Superman je lahko »jekleni mož«, vendar se bo preudarni znanstvenik vprašal: kateri tip?
Medtem ko je jeklo eden najmočnejših in najpomembnejših materialov na Zemlji, ima običajne uporabe gospodinjski predmeti, kot so sponke za nosilce v nebotičnikih in avtomobilskih školjkah, ni vse jeklo enako. Dva najpogostejša jeklene zlitine, 4140 in 4150 jeklo, se razlikujejo po trdnosti in pogojih, pod katerimi so uporabni.
Kaj sta jekla 4140 in 4150?
Jeklo je zlitina ali mešanica več kot enega elementa. To je predvsem železo, z približno 1 odstotkom ogljika in včasih majhnimi količinami drugih materialov.
Jekla 4140 in 4150 sta dve izjemno trdni in trdi zlitini jekla. Vsaka poleg ogljika vsebuje od 0,80 do 1,10 odstotka kroma in 0,15 do 0,25 odstotka molibdena.
4140 proti 4150 jeklo
Društvo avtomobilskih inženirjev ali SAE in Ameriški inštitut za železo in jeklo ali AISI uporabljajo a štirimestni sistem za določitev kemijske sestave jekla. Za jeklene zlitine prvi dve števki označujeta glavne prisotne legirne elemente, zadnji dve števki pa vsebnost ogljika v stotinah odstotkov. To pomeni, da imata jekla 4140 in 4150 enake legirne elemente, krom in molibden, vendar ima jeklo 4150 več ogljika.
Glede na njihove lastnosti razlike med 4140 in 4150 jekla vključujejo:
- Natezno trdnost, ki opisuje največji stres zaradi vlečenja, ki ga material prenese, preden se začne lomiti. Material 4150 ima večjo natezno trdnost kot material 4140.
- Duktilnost in uporabnost, ki se nanašajo na to, kako enostavno je jeklo uporabiti. Medtem ko je mogoče jekla 4140 in 4150 enostavno variti, je material 4140 bolj znan po svoji plastičnosti ali sposobnosti upogibanja in dejstvu, da ga je mogoče uporabljati v hladnih delovnih pogojih. 4150 materiala pa je treba pred uporabo toplotno obdelati.
D2 proti 4140 jeklo
Druga pogosta zlitina železa, ki jo najdemo v orodjih, je znana kot D2. To je 86 odstotkov enako kot jeklo 4140, vendar vsebuje predvsem večji odstotek ogljika in kroma. Jeklo D2 ima lahko največjo duktilnost med jeklenimi orodji.
Toplotna obdelava jeklenih zlitin
Proizvajalci lahko določijo lastnosti materiala različnih jekel, vključno z jekli D2, 1440 in 1450, s postopkom, znanim kot toplotna obdelava. S skrbnim nadzorom, kako se toplota nanaša na ogljikovo legirano jeklo, se spremeni molekularna razporeditev znotraj jekla, kar vodi do različnih lastnosti.
Na primer jeklene zlitine, ki so žarjeno segrejemo v peč do visoke temperature, nato pustimo, da se počasi ohladi. Ta možnost povzroči jeklo z večjo duktilnostjo in manj krhkostjo, kar pomeni, da se od notranjih napetosti ne bo ločilo tako enostavno kot druga možnost.
Medtem kaljenje je toplotna obdelava, ki se zgodi pri nižjih temperaturah in poveča žilavost in duktilnost materiala, čeprav nekoliko zmanjša tudi njegovo trdnost. Več kot je duktilnosti, ki jo dobimo, več moči se izgubi, vendar običajno ne toliko, da bi spremenili primer uporabe jekla. Drugi materiali, vključno z aluminijem, so kaljeni na enak način.
Druge jeklene zlitine
Poleg ogljika, kroma in molibdena se za oblikovanje jeklenih zlitin s posebnimi lastnostmi pogosto uporabljajo tudi drugi elementi. Sem spadajo kobalt, mangan, volfram in vanadij.
Poleg jekel 1440 in 1450 so najpogostejše zlitine 4340 (nikelj-krom-molibdenovo jeklo), 6150 (krom-vanadijevo jeklo) in 8620 (jeklo HSLA).
HSLA pomeni "visoko trdna nizko legirana,"kar pomeni, da je jeklo zasnovano tako, da ustreza določenim mehanski zahteve namesto kemična skladbe. Zato bi lahko določeni vrsti jeklene zlitine HSLA dejansko dodali različne količine elementov. V padajočem zaporedju v odstotkih je 8620 jeklo sestavljeno iz: železa, ogljika, silicija, molibdena, mangana, niklja, kroma, žvepla in fosforja.