Jak porównać stal 4140 i 4150?

Superman może być „człowiekiem ze stali”, ale wymagający naukowiec może zapytać: jakiego typu?

Podczas gdy stal jest jednym z najmocniejszych i najważniejszych materiałów na Ziemi, z powszechnym zastosowaniem artykuły gospodarstwa domowego, takie jak spinacze do biurek do dźwigarów w wieżowcach i pociski samochodowe, nie cała stal jest równy. Dwa z najczęstszych stopy stali, 4140 i 4150, różnią się wytrzymałością, a także warunkami, w jakich są użytkowane.

Stal to stop lub mieszanina więcej niż jednego pierwiastka. Jest to głównie żelazo, zawierające około 1 procent węgla, a czasem niewielkie ilości innych materiałów.

Stal 4140 i 4150 to dwa bardzo mocne i twarde stopy stali. Oprócz węgla każdy z nich zawiera od 0,80 do 1,10 procent chromu i od 0,15 do 0,25 procent molibdenu.

Stowarzyszenie Inżynierów Samochodowych (SAE) i Amerykański Instytut Żelaza i Stali (AISI) używają system czterocyfrowy do oznaczenia składu chemicznego stali. W przypadku stopów stali, pierwsze dwie cyfry wskazują główne obecne pierwiastki stopowe, a dwie ostatnie cyfry podają zawartość węgla w setnych procentach. Oznacza to, że stale 4140 i 4150 mają te same pierwiastki stopowe, chrom i molibden, ale stal 4150 ma więcej węgla.

Pod względem właściwości, różnice między stalą 4140 i 4150 obejmują:

• Wytrzymałość na rozciąganie, który opisuje maksymalne naprężenie spowodowane ciągnięciem, jakie materiał może wytrzymać, zanim zacznie pękać. Materiał 4150 ma wyższą wytrzymałość na rozciąganie niż materiał 4140.
• ciągliwość i urabialność, które odnoszą się do łatwości użycia stali. Podczas gdy zarówno stal 4140, jak i 4150 można łatwo spawać, materiał 4140 jest bardziej znany ze swojej ciągliwości lub zdolności do zginania oraz faktu, że może być stosowany w warunkach pracy na zimno. Z drugiej strony materiał 4150 musi być poddany obróbce cieplnej przed użyciem.

Innym powszechnym stopem żelaza występującym w narzędziach jest D2. Jest w 86 procentach taka sama jak stal 4140, ale zawiera wyższy procent węgla i chromu. Stal D2 może mieć najwyższą ciągliwość wśród narzędzi stalowych.

Producenci mogą ustawiać właściwości materiałów różnych stali, w tym stali D2, 1440 i 1450, w procesie znanym jako obróbka cieplna. Dokładne kontrolowanie sposobu, w jaki ciepło jest doprowadzane do stali węglowej, zmienia układ molekularny wewnątrz stali, co prowadzi do jej różnych właściwości.

Na przykład stopy stali, które są wyżarzony są doprowadzane do wysokiej temperatury w piecu, a następnie powoli stygną. Ta opcja daje stal o większej ciągliwości i mniejszej kruchości, co oznacza, że ​​nie pęka ona od naprężeń wewnętrznych tak łatwo, jak inna opcja.

W międzyczasie ruszenie jest obróbką cieplną, która odbywa się w niższych temperaturach i zwiększa wytrzymałość i ciągliwość materiału, chociaż w pewnym stopniu zmniejsza również jego wytrzymałość. Im więcej uzyskuje się plastyczności, tym więcej traci się wytrzymałości, ale zwykle nie tak bardzo, aby zmienić przypadek użycia stali. Inne materiały, w tym aluminium, są hartowane w ten sam sposób.

Oprócz węgla, chromu i molibdenu, do formowania stopów stali o określonych właściwościach powszechnie stosuje się kilka innych pierwiastków. Należą do nich kobalt, mangan, wolfram i wanad.

Oprócz stali 1440 i 1450, najczęściej spotykanymi stopami są 4340 (stal niklowo-chromowo-molibdenowa), 6150 (stal chromowo-wanadowa) i 8620 (stal HSLA).

HSLA oznacza „wysokowytrzymały niskostopowy,"co oznacza, że ​​stal została zaprojektowana tak, aby spełniać określone wymagania mechaniczny wymagania, a nie chemiczny kompozycje. W związku z tym do danego typu stopu stali HSLA mogą w rzeczywistości dodawane są różne ilości pierwiastków. W porządku malejącym procentowo, 8620 stal składa się z: żelaza, węgla, krzemu, molibdenu, manganu, niklu, chromu, siarki i fosforu.