140-materiale mer kjent for sin duktilitet, eller evne til å bøye seg, og det faktum at det kan brukes i kalde arbeidsforhold. 4150-materiale, derimot, må varmebehandles før bruk.

En annen vanlig jernlegering som finnes i verktøy er kjent som D2. Det er 86 prosent det samme som 4140 stål, men inneholder spesielt en høyere prosentandel karbon og krom. D2-stål kan ha den høyeste smidigheten blant stålverktøy.

Produsenter kan stille inn materialegenskapene til forskjellige stål, inkludert D2, 1440 og 1450 stål, ved en prosess kjent som varmebehandling. Å kontrollere nøye hvordan varme påføres et karbonlegeringsstål endrer molekylarrangementet inne i stålet, noe som fører til dets forskjellige egenskaper.

For eksempel stållegeringer som er glødet blir bragt til høy temperatur i en ovn, og får deretter avkjøles sakte. Dette alternativet resulterer i stål med mer smidighet og mindre sprøhet, noe som betyr at det ikke vil bryte fra indre belastninger så lett som et annet alternativ.

i mellomtiden temperering er en varmebehandling som oppstår ved lavere temperaturer og øker seigheten og duktiliteten til et materiale, selv om det også reduserer styrken noe. Jo mer duktilitet som oppnås, jo mer styrke går tapt, men vanligvis ikke så mye for å endre bruken av stålet. Andre materialer, inkludert aluminium, er herdet på samme måte.

I tillegg til karbon, krom og molybden, brukes flere andre elementer ofte til å danne stållegeringer med spesifikke egenskaper. Disse inkluderer kobolt, mangan, wolfram og vanadium.

Foruten 1440 og 1450 stål, er de vanligste legeringene 4340 (nikkel-krom-molybdenstål), 6150 (krom-vanadiumstål) og 8620 (HSLA-stål).

HSLA står for "høy styrke lav legering,"som betyr at stålet er designet for å møte spesifikke mekanisk krav i stedet for kjemisk komposisjoner. Derfor kan en gitt type HSLA-stållegering faktisk ha forskjellige mengder elementer lagt til den. I fallende rekkefølge av prosent, består 8620 stål av: jern, karbon, silisium, molybden, mangan, nikkel, krom, svovel og fosfor.